EP3637792B1 - Dispositif de commande d'un haut-parleur et installation de restitution sonore associée - Google Patents

Dispositif de commande d'un haut-parleur et installation de restitution sonore associée Download PDF

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EP3637792B1
EP3637792B1 EP19201631.9A EP19201631A EP3637792B1 EP 3637792 B1 EP3637792 B1 EP 3637792B1 EP 19201631 A EP19201631 A EP 19201631A EP 3637792 B1 EP3637792 B1 EP 3637792B1
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signal
loudspeaker
voltage
excursion
attenuated
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Vu Hoang Co Thuy
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Devialet SA
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    • H04R3/14—Cross-over networks

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling a loudspeaker in an enclosure.
  • the present invention also relates to a sound reproduction installation comprising such a control device.
  • Loudspeakers are electromagnetic devices that convert an electrical signal into an acoustic signal.
  • the loudspeakers introduce a non-linear distortion which can considerably affect the acoustic signal obtained. Distortion comes from a number of factors, including the non-linearity of the loudspeaker's magnetic circuit and certain mechanical elements of the loudspeaker.
  • the current flowing in a loudspeaker can bring the temperature of the conductors of the loudspeaker to a value likely to deteriorate them.
  • the increase in the temperature of the conductors causes an increase in their ohmic resistance. This leads to a phenomenon, called "thermal compression", which consists of a reduction in the efficiency of the loudspeaker with the increase in resistance.
  • the present invention also relates to a sound reproduction installation comprising a loudspeaker in an enclosure and a loudspeaker control device as described above.
  • a sound reproduction installation 10 is illustrated by the figure 1 .
  • the installation 10 comprises, as known per se, a source 12 for producing an audio signal S audio , such as a digital disc player connected to a loudspeaker 14 in an enclosure, through an amplifier in voltage 16. Between the audio source 12 and the amplifier 16 are arranged, successively in series, a desired model 20 corresponding to the desired model of behavior of the loudspeaker, and a control device 22.
  • the desired model 20 is a linear model or a nonlinear model.
  • a loop 23 for measuring a physical quantity such as the temperature of the magnetic circuit of the loudspeaker 14 or the intensity flowing in the coil of the loudspeaker 14, is provided between the loudspeaker loudspeaker 14 and the control device 22.
  • the desired model 20 is independent of the loudspeaker 14 used in the installation and of the modeling of the loudspeaker 14.
  • the desired model 20 is, for example, a function of the ratio of the amplitude of the desired signal, denoted S audio_ref , to the amplitude S audio of the input signal coming from the source 12, expressed as a function of the frequency.
  • such a ratio is a function converging towards 0 when the frequency tends towards 0. This makes it possible to limit the reproduction of excessively low frequencies, and thus to avoid displacements of the membrane of the loudspeaker 14 outside the ranges recommended by the manufacturer.
  • the desired model is not specified and the desired model is considered to be unitary.
  • the control device 22 an example of a detailed structure of which is illustrated by the picture 2 , is placed at the input of the amplifier 16.
  • the control device 22 is able to receive as input the audio signal S audio_ref to be reproduced as defined at the output of the desired model 20 and to provide as output a control signal S command of the loudspeaker 14, also called excitation signal .
  • the loudspeaker 14 is voltage driven and the command signal S command is a voltage.
  • the command signal S command is adapted to take into account the non-linearity of the loudspeaker 14 and to limit the excessive displacements of the membrane of the loudspeaker 14.
  • the controller 22 uses the Thiele and Small model of the loudspeaker 14, in order to obtain a target frequency response (for example flat).
  • the control device 22 comprises an input 30 for the signal S audio_ref to be reproduced and an output 32 for supplying the control signal S to control the loudspeaker 14.
  • the control device 22 also comprises a unit 34 for determining the a desired dynamic signal S dyn , a unit 36 for duplicating the desired dynamic signal S dyn , a first processing unit 38, a second processing unit 40 and a combining unit 42.
  • the determination unit 34 is configured to determine, at each instant, the desired dynamic signal S dyn , representative of a desired dynamic quantity A ref of the membrane of the loudspeaker 14, as a function of the audio signal S audio_ref to be reproduced and of the structure of the enclosure.
  • the containment structure is defined according to the characteristics of the type of containment considered (dimensions, electromechanical parameters). For example, a first type of enclosure is a closed enclosure (enclosure closed). A second type of enclosure is a vented enclosure. A third type of enclosure is an enclosure comprising a second passive loudspeaker having a resonator function.
  • the determination unit 34 is capable of applying a unity conversion gain, depending on the peak voltage of the amplifier 16 at the output of the control device 22 and of a variable attenuation between 0 and 1 controlled by the user. This ensures the transition from the audio signal to be reproduced S audio_ref to a signal ⁇ 0 , image of a physical quantity to be reproduced.
  • the signal ⁇ 0 is, for example, an acceleration of the air facing the loudspeaker 14 or even a speed of the air to be moved by the loudspeaker 14.
  • the determination unit 34 is able to determine the desired dynamic signal S dyn , representative of the desired dynamic quantity A ref , at each instant, as a function of a corresponding quantity, here the signal ⁇ 0 , for the displacement of the air set in motion by the enclosure comprising the loudspeaker 14.
  • the reference quantity A ref is the acceleration to be reproduced for the membrane of the loudspeaker 14 so that the operation of the loudspeaker 14 imposes in the air an acceleration ⁇ 0 .
  • the reference acceleration desired for the membrane A ref is equal to the acceleration ⁇ 0 desired for the air.
  • the reference acceleration desired for the membrane A ref is corrected for the structural dynamic quantities x o , v o of the enclosure, the latter being different from the dynamic quantities relating to the membrane of the loudspeaker.
  • the reference acceleration of the membrane A ref is, for example, given by:
  • the determination unit 34 is capable of filtering the frequencies of the desired dynamic signal S dyn strictly lower than a frequency f min in order to limit the reproduction of excessively low frequencies.
  • the filtering is, for example, carried out with one or more successive high-pass filters.
  • the duplication unit 36 is configured to duplicate, at each instant, the desired dynamic signal S dyn in order to obtain two identical desired dynamic signals S dyn1 and S dyn2 .
  • the first processing unit 38 is configured to process, at each instant, the first desired dynamic signal S dyn1 to obtain a first processed signal S dyn1 ' whose frequencies are less than or equal to a predetermined frequency.
  • the predetermined frequency is, for example, included in a frequency interval centered on the resonant frequency of the loudspeaker 14 and extending over at most 200 Hz.
  • the resonant frequency of the loudspeaker 14 is defined as being the frequency resonance of the loudspeaker membrane 14.
  • the predetermined frequency is less than or equal to 200 Hz.
  • the first processing unit 38 comprises, arranged successively in series, an excursion limiter 50, a filtering module 54, a first determination module 56, a current limiter 58, a second determination module 60, a voltage 62 and, optionally, an additional filter unit 64.
  • Excursion limiter 50 forms the input of first processing unit 38 and is configured to receive the desired first dynamic signal S dyn1 .
  • the excursion limiter 50 is configured to determine, at each instant, an excursion signal S exc , representative of the excursion of the membrane of the loudspeaker 14, as a function of the desired first dynamic signal S dyn1 .
  • the excursion of the loudspeaker membrane 14 is defined as being the distance of the membrane at a time t, with respect to its position nominal equilibrium.
  • the loudspeaker 14 is in a non-linear operating regime, which can damage the loudspeaker 14.
  • the maximum acceptable excursion is , for example, less than or equal to 10 mm.
  • the excursion limiter 50 is configured to determine the maximum excursion of the excursion signal S exc .
  • the excursion limiter 50 is configured to apply a first attenuation gain to the excursion signal S exc to obtain an attenuated excursion signal S exc_att .
  • the filtering module 54 is configured to filter the frequencies of the attenuated excursion signal S exc_att strictly greater than the predetermined frequency to obtain a filtered excursion signal S exc_filt .
  • the filtering module 54 makes it possible to retain only the very low (very low) frequencies, typically below 200 Hz, or even below 100 Hz.
  • the filter module 54 is also configured to determine intermediate dynamic quantities from the attenuated excursion signal S exc_att .
  • These intermediate dynamic quantities, denoted G ref are, for example, the excursion of the membrane of the loudspeaker 14, the derivative of the excursion corresponding to a speed and the second derivative of the excursion corresponding to an acceleration.
  • the first determination module 56 is configured to determine a first intensity signal S int1 , representative of the intensity of the current intended to flow in the coil of the loudspeaker 14 as a function of the filtered excursion signal S exc_filt and of a electromechanical modeling of the loudspeaker 14. More precisely, the intensity of the current is also determined as a function of the intermediate dynamic quantities G ref .
  • the electromechanical modeling of the loudspeaker 14 is, for example, a table and or a set of polynomials, stored in a memory of the control device 22.
  • the electromechanical modeling makes it possible to define electromechanical parameters P mech and electrical P elec from the filtered excursion signal S exc_filt and more specifically intermediate dynamic quantities G ref ,
  • the electromechanical parameters P mech and electrical parameters P elec are used in the calculation of the first intensity signal S int1 .
  • the electromechanical parameters P mech and electrical P elec are, for example, obtained by means of the models described in the application FR 3 018 025 A in the case of a closed enclosure and a vented enclosure.
  • the electromechanical parameters P meca include, for example, the magnetic flux BI picked up by the coil produced by the magnetic circuit of the loudspeaker 14, the stiffness of the loudspeaker 14 denoted K mt , the viscous mechanical friction of the loudspeaker 14 denoted R mt , and the mobile mass of the whole loudspeaker 14 denoted M mt .
  • the modeling of the mechanical part of the loudspeaker 14 comprises, in a single closed loop circuit, a voltage generator BI(x, i).i corresponding to the driving force produced by the current i flowing in the coil of the loudspeaker 14.
  • the magnetic flux BI(x, i) depends on the position x of the membrane as well as on the intensity i flowing in the coil.
  • the modeling circuit comprises a generator representative of the force resulting from the reluctance of the magnetic circuit noted F r (x, i) and equal to 1 2 I 2 dL and x dx where L e is the inductance of the coil and depends on the position x of the membrane.
  • the variable v represents the speed of the membrane.
  • the electrical parameters P elec include the inductance Le of the coil of the loudspeaker 14, the para-inductance L2 of the coil and the iron-loss equivalent R2.
  • the modeling of the electrical part of the loudspeaker 14 of a closed enclosure is formed by a closed-loop circuit. It comprises an electromotive force generator ue connected in series to a resistance representative of the resistance Re of the coil of the loudspeaker 14. This resistance is connected in series with an inductance Le (x, i) representative of the inductance of the loudspeaker coil 14. This inductance depends on the intensity i flowing in the coil and on the position x of the membrane.
  • a parallel circuit RL is connected in series at the output of the coil.
  • a resistance of value R 2 (x, i) depending on the position of the membrane x and the intensity i flowing in the coil is representative of the iron-loss equivalent.
  • an inductance coil L 2 (x, i) also depending on the position x of the membrane and on the intensity i flowing in the circuit is representative of the para-inductance of the loudspeaker 14.
  • the flux BI captured by the coil, the stiffness K mt and the inductance of the coil L e depend on the position x of the membrane, the inductance L e and the flux BI also depend on the current i flowing in the coil.
  • the inductance of the coil L e , the inductance L 2 and the term g depend on the intensity i, in addition to depending on the displacement x of the membrane.
  • the intensity i ref of the first intensity signal S int1 is obtained by means of one of the embodiments described in the application FR 3 018 025 A .
  • the current limiter 58 is configured to set at a predetermined intensity value all the values of the first intensity signal S int1 strictly greater than a predetermined intensity value and thus obtain a first attenuated intensity signal S int1_att . This makes it possible to avoid exceeding the acceptable current limit of amplifier 16.
  • the predetermined intensity value is less than or equal to 15 Amps (A).
  • the second determination module 60 is configured to determine a first voltage signal S tens1 , representative of the voltage at the terminals of the loudspeaker 14, as a function of the filtered excursion signal S exc_filt , of the electromechanical modeling of the loudspeaker 14 and of the first attenuated intensity signal S int1_att .
  • the second determination module 60 is capable of estimating the resistance R e of the loudspeaker 14 as a function of the intermediate dynamic quantities G ref , of the intensity of the reference current i ref and of its derivative di ref /dt and, depending on the embodiment envisaged, the temperature measured on the magnetic circuit of the loudspeaker 14 denoted T m_measured or the intensity measured through the coil denoted I_ measured .
  • An example of estimating the resistance R e is described in the application FR 3 018 025 A .
  • the second determination module 60 is able to calculate the voltage at the terminals of the loudspeaker 14 as a function of intermediate dynamic quantities G ref , of the reference current i ref and of its derivative di ref / dt, electrical parameters P elec and resistance R e .
  • the voltage of the first voltage signal S tens1 is obtained by means of one of the embodiments described in the application FR 3 018 025 A .
  • the voltage limiter 62 is configured to set at a predetermined voltage value all the values of the first voltage signal S tens1 strictly greater than a predetermined voltage value and thus obtain a first attenuated voltage signal S tens1_att .
  • the predetermined voltage value is, for example, greater than or equal to 30 Volts (V).
  • the additional filtering module 64 is configured to filter the frequencies of the first attenuated voltage signal S tens1_att strictly greater than the predetermined frequency. This makes it possible to remove any noise made by the current limiter 58 and the voltage limiter 62.
  • the additional filtering module 64 is also configured to filter all the frequencies which are less than or equal to a so-called low frequency frequency, for example equal to the frequency f min defined previously. This again makes it possible to eliminate any noise resulting from the various treatments carried out on the signal when passing through the various limiters and modules of the first processing unit 38.
  • the output of the additional filtering module 64 is the first processed signal S dyn1 '.
  • the first processed signal S dyn1 ′ is the first attenuated voltage signal S tens1_att .
  • FIG. 4 An example of a second processing unit 40 is illustrated by the figure 4 .
  • the second processing unit 40 is configured to process, at each instant, the second desired dynamic signal S dyn2 to obtain a second processed signal S dyn2 ' whose frequencies are strictly higher than the predetermined frequency.
  • the second processing unit 40 comprises a filter module 70, a first determination module 72, a second determination module 74, a voltage limiter 76 and, optionally, an additional filter module 80.
  • the filter module 70 is configured to filter the frequencies of the desired second dynamic signal S dyn2 less than or equal to the predetermined frequency to obtain a second filtered signal S dyn2_filt .
  • the filtering module 70 makes it possible to retain only the low-mid frequencies, typically above 100 Hz, or even above 200 Hz.
  • the filtering module 70 is also configured to determine intermediate dynamic quantities as a function of the desired second dynamic signal S dyn2 .
  • These intermediate dynamic quantities, denoted G ref are, for example, the excursion of the membrane of the loudspeaker 14, the derivative of the excursion corresponding to a speed and the second derivative of the excursion corresponding to an acceleration.
  • the first determination module 72 is configured to determine a second intensity signal S int2 , representative of the intensity of the current intended to flow in the coil of the loudspeaker 14, as a function of the second filtered signal S dyn2_filt and of a modeling electromechanical modeling of the loudspeaker 14.
  • the electromechanical modeling of the loudspeaker 14 is, for example, identical to the electromechanical modeling used for the first processing unit 38.
  • the first determination module 72 of the second processing unit 40 operates identically to the first determination module 56 of the first processing unit 38.
  • the second determination module 74 is configured to determine a second voltage signal S tens2 , representative of the voltage of the loudspeaker 14, by function of the second filtered signal S dyn2_filt , of the second intensity signal S int2 and of the electromechanical modeling of the loudspeaker 14.
  • the second determination module 74 of the second processing unit 40 operates identically to the second determination module 60 of the first processing unit 38.
  • the voltage limiter 76 is configured to determine the maximum voltage of the second voltage signal S tens2 .
  • the voltage limiter 76 is configured to apply a second attenuation gain to the second voltage signal S tens2 to obtain a second attenuated voltage signal S tens2_att .
  • the maximum acceptable voltage is, for example, identical to the predetermined voltage value of the voltage limiter 62 of the first processing unit 38.
  • the second attenuation gain is advantageously different from the first attenuation gain.
  • the voltage limiter 76 is configured to fix at a predetermined voltage value all the values of the second voltage signal S tens2 greater than the predetermined voltage value and thus obtain the attenuated second voltage signal S tens2_att .
  • the additional filtering module 80 is configured to filter the frequencies of the attenuated voltage signal less than or equal to the predetermined frequency. This makes it possible to remove any noise made by the voltage limiter 76 and the modules of the second processing unit 40.
  • the output of the additional filtering module 80 is the second processed signal S dyn2 '.
  • the second processed signal S dyn2 ′ is the second attenuated voltage signal S tens2-att .
  • the combining unit 42 is configured to carry out, at each instant, the linear combination of the first and the second processed signal S dyn2 'to obtain the command signal S command of the loudspeaker 14.
  • the coefficients of the linear combination are all equal to one so that the combination unit 42 performs the sum of the first and the second processed signal S dyn2 'to obtain the control signal S command of the loudspeaker 14.
  • control device 22 receives as input the audio signal S audio_ref to be reproduced.
  • the determination unit 34 of the control device 22 determines, at each instant, the desired dynamic signal S dyn , representative of a desired dynamic quantity A ref of the membrane of the loudspeaker 14, as a function of the audio signal S audio_ref at reproduce and structure of the enclosure.
  • the determination unit 34 filters the frequencies of the desired dynamic signal S dyn strictly lower than the frequency f min in order to limit the reproduction of excessively low frequencies.
  • the duplication unit 36 then duplicates the desired dynamic signal S dyn in order to obtain two identical desired dynamic signals S dyn1 and S dyn2 .
  • the first processing unit 38 processes the desired first dynamic signal S dyn1 to obtain a first processed signal S dyn1 ' whose frequencies are less than or equal to a predetermined frequency.
  • the excursion limiter 50 determines, at each instant, an excursion signal S exc , representative of the excursion of the membrane of the loudspeaker 14, as a function of the desired first dynamic signal S dyn1 . Then, the excursion limiter 50 determines the maximum excursion of the excursion signal. When the determined maximum excursion is strictly greater than a maximum acceptable excursion, the excursion limiter 50 applies a first attenuation gain to the excursion signal S exc to obtain an attenuated excursion signal S exc_att ,
  • the filtering module 54 then filters the frequencies of the attenuated excursion signal S exc_att strictly greater than the predetermined frequency to obtain a filtered excursion signal S exc_filt .
  • the first determination module 56 determines a first intensity signal S int1 , representative of the intensity of the current intended to flow in the coil of the loudspeaker 14 according to the filtered excursion signal S exc_fiit and the electromechanical modeling of the loudspeaker 14.
  • the current limiter 58 then fixes at a predetermined intensity value all the values of the first intensity signal S int1 strictly greater than the predetermined intensity value to obtain a first attenuated intensity signal S int1_att .
  • the second determination module 60 determines a first voltage signal S tens1 , representative of the voltage at the terminals of the loudspeaker 14, as a function of the filtered excursion signal S exc_filt , of the electromechanical modeling of the loudspeaker 14 and the first attenuated intensity signal S int1_att .
  • the voltage limiter 62 then fixes, at a predetermined voltage value, all the values of the first voltage signal S tens1 strictly greater than a predetermined voltage value to obtain a first attenuated voltage signal S tens1_att .
  • the additional filtering module 64 filters the frequencies of the first attenuated voltage signal S tens1_att strictly greater than the predetermined frequency.
  • the additional filtering module 64 filters all the frequencies which are less than or equal to a so-called low frequency.
  • the output of the additional filtering module 64 is the first processed signal S dyn1 ′.
  • the second processing unit 40 processes the desired second dynamic signal S dyn2 to obtain a second processed signal S dyn2 ' whose frequencies are strictly greater than the predetermined frequency.
  • the filtering module 70 filters the frequencies of the desired second dynamic signal S dyn2 less than or equal to the predetermined frequency to obtain a second filtered signal S dyn2_flt .
  • the first determination module 72 determines a second intensity signal S int2 , representative of the intensity of the current intended to flow in the coil of the loudspeaker 14, as a function of the second filtered signal S dyn2_filt and of the electromechanical modeling of the loudspeaker 14.
  • the second determination module 74 determines a second voltage signal S tens2 , representative of the voltage of the loudspeaker 14, as a function of the second filtered signal S dyn2_filt , of the second intensity signal S int2 and of the electromechanical modeling of the loudspeaker 14.
  • the voltage limiter 76 determines the maximum voltage of the second voltage signal S tens2 .
  • the voltage limiter 76 applies a second attenuation gain to the second signal in voltage S tens2 to obtain a second attenuated voltage signal S tens2_att ,
  • the additional filtering module 80 filters the frequencies of the attenuated voltage signal less than or equal to the predetermined frequency to obtain the second processed signal S dyn2 ′.
  • the combining unit 42 performs the linear combination of the first and the second processed signal S dyn1 'and S dyn2 ' to obtain the command signal S command of the loudspeaker 14.
  • the control device 22 makes it possible to carry out a different processing on two separate frequency bands of an input signal. This is of particular interest for the treatment of bass (low frequencies) of a loudspeaker. Indeed, one of the limiting factors for very low frequencies (for example below 150 Hz) is the excursion of the speaker membrane 14, as well as the voltage sent to the loudspeaker 14. Also, the control device 22 makes it possible to apply specific processing to the very low frequencies of the signal in order to limit, on the one hand, the excursion of the membrane above a value predetermined and to limit, on the other hand, the voltage sent to the loudspeaker 14. On the other hand, for the intermediate low frequencies (for example, bass above 150 Hz) the excursion limitation is optional. On the other hand, the limiting factor is the voltage which is applied to the loudspeaker 14, hence the addition of specific processing for such intermediate frequencies.
  • control device 22 makes it possible to optimize the reproduction of low frequencies, taking into account the various constraints of the system (excursion, voltage), in particular for bass loudspeakers with an extended frequency band (typically greater than 200 Hz).
  • the control device 22 therefore makes it possible to reduce the distortion in the signal reproduced by the loudspeaker 14 while improving the protection of the membrane of the loudspeaker 14. This makes it possible to improve the restitution of the signal by the loudspeaker 14 .
  • control device 22 described is not limited to the examples of figures 2 to 4 , nor to the particular examples of the description.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte. La présente invention concerne, également, une installation de restitution sonore comprenant un tel dispositif de commande.
  • Les haut-parleurs sont des dispositifs électromagnétiques qui convertissent un signal électrique en un signal acoustique.
  • Les haut-parleurs introduisent une distorsion non-linéaire susceptible d'affecter considérablement le signal acoustique obtenu. La distorsion provient de différents facteurs, notamment de la non-linéarité du circuit magnétique du haut-parleur et de certains éléments mécaniques du haut-parleur.
  • En outre, le courant circulant dans un haut-parleur peut amener la température des conducteurs du haut-parleur à une valeur susceptible de les détériorer. De plus, même sans conduire à la détérioration des conducteurs, l'augmentation de la température des conducteurs provoque une élévation de leur résistance ohmique. Cela entraîne un phénomène, appelé « compression thermique », qui consiste en une diminution du rendement du haut-parleur avec l'accroissement de la résistance.
  • Enfin, des déplacements trop importants de la membrane du haut-parleur suite à une alimentation inappropriée sont susceptibles d'endommager la membrane du haut-parleur.
  • Des solutions ont été proposées pour commander les haut-parleurs afin d'éliminer les distorsions du comportement du haut-parleur par une commande appropriée, comme proposé dans le l'application US2009268918 A1 .
  • Cependant, de telles solutions peuvent encore être améliorées.
  • Il existe donc un besoin pour un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte permettant de réduire la distorsion dans le signal restitué par le haut-parleur tout en améliorant la protection de la membrane du haut-parleur.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte, le haut-parleur comprenant une membrane, l'enceinte ayant une structure, le dispositif comprenant :
    • une entrée pour un signal audio à reproduire,
    • une sortie de fourniture d'un signal de commande du haut-parleur,
    • une unité de détermination d'un signal dynamique désiré, représentatif d'une grandeur dynamique désirée de la membrane du haut-parleur, en fonction du signal audio à reproduire et de la structure de l'enceinte,
    • une unité de duplication du signal dynamique désiré pour obtenir deux signaux dynamiques désirés identiques,
    • une première unité de traitement configurée pour traiter le premier signal dynamique désiré pour obtenir un premier signal traité dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée,
    • une deuxième unité de traitement configurée pour traiter le deuxième signal dynamique désiré pour obtenir un deuxième signal traité dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, et
    • une unité de combinaison du premier et du deuxième signal traité pour obtenir le signal de commande du haut-parleur.
  • Le dispositif de commande comporte de plus les caractéristiques suivantes :
    • la première unité de traitement comprend un limiteur d'excursion configuré pour :
    • déterminer un signal d'excursion, représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur, en fonction du premier signal dynamique désiré,
    • déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion, et
    • lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à une excursion maximale acceptable, appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion pour obtenir un signal d'excursion atténué,
      le premier signal traité étant obtenu en fonction du signal d'excursion atténué.
    - le haut-parleur comprend au moins une bobine, la première unité de traitement comprenant :
    • un module de filtrage des fréquences du signal d'excursion atténué strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré,
    • un module de détermination d'un premier signal en intensité, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur, en fonction du signal d'excursion filtré et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur, et
    • un limiteur en courant configuré pour fixer à une valeur d'intensité prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en intensité strictement supérieures à la valeur d'intensité prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en intensité atténué,
    le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en intensité atténué.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de commande comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la première unité de traitement comprend :
    • un module de détermination d'un premier signal en tension, représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur, en fonction du signal d'excursion filtré, de la modélisation électromécanique du haut-parleur et du premier signal en intensité atténué, et
    • un limiteur en tension configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension strictement supérieures à la valeur de tension prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en tension atténué,
      le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué.
    • la première unité de traitement comprend un module de filtrage additionnel configuré pour filtrer les fréquences du premier signal en tension atténué strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué filtré par le module de filtrage additionnel.
    • la deuxième unité de traitement comprend :
      • un module de filtrage des fréquences du deuxième signal dynamique désiré inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré,
      • un module de détermination d'un deuxième signal en tension, représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur, en fonction du deuxième signal filtré et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur,
        le deuxième signal traité étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension.
    • la deuxième unité de traitement comprend un limiteur en tension configuré pour :
      • déterminer la tension maximale du deuxième signal en tension,
      • lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à une tension maximale acceptable, appliquer un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en tension pour obtenir un deuxième signal en tension atténué,
        le deuxième signal traité étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué.
    • la deuxième unité de traitement comprend un module de filtrage additionnel configuré pour filtrer les fréquences du deuxième signal en tension atténué inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée, le deuxième signal traité étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué filtré par le module de filtrage additionnel.
    • la fréquence prédéterminée est comprise dans un intervalle de fréquences centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur et s'étendant sur au plus 200 Hz.
  • La présente invention concerne, également, une installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur dans une enceinte et un dispositif de commande du haut-parleur tel que décrit précédemment.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont :
    • Figure 1, une vue schématique d'une installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur dans une enceinte et un dispositif de commande du haut-parleur,
    • Figure 2, une vue schématique du dispositif de commande de la figure 1,
    • Figure 3, une vue schématique d'une première unité de traitement du dispositif de commande de la figure 2, et
    • Figure 4, une vue schématique d'une deuxième unité de traitement du dispositif de commande de la figure 2.
  • Une installation de restitution sonore 10 est illustrée par la figure 1.
  • L'installation 10 comporte, comme connu en soi, une source 12 de production d'un signal audio Saudio, tel qu'un lecteur de disque numérique relié à un haut-parleur 14 dans une enceinte, au travers d'un amplificateur en tension 16. Entre la source audio 12 et l'amplificateur 16 sont disposés, successivement en série, un modèle désiré 20 correspondant au modèle désiré de comportement de l'enceinte, et un dispositif de commande 22. Le modèle désiré 20 est un modèle linéaire ou un modèle non linéaire.
  • Suivant un mode particulier de réalisation, une boucle 23 de mesure d'une grandeur physique, telle que la température du circuit magnétique du haut-parleur 14 ou l'intensité circulant dans la bobine du haut-parleur 14, est prévue entre le haut-parleur 14 et le dispositif de commande 22.
  • Le modèle désiré 20 est indépendant du haut-parleur 14 utilisé dans l'installation et de la modélisation du haut-parleur 14.
  • Le modèle désiré 20 est, par exemple, une fonction du rapport de l'amplitude du signal souhaité, noté Saudio_ref, sur l'amplitude Saudio du signal d'entrée issu de la source 12, exprimée en fonction de la fréquence.
  • Avantageusement, pour des fréquences inférieures à une fréquence fmin, un tel rapport est une fonction convergeant vers 0 lorsque la fréquence tend vers 0. Cela permet de limiter la reproduction des fréquences excessivement basses, et ainsi d'éviter des déplacements de la membrane du haut-parleur 14 hors des plages préconisées par le fabricant.
  • Il en est de même pour les fréquences élevées où le rapport tend vers 0 au-delà d'une fréquence fmax lorsque la fréquence du signal tend vers l'infini.
  • Suivant un autre mode de réalisation, le modèle désiré n'est pas spécifié et le modèle désiré est considéré comme étant unitaire.
  • Le dispositif de commande 22, dont un exemple de structure détaillée est illustrée par la figure 2, est disposé en entrée de l'amplificateur 16.
  • Le dispositif de commande 22 est propre à recevoir en entrée le signal audio Saudio_ref à reproduire tel que défini en sortie du modèle désiré 20 et à fournir en sortie un signal de commande Scommande du haut-parleur 14, aussi appelé signal d'excitation. Dans un mode de réalisation préféré, le haut-parleur 14 est piloté en tension et le signal de commande Scommande est une tension.
  • Comme cela sera décrit dans la suite de la description, le signal de commande Scommande est adapté pour tenir compte de la non-linéarité du haut-parleur 14 et pour limiter les déplacements excessifs de la membrane du haut-parleur 14. De manière générale, le dispositif de commande 22 utilise le modèle de Thiele et Small du haut-parleur 14, afin d'obtenir une réponse en fréquence cible (par exemple plate).
  • Dans l'exemple illustré par la figure 2, le dispositif de commande 22 comprend une entrée 30 pour le signal Saudio_ref à reproduire et une sortie 32 de fourniture du signal de commande Scommande du haut-parleur 14. Le dispositif de commande 22 comprend, également, une unité 34 de détermination d'un signal dynamique désiré Sdyn, une unité 36 de duplication du signal dynamique désiré Sdyn, une première unité de traitement 38, une deuxième unité de traitement 40 et une unité de combinaison 42.
  • L'unité de détermination 34 est configurée pour déterminer, à chaque instant, le signal dynamique désiré Sdyn, représentatif d'une grandeur dynamique désirée Aref de la membrane du haut-parleur 14, en fonction du signal audio Saudio_ref à reproduire et de la structure de l'enceinte. La structure de l'enceinte est définie en fonction des caractéristiques du type d'enceinte considérée (dimensions, paramètres électomécaniques). Par exemple, un premier type d'enceinte est une enceinte close (enceinte fermée). Un deuxième type d'enceinte est une enceinte à évent. Un troisième type d'enceinte est une enceinte comprenant un deuxième haut-parleur passif ayant une fonction de résonateur.
  • Pour cela, l'unité de détermination 34 est propre à appliquer un gain de conversion d'unité, dépendant de la tension crête de l'amplificateur 16 en sortie du dispositif de commande 22 et d'une atténuation variable entre 0 et 1 contrôlée par l'utilisateur. Cela assure le passage du signal audio à reproduire Saudio_ref à un signal γ0, image d'une grandeur physique à reproduire. Le signal γ0 est, par exemple, une accélération de l'air en regard du haut-parleur 14 ou encore une vitesse de l'air à déplacer par le haut-parleur 14.
  • L'unité de détermination 34 est propre à déterminer le signal dynamique désiré Sdyn, représentatif de la grandeur dynamique désirée Aref, à chaque instant, en fonction d'une grandeur correspondante, ici le signal γ0, pour le déplacement de l'air mis en mouvement par l'enceinte comportant le haut-parleur 14.
  • Ainsi, lorsque γ0 est l'accélération à reproduire pour la membrane du haut-parleur 14, la grandeur de référence Aref est l'accélération à reproduire pour la membrane du haut-parleur 14 afin que le fonctionnement du haut-parleur 14 impose à l'air une accélération γ0.
  • Par exemple, dans le cas d'une enceinte close dans laquelle le haut-parleur 14 est monté dans un boîtier clos, l'accélération de référence désirée pour la membrane Aref est égale à l'accélération γ0 désirée pour l'air.
  • Dans le cas d'une enceinte à évent dans laquelle le haut-parleur est monté, l'accélération de référence désirée pour la membrane Aref est, par exemple, obtenue par la relation suivante : A ref = γ D = γ 0 + K m 2 R m 2 v 0 + K m 2 M m 2 x 0
    Figure imgb0001
  • Avec :
    • Rm2 : coefficient de fuites acoustiques de l'enceinte ;
    • M m2 : inductance équivalente à la masse d'air dans l'évent ;
    • K m2 : raideur de l'air dans l'enceinte.
    • x 0 : position de l'air total déplacé par la membrane et l'évent
    • v 0 = dx 0 dt
      Figure imgb0002
       : vitesse de l'air total déplacé par la membrane et l'évent γ 0 = dv 0 dt
      Figure imgb0003
       : accélération de l'air total déplacé.
  • Dans ce cas, l'accélération de référence désirée pour la membrane Aref est corrigée des grandeurs dynamiques structurelles xo, vo de l'enceinte, ces dernières étant différentes des grandeurs dynamiques relatives à la membrane du haut-parleur.
  • Dans le cas d'une enceinte comportant un radiateur passif formé d'une membrane, l'accélération de référence de la membrane Aref est, par exemple, donnée par :
  • Avec : A ref = γ 0 + K m 2 R m 2 v 0 + K m 2 M m 2 x 0 R
    Figure imgb0004
    • x 0R donné par filtrage par un filtre passe-haut de x 0 : x 0 R = s 2 s 2 + R m 3 M m 2 s + K m 3 M m 2 x 0
      Figure imgb0005
    • K m3 la constante de raideur mécanique de la membrane du radiateur passif.
    • R m3 la résistance de pertes mécaniques de la membrane du radiateur passif.
  • Optionnellement, l'unité de détermination 34 est propre à filtrer les fréquences du signal dynamique désiré Sdyn strictement inférieures à une fréquence fmin afin de limiter la reproduction des fréquences excessivement basses. Le filtrage est, par exemple, réalisé avec un ou plusieurs filtres passe-haut successifs.
  • L'unité de duplication 36 est configurée pour dupliquer, à chaque instant, le signal dynamique désiré Sdyn afin d'obtenir deux signaux dynamiques désirés Sdyn1 et Sdyn2 identiques.
  • La première unité de traitement 38 est configuré pour traiter, à chaque instant, le premier signal dynamique désiré Sdyn1 pour obtenir un premier signal traité Sdyn1' dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée.
  • La fréquence prédéterminée est, par exemple, comprise dans un intervalle de fréquence centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur 14 et s'étendant sur au plus 200 Hz. La fréquence de résonance du haut-parleur 14 est définie comme étant la fréquence de résonance de la membrane du haut-parleur 14.
  • Par exemple, la fréquence prédéterminée est inférieure ou égale à 200 Hz.
  • Dans l'exemple illustré par la figure 3, la première unité de traitement 38 comprend, disposés successivement en série, un limiteur d'excursion 50, un module de filtrage 54, un premier module de détermination 56, un limiteur en courant 58, un deuxième module de détermination 60, un limiteur en tension 62 et, optionnellement, une unité de filtrage additionnelle 64.
  • Le limiteur d'excursion 50 forme l'entrée de la première unité de traitement 38 et est configuré pour recevoir le premier signal dynamique désiré Sdyn1. Le limiteur d'excursion 50 est configuré pour déterminer, à chaque instant, un signal d'excursion Sexc, représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, en fonction du premier signal dynamique désiré Sdyn1. L'excursion de la membrane du haut-parleur 14 est définie comme étant la distance de la membrane à un instant t, par rapport à sa position d'équilibre nominale. Typiquement, quand la membrane subit une excursion dépassant l'excursion maximale acceptable par la membrane, le haut-parleur 14 se trouve dans un régime de fonctionnement non-linéaire, ce qui peut endommager le haut-parleur 14. L'excursion maximale acceptable est, par exemple, inférieure ou égale à 10 mm.
  • Le limiteur d'excursion 50 est configuré pour déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion Sexc.
  • Lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à l'excursion maximale acceptable, le limiteur d'excursion 50 est configuré pour appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion Sexc pour obtenir un signal d'excursion atténué Sexc_att.
  • Le module de filtrage 54 est configuré pour filtrer les fréquences du signal d'excursion atténué Sexc_att strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré Sexc_filt.
  • Avantageusement, le module de filtrage 54 permet de conserver uniquement les fréquences très basses (très graves), typiquement en-dessous de 200 Hz, voire en-dessous de 100 Hz.
  • Le module de filtrage 54 est, également, configuré pour déterminer des grandeurs dynamiques intermédiaires à partir du signal d'excursion atténué Sexc_att. Ces grandeurs dynamiques intermédiaires, notées Gref, sont, par exemple, l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, la dérivée de l'excursion correspondant à une vitesse et la dérivée seconde de l'excursion correspondant à une accélération.
  • Le premier module de détermination 56 est configuré pour déterminer un premier signal en intensité Sint1, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur 14 en fonction du signal d'excursion filtré Sexc_filt et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur 14. Plus précisément, l'intensité du courant est aussi déterminée en fonction des grandeurs dynamiques intermédiaires Gref.
  • La modélisation électromécanique du haut-parleur 14 est, par exemple, une table et ou un ensemble de polynômes, mémorisés dans une mémoire du dispositif de commande 22. La modélisation électromécanique permet de définir des paramètres électromécaniques Pméca et électriques Pélec à partir du signal d'excursion filtré Sexc_filt et plus précisément des grandeurs dynamiques intermédiaires Gref, Les paramètres électromécaniques Pméca et électriques Pélec sont utilisés dans le calcul du premier signal en intensité Sint1.
  • Les paramètres électromécaniques Pméca et électriques Pélec sont, par exemple, obtenus au moyen des modèles décrit dans la demande FR 3 018 025 A dans le cas d'une enceinte close et d'une enceinte à évent.
  • Les paramètres électromécaniques Pméca comprennent, par exemple, le flux magnétique BI capté par la bobine produit par le circuit magnétique du haut-parleur 14, la raideur du haut-parleur 14 notée Kmt, les frottements mécaniques visqueux du haut-parleur 14 notés Rmt, et la masse mobile de l'ensemble du haut-parleur 14 notée Mmt.
  • Par exemple, la modélisation de la partie mécanique du haut-parleur 14 comprend, dans un circuit en boucle fermée unique, un générateur de tension BI(x, i).i correspondant à la force motrice produite par le courant i circulant dans la bobine du haut-parleur 14. Le flux magnétique BI(x, i) dépend de la position x de la membrane ainsi que de l'intensité i circulant dans la bobine.
  • Cette modélisation prend en compte le frottement mécanique visqueux Rmt correspondant à une résistance en série avec une bobine correspondant à la masse mobile d'ensemble Mmt, la raideur correspondant à un condensateur de capacité Cmt (x) égale 1/Kmt (x). Ainsi, la raideur dépend de la position x de la membrane.
  • Enfin, le circuit de modélisation comporte un générateur représentatif de la force issue de la réluctance du circuit magnétique notée Fr (x, i) et égale à 1 2 i 2 dL e x dx
    Figure imgb0006
     où Le est l'inductance de la bobine et dépend de la position x de la membrane. La variable v représente la vitesse de la membrane.
  • Les paramètres électriques Pélec comprennent l'inductance Le de la bobine du haut-parleur 14, la para-inductance L2 de la bobine et l'équivalent perte-fer R2.
  • Par exemple, la modélisation de la partie électrique du haut-parleur 14 d'une enceinte close est formée d'un circuit en boucle fermée. Il comporte un générateur de force électromotrice ue relié en série à une résistance représentative de la résistance Re de la bobine du haut-parleur 14. Cette résistance est reliée en série avec une inductance Le (x, i) représentative de l'inductance de la bobine du haut-parleur 14. Cette inductance dépend de l'intensité i circulant dans la bobine et de la position x de la membrane.
  • Pour tenir compte des pertes magnétiques et des variations d'inductance par effet des courants de Foucault, un circuit parallèle RL est monté en série en sortie de la bobine. Une résistance de valeur R2(x, i) dépendant de la position de la membrane x et de l'intensité i circulant dans la bobine est représentative de l'équivalent perte-fer. De même, une bobine d'inductance L2(x, i) dépendant également de la position x de la membrane et de l'intensité i circulant dans le circuit est représentative de la para-inductance du haut-parleur 14.
  • Sont également montés en série dans la modélisation, un générateur de tension produisant une tension BI(x, i).v représentative de la force contre-électromotrice de la bobine en mouvement dans le champ magnétique produit par l'aimant et un seconde générateur produisant une tension g(x,i).v avec g x i = i dL e x i dx
    Figure imgb0007
     représentative de l'effet de la variation dynamique de l'inductance avec la position.
  • De manière générale, on remarque que, dans cette modélisation, le flux BI capté par la bobine, la raideur Kmt et l'inductance de la bobine Le dépendent de la position x de la membrane, l'inductance Le et le flux BI dépendent également du courant i circulant dans la bobine.
  • De préférence, l'inductance de la bobine Le, l'inductance L2 et le terme g dépendent de l'intensité i, en plus de dépendre du déplacement x de la membrane.
  • A partir des modélisations de la partie mécanique et de la partie électrique du haut-parleur 14, les équations suivantes sont définies : u e = R e i + L e x i di dt + R 2 i − i 2 + Bl x i ν + i dL e x i dx ︸ g x i ν
    Figure imgb0008
     L 2 di 2 dt = R 2 i − i 2
    Figure imgb0009
     Bl x i i = R mt ν + M mt dν dt + K mt x x + 1 2 i 2 dL e x i dx
    Figure imgb0010
  • Par exemple, l'intensité iref du premier signal en intensité Sint1 et la dérivée diref/dt d'une telle intensité satisfont les deux équations suivantes : G 1 x ref i ref i ref = R mt ν ref + M mt A ref + K mt x ref x ref
    Figure imgb0011
     d dt G 1 x ref i ref i ref = R mt A ref + M mt dA ref / dt + K mt x ref ν ref
    Figure imgb0012
     avec G 1 x ref i ref = Bl x ref i ref − 1 2 i ref dL e x ref i ref dx .
    Figure imgb0013
  • En variante, l'intensité iref du premier signal en intensité Sint1 est obtenue au moyen de l'un des modes de réalisation décrits dans la demande FR 3 018 025 A .
  • Le limiteur en courant 58 est configuré pour fixer à une valeur d'intensité prédéterminée toutes les valeurs du premier signal en intensité Sint1 strictement supérieures à une valeur d'intensité prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en intensité atténué Sint1_att. Cela permet d'éviter de dépasser la limite en courant acceptable de l'amplificateur 16. Par exemple, la valeur d'intensité prédéterminée est inférieure ou égale à 15 Ampères (A).
  • Le deuxième module de détermination 60 est configuré pour déterminer un premier signal en tension Stens1, représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur 14, en fonction du signal d'excursion filtré Sexc_filt, de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14 et du premier signal en intensité atténué Sint1_att.
  • Dans un exemple de mode de réalisation, le deuxième module de détermination 60 est propre à estimer la résistance Re du haut-parleur 14 en fonction des grandeurs dynamiques intermédiaires Gref, de l'intensité du courant de référence iref et de sa dérivée diref/dt et, suivant le mode de réalisation envisagé, de la température mesurée sur le circuit magnétique du haut-parleur 14 notée Tm_mesurée ou de l'intensité mesurée au travers de la bobine notée I_mesurée. Un exemple d'estimation de la résistance Re est décrit dans la demande FR 3 018 025 A .
  • Dans le même exemple de mode de réalisation, le deuxième module de détermination 60 est propre à calculer la tension aux bornes du haut-parleur 14 en fonction de grandeurs dynamiques intermédiaires Gref, du courant de référence iref et de sa dérivée diref/dt, des paramètres électriques Pélec et de la résistance Re. Pour cela, le deuxième module de détermination 60 met en œuvre les deux équations suivantes : u 2 + L 2 x ref i ref R 2 x ref i ref du 2 dt = L 2 x ref i ref di ref dt
    Figure imgb0014
     u ref = R e i ref + L e x ref i ref di ref dt + u 2 + Bl x ref i ref ν ref + i ref dL e x ref i ref dt ν ref ︸ g x ref i ref
    Figure imgb0015
  • En variante, la tension du premier signal en tension Stens1 est obtenue au moyen de l'un des modes de réalisation décrits dans la demande FR 3 018 025 A .
  • Le limiteur en tension 62 est configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension Stens1 strictement supérieures à une valeur de tension prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en tension atténué Stens1_att.
  • La valeur de tension prédéterminée est, par exemple, supérieure ou égale à 30 Volts (V).
  • Le module de filtrage additionnel 64 est configuré pour filtrer les fréquences du premier signal en tension atténué Stens1_att strictement supérieures à la fréquence prédéterminée. Cela permet d'enlever les bruits éventuels apportés par le limiteur en courant 58 et le limiteur en tension 62.
  • Optionnellement le module de filtrage additionnel 64 est aussi configuré pour filtrer toutes les fréquences qui sont inférieures ou égales à une fréquence dite fréquence basse, par exemple égale à la fréquence fmin définie précédemment. Cela permet là encore d'éliminer les éventuels bruits résultants des différents traitements effectués sur le signal lors du passage dans les différents limiteurs et modules de la première unité de traitement 38.
  • La sortie du module de filtrage additionnel 64 est le premier signal traité Sdyn1'.
  • En variante, lorsque la première unité de traitement 38 ne comprend pas de module de filtrage additionnel 64, le premier signal traité Sdyn1'est le premier signal en tension atténué Stens1_att.
  • Un exemple de deuxième unité de traitement 40 est illustré par la figure 4.
  • La deuxième unité de traitement 40 est configurée pour traiter, à chaque instant, le deuxième signal dynamique désiré Sdyn2 pour obtenir un deuxième signal traité Sdyn2' dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée.
  • La deuxième unité de traitement 40 comprend un module de filtrage 70, un premier module de détermination 72, un deuxième module de détermination 74, un limiteur en tension 76 et, optionnellement, un module de filtrage additionnel 80.
  • Le module de filtrage 70 est configuré pour filtrer les fréquences du deuxième signal dynamique désiré Sdyn2 inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré Sdyn2_filt.
  • Avantageusement, le module de filtrage 70 permet de conserver uniquement les fréquences graves médium, typiquement au-dessus de 100 Hz, voire au-dessus de 200 Hz.
  • Le module de filtrage 70 est, également, configuré pour déterminer des grandeurs dynamiques intermédiaires en fonction du deuxième signal dynamique désiré Sdyn2. Ces grandeurs dynamiques intermédiaires, notées Gref, sont, par exemple, l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, la dérivée de l'excursion correspondant à une vitesse et la dérivée seconde de l'excursion correspondant à une accélération.
  • Le premier module de détermination 72 est configuré pour déterminer un deuxième signal en intensité Sint2, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur 14, en fonction du deuxième signal filtré Sdyn2_filt et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur 14. La modélisation électromécanique du haut-parleur 14 est par exemple, identique à la modélisation électromécanique utilisée pour la première unité de traitement 38.
  • Par exemple, le premier module de détermination 72 de la deuxième unité de traitement 40 fonctionne de manière identique au premier module de détermination 56 de la première unité de traitement 38.
  • Le deuxième module de détermination 74 est configuré pour déterminer un deuxième signal en tension Stens2, représentatif de la tension du haut-parleur 14, en fonction du deuxième signal filtré Sdyn2_filt, du deuxième signal en intensité Sint2 et de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14.
  • Par exemple, le deuxième module de détermination 74 de la deuxième unité de traitement 40 fonctionne de manière identique au deuxième module de détermination 60 de la première unité de traitement 38.
  • Le limiteur en tension 76 est configuré pour déterminer la tension maximale du deuxième signal en tension Stens2.
  • Lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à une tension maximale acceptable, le limiteur en tension 76 est configuré pour appliquer un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en tension Stens2 pour obtenir un deuxième signal en tension atténué Stens2_att. La tension maximale acceptable est, par exemple, identique à la valeur de tension prédéterminée du limiteur en tension 62 de la première unité de traitement 38. Le deuxième gain d'atténuation est, avantageusement, différent du premier gain d'atténuation.
  • En variante ou en complément, le limiteur en tension 76 est configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée toutes les valeurs du deuxième signal en tension Stens2 supérieures à la valeur en tension prédéterminée et obtenir ainsi le deuxième signal en tension atténué Stens2_att.
  • Le module de filtrage additionnel 80 est configuré pour filtrer les fréquences du signal en tension atténué inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée. Cela permet d'enlever les bruits éventuels apportés par le limiteur en tension 76 et les modules de la deuxième unité de traitement 40.
  • La sortie du module de filtrage additionnel 80 est le deuxième signal traité Sdyn2'. En variante, lorsque la deuxième unité de traitement 40 ne comprend pas de module de filtrage additionnel 80, le deuxième signal traité Sdyn2'est le deuxième signal en tension atténué Stens2-att.
  • L'unité de combinaison 42 est configurée pour effectuer, à chaque instant, la combinaison linéaire du premier et du deuxième signal traité Sdyn2' pour obtenir le signal de commande Scommande du haut-parleur 14.
  • Avantageusement, les coefficients de la combinaison linéaire sont tous égaux à un de sorte que l'unité de combinaison 42 effectue la somme du premier et du deuxième signal traité Sdyn2' pour obtenir le signal de commande Scommande du haut-parleur 14.
  • Un exemple de fonctionnement du dispositif de commande 22 va maintenant être décrit.
  • Initialement, le dispositif de commande 22 reçoit en entrée le signal audio Saudio_ref à reproduire.
  • L'unité de détermination 34 du dispositif de commande 22 détermine, à chaque instant, le signal dynamique désiré Sdyn, représentatif d'une grandeur dynamique désirée Aref de la membrane du haut-parleur 14, en fonction du signal audio Saudio_ref à reproduire et de la structure de l'enceinte.
  • Optionnellement, l'unité de détermination 34 filtre les fréquences du signal dynamique désiré Sdyn strictement inférieures à la fréquence fmin afin de limiter la reproduction des fréquences excessivement basses.
  • L'unité de duplication 36 duplique, ensuite, le signal dynamique désiré Sdyn afin d'obtenir deux signaux dynamiques désirés Sdyn1 et Sdyn2 identiques.
  • La première unité de traitement 38 traite le premier signal dynamique désiré Sdyn1 pour obtenir un premier signal traité Sdyn1' dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée.
  • Pour cela, le limiteur d'excursion 50 détermine, à chaque instant, un signal d'excursion Sexc, représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, en fonction du premier signal dynamique désiré Sdyn1. Puis, le limiteur d'excursion 50 détermine l'excursion maximale du signal d'excursion. Lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à une excursion maximale acceptable, le limiteur d'excursion 50 applique un premier gain d'atténuation au signal d'excursion Sexc pour obtenir un signal d'excursion atténué Sexc_att,
  • Le module de filtrage 54 filtre ensuite les fréquences du signal d'excursion atténué Sexc_att strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré Sexc_filt.
  • Puis, le premier module de détermination 56 détermine un premier signal en intensité Sint1, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur 14 en fonction du signal d'excursion filtré Sexc_fiit et de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14.
  • Le limiteur en courant 58 fixe, ensuite, à une valeur d'intensité prédéterminée toutes les valeurs du premier signal en intensité Sint1 strictement supérieures à la valeur d'intensité prédéterminée pour obtenir un premier signal en intensité atténué Sint1_att.
  • Le deuxième module de détermination 60 détermine, ensuite, un premier signal en tension Stens1, représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur 14, en fonction du signal d'excursion filtré Sexc_filt, de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14 et du premier signal en intensité atténué Sint1_att.
  • Le limiteur en tension 62 fixe, ensuite, à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension Stens1 strictement supérieures à une valeur de tension prédéterminée pour obtenir un premier signal en tension atténué Stens1_att.
  • Optionnellement, le module de filtrage additionnel 64 filtre les fréquences du premier signal en tension atténué Stens1_att strictement supérieures à la fréquence prédéterminée. Optionnellement, le module de filtrage additionnel 64 filtre toutes les fréquences qui sont inférieures ou égales à une fréquence dite fréquence basse. La sortie du module de filtrage additionnel 64 est le premier signal traité Sdyn1' .
  • En parallèle de la première unité de traitement 38, la deuxième unité de traitement 40 traite le deuxième signal dynamique désiré Sdyn2 pour obtenir un deuxième signal traité Sdyn2' dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée.
  • Pour cela, le module de filtrage 70 filtre les fréquences du deuxième signal dynamique désiré Sdyn2 inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré Sdyn2_flt.
  • Le premier module de détermination 72 détermine, ensuite, un deuxième signal en intensité Sint2, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur 14, en fonction du deuxième signal filtré Sdyn2_filt et de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14.
  • Le deuxième module de détermination 74 détermine, ensuite, un deuxième signal en tension Stens2, représentatif de la tension du haut-parleur 14, en fonction du deuxième signal filtré Sdyn2_filt, du deuxième signal en intensité Sint2 et de la modélisation électromécanique du haut-parleur 14.
  • Puis, le limiteur en tension 76 détermine la tension maximale du deuxième signal en tension Stens2.. Lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à la tension maximale acceptable, le limiteur en tension 76 applique un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en tension Stens2 pour obtenir un deuxième signal en tension atténué Stens2_att,
  • Le module de filtrage additionnel 80 filtre les fréquences du signal en tension atténué inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir le deuxième signal traité Sdyn2' .
  • Enfin, l'unité de combinaison 42 effectue la combinaison linéaire du premier et du deuxième signal traité Sdyn1' et Sdyn2'pour obtenir le signal de commande Scommande du haut-parleur 14.
  • Ainsi, le dispositif de commande 22 permet d'effectuer un traitement différent sur deux bandes de fréquences disjointes d'un signal d'entrée. Cela présente un intérêt particulier pour le traitement des basses (fréquences graves) d'un haut-parleur. En effet, l'un des facteurs limitants pour les fréquences très basses (par exemple en-dessous de 150 Hz) est l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, ainsi que la tension envoyée au haut-parleur 14. Aussi, le dispositif de commande 22 permet d'appliquer un traitement spécifique sur les fréquences très basses du signal afin de limiter, d'une part, l'excursion de la membrane au-dessus d'une valeur prédéterminée et de limiter, d'autre part, la tension envoyée au haut-parleur 14. A contrario pour les fréquences basses intermédiaires (par exemple, graves au-dessus de 150 Hz) la limitation en excursion est optionnelle. Par contre, le facteur limitant est la tension qui est appliquée au haut-parleur 14, d'où l'ajout d'un traitement spécifique pour de telles fréquences intermédiaires.
  • Ainsi, le dispositif de commande 22 permet d'optimiser la restitution des basses fréquences, compte tenu des différentes contraintes du système (excursion, tension), notamment pour des haut-parleurs graves à bande de fréquence étendue (typiquement supérieure à 200 Hz).
  • Le dispositif de commande 22 permet donc de réduire la distorsion dans le signal restitué par le haut-parleur 14 tout en améliorant la protection de la membrane du haut-parleur 14. Cela permet d'améliorer la restitution du signal par le haut-parleur 14.
  • L'homme du métier comprendra que le dispositif de commande 22 décrit ne se limite pas aux exemples des figures 2 à 4, ni aux exemples particuliers de la description.

Claims (8)

  1. Dispositif de commande (22) d'un haut-parleur (14) dans une enceinte, le haut-parleur (14) comprenant une membrane, le haut-parleur (14) comprenant au moins une bobine, l'enceinte ayant une structure, le dispositif (22) comprenant :
    - une entrée (30) pour un signal audio (Saudio_ref) à reproduire,
    - une sortie (32) de fourniture d'un signal de commande (Scommande) du haut-parleur (14),
    - une unité (34) de détermination d'un signal dynamique désiré (Sdyn), représentatif d'une grandeur dynamique désirée (Aref) de la membrane du haut-parleur (14), en fonction du signal audio (Saudio_ref) à reproduire et de la structure de l'enceinte,
    - une unité (36) de duplication du signal dynamique désiré (Sdyn) pour obtenir deux signaux dynamiques désirés (Sdyn1, Sdyn2) identiques,
    - une première unité de traitement (38) configurée pour traiter le premier signal dynamique désiré (Sdyn1) pour obtenir un premier signal traité (Sdyn1') dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée, la première unité de traitement (38) comprenant :
    - un limiteur d'excursion (50) configuré pour :
    - déterminer un signal d'excursion (Sexc), représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur (14), en fonction du premier signal dynamique désiré (Sdyn1),
    - déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion (Sexc), et
    - lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à une excursion maximale acceptable, appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion (Sexc) pour obtenir un signal d'excursion atténué (Sexc_att),
    - un module (54) de filtrage des fréquences du signal d'excursion atténué (Sexc_att) strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré (Sexc_filt),
    - un module (56) de détermination d'un premier signal en intensité (Sint1), représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur (14), en fonction du signal d'excursion filtré (Sexc_filt) et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur (14), et
    - un limiteur en courant (58) configuré pour fixer à une valeur d'intensité prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en intensité (Sint1) strictement supérieures à la valeur d'intensité prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en intensité atténué (Sint1_att), le premier signal traité (Sdyn1') étant obtenu en fonction du premier signal en intensité atténué (Sint1_att),
    - une deuxième unité de traitement (40) configurée pour traiter le deuxième signal dynamique désiré (Sdyn2) pour obtenir un deuxième signal traité (Sdyn2') dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, et
    - une unité de combinaison (42) du premier et du deuxième signal traité (Sdyn1', Sdyn2') pour obtenir le signal de commande (Scommande) du haut-parleur (14).
  2. Dispositif (22) selon la revendication 1, dans lequel la première unité de traitement (38) comprend en outre :
    - un module (60) de détermination d'un premier signal en tension (Stens1), représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur (14), en fonction de grandeurs dynamiques (Gref) obtenues par le module de filtrage (54) à partir du signal d'excursion atténué (Sexc_att), de la modélisation électromécanique du haut-parleur (14) et du premier signal en intensité atténué (Sint1_att), et
    - un limiteur en tension (62) configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension (Stens1) strictement supérieures à la valeur de tension prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en tension atténué (Stens1_att),
    le premier signal traité (Sdyn1') étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué (Stensi1_att).
  3. Dispositif (22) selon la revendication 2, dans lequel la première unité de traitement (38) comprend un module de filtrage additionnel (64) configuré pour filtrer les fréquences du premier signal en tension atténué (Stens1_att) strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, le premier signal traité (Sdyn1') étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué (Stens1_att) filtré par le module de filtrage additionnel (64).
  4. Dispositif (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la deuxième unité de traitement (40) comprend :
    - un module (70) de filtrage des fréquences du deuxième signal dynamique désiré (Sdyn2) inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré (Sdyn2_filt),
    - un module (74) de détermination d'un deuxième signal en tension (Stens2), représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur (14), en fonction du deuxième signal filtré (Sdyn2_filt) et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur (14),
    le deuxième signal traité (Sdyn2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension (Stens2).
  5. Dispositif (22) selon la revendication 4, dans lequel la deuxième unité de traitement (40) comprend en outre un limiteur en tension (76) configuré pour :
    - déterminer la tension maximale du deuxième signal en tension (Stens2),
    - lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à une tension maximale acceptable, appliquer un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en tension (Stens2) pour obtenir un deuxième signal en tension atténué (Stens2_att),
    le deuxième signal traité (Sdyn2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué (Stens2_att).
  6. Dispositif (22) selon la revendication 5, dans lequel la deuxième unité de traitement (40) comprend un module de filtrage additionnel (80) configuré pour filtrer les fréquences du deuxième signal en tension atténué (Stens2_att) inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée, le deuxième signal traité (Sdyn2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué (Stens2_att) filtré par le module de filtrage additionnel (80).
  7. Dispositif (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la fréquence prédéterminée est comprise dans un intervalle de fréquences centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur (14) et s'étendant sur au plus 200 Hz.
  8. Installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur (14) dans une enceinte et un dispositif de commande (22) du haut-parleur (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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