ÉCOUTEUR INTRA-AURICULAIRE

Abstract

 La présente invention concerne un écouteur intra-auriculaire (10) comportant, dans un boitier anatomique (14), un transducteur électro-acoustique (18) propre à diffuser un son et une unité (20) de pilotage du transducteur (18) propre à recevoir un signal à reproduire comportant un filtre d'égalisation appliqué au signal à reproduire, laquelle unité (20) est connectée à un microphone interne (30) de l'écouteur. L'unité (20) comporte en outre des moyens d'estimation d'un chemin secondaire acoustique et des moyens de définition et d'application en continu du filtre d'égalisation en fonction de l'estimation du chemin secondaire acoustique.
L'écouteur comporte un microphone externe (32). Les moyens d'estimation du chemin secondaire sont propres à estimer le chemin secondaire acoustique en fonction également du signal sonore mesuré par le microphone externe (32).

Description

[0001] La présente invention concerne écouteur intra-auriculaire du type comportant, dans un boitier anatomique, un transducteur électro-acoustique propre à diffuser un son dans un conduit auditif, une unité de pilotage du transducteur électro-acoustique propre à recevoir un signal à reproduire comportant un filtre d'égalisation appliqué au signal à reproduire, laquelle unité est connectée à un microphone interne de l'écouteur agencé pour mesurer un signal audio dans le conduit auditif, l'unité comportant en outre des moyens d'estimation en continu d'un chemin secondaire acoustique défini entre le transducteur et le microphone interne et des moyens de définition et d'application en continu du filtre d'égalisation en fonction de l'estimation du chemin secondaire acoustique.

[0002] L'écouteur intra-auriculaire présente une forme anatomique permettant son insertion dans le canal auditif. Il définit un petit volume d'air essentiellement clos entre l'écouteur et le tympan, ce qui rend possible la génération de son dans des fréquences relativement faibles jusqu'à 5 Hz. Toutefois, compte tenu de la grande variation des formats d'oreilles, il est parfois impossible d'obtenir un volume totalement clos entre l'écouteur et le tympan, des fuites apparaissant entre le canal auditif et l'écouteur.

[0003] Ces fuites changent considérablement la réponse en fréquence de l'écouteur aux basses fréquences.

[0004] Ce phénomène est connu et il a été proposé des solutions de traitement du signal permettant de compenser ces fuites en corrigeant le signal à reproduire par le transducteur électro-acoustique de l'écouteur.

[0005] La solution est décrite par exemple dans le document US9,264,823B2. Dans ce document, il est proposé de traiter le signal à partir d'un filtre d'égalisation, formé dans le document par un filtre étagé désigné par « Shelving filter » en anglais. Le gain de ce filtre est variable en continu à partir du signal d'un microphone mesurant l'onde acoustique dans le canal auditif. Le gain du filtre est ajusté en fonction de ratios entre l'énergie du signal produit par le transducteur électromagnétique et l'énergie du signal audio mesuré par le microphone interne dans des gammes de fréquences différentes.

[0006] Cette solution ne permet de compenser que partiellement le problème de fuite au niveau de l'écouteur intra-auriculaire en basse fréquence.

[0007] L'invention a pour but de proposer une solution permettant une meilleure correction du signal audio pour tenir compte de la non étanchéité entre l'écouteur intra-auriculaire et le conduit auditif.

[0008] A cet effet l'invention a pour objet un écouteur intra-auriculaire du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte un microphone externe agencé pour mesurer un signal sonore hors du conduit auditif, et les moyens d'estimation du chemin secondaire sont propres à estimer le chemin secondaire acoustique en fonction également du signal sonore hors du conduit auditif mesuré par le microphone externe.

[0009] Suivant des modes de réalisations particuliers, l'écouteur intra-auriculaire comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• l'unité de pilotage comporte des moyens de correction du signal sonore mesuré par le microphone externe hors du canal auditif en fonction d'un modèle de l'atténuation propre à l'écouteur ;
• il comporte des moyens de non prise en compte du signal sonore hors du conduit auditif mesuré par le microphone externe, lorsque le niveau de fuite entre l'écouteur intra-auriculaire et le conduit auditif est supérieur à un seuil prédéterminé ;
• les moyens de définition et d'application sont propres à définir et à appliquer en continu au filtre d'égalisation à la fois un gain, une fréquence de coupure et un facteur de qualité du filtre en fonction de l'estimation du chemin secondaire acoustique ;
• les moyens d'estimation en continu du chemin secondaire acoustique comportant un modèle de la fonction de transfert du chemin secondaire acoustique ;
• les moyens d'estimation comportent une boucle de régulation mettant en œuvre un algorithme d'optimisation appliquée sur le modèle ;
• les moyens d'estimation en continu du chemin secondaire comportent des moyens de calcul d'un facteur d'énergie formé du quotient de l'énergie du signal fréquentiel dans une gamme de fréquence basse sur l'énergie du signal fréquentiel dans une gamme de fréquence médiane ;
• les moyens de définition du filtre comportent des moyens de calcul du gain de la fréquence de coupure et du facteur de qualité du filtre par application de fonctions prédéfinies en fonction du facteur d'énergie ; et
• il comporte des moyens d'établissement d'un score de confiance défini à partir du signal audio égalisé à reproduire appliqué au transducteur et de l'erreur entre le signal audio à reproduire auquel est appliqué l'estimation du chemin secondaire fournie par le modèle et le signal mesuré par le microphone interne et des moyens d'arrêt de l'évolution du gain, de la fréquence de coupure et du facteur de qualité du filtre, tant que le score de confiance est inférieur à un seuil prédéterminé.

[0010] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite se référant aux dessins sur lesquels :

• [Fig1] la figure 1 est une vue schématique d'un écouteur intra-auriculaire porté dans une oreille ;
• [Fig 2] la figure 2 est un schéma fonctionnel de l'écouteur intra-auriculaire ;
• [Fig 3] la figure 3 est un organigramme des traitements acoustiques de l'écouteur intra-auriculaire ; et
• [Fig 4] [Fig 5] [Fig 6] les figures 4, 5 et 6 sont des courbes montrant la valeur respectivement du gain, de la fréquence de coupure et du facteur de qualité du filtre en fonction du facteur d'énergie.

[0011] Sur la figure 1 est illustrée en pointillé une partie d'un visage 8. Un écouteur intra-auriculaire 10 est engagé dans le conduit auditif noté 12 de l'oreille. En pratique, l'utilisateur dispose d'une paire d'écouteurs symétriques l'un de l'autre et les porte dans les deux oreilles. Seul un sera décrit ici.

[0012] L'écouteur intra-auriculaire 10 comporte, comme connu en soi, un boîtier anatomique 14 présentant une forme légèrement tronconique propre à s'insérer au plus juste dans le conduit auditif 12.

[0013] A l'extrémité de cette partie tronconique est ménagée une ouverture 16 pour la sortie du son en regard de laquelle est disposé un transducteur électro-acoustique 18 relié, pour son excitation, à une unité de pilotage 20.

[0014] L'écouteur comporte des moyens de réception 22 d'un signal audio à reproduire issu d'un moyen de diffusion, tel qu'un téléphone portable 24. La communication entre le téléphone portable et le récepteur 22 de l'écouteur intra-auriculaire est assurée par exemple en Bluetooth.

[0015] L'unité de pilotage 20 comporte en outre un calculateur 26 propre à assurer des traitements informatiques décrit dans la suite et des moyens d'amplification 28 du signal d'excitation du transducteur 18. L'amplificateur 28 a sa sortie reliée au transducteur 18.

[0016] Le calculateur 26 est en outre relié à un premier microphone interne 30 disposé à la surface externe du boîtier placée dans le conduit auditif 12. Ce microphone est propre à mesurer l'onde acoustique dans le conduit auditif et plus précisément appliquée sur le tympan.

[0017] De même, le boîtier 14 comporte, sur sa surface extérieure au conduit auditif 12, un microphone externe 32 également relié au calculateur 26 et propre à mesurer le signal sonore hors de la cavité auditive et correspondant au bruit ambiant.

[0018] Sur la figure 2, on retrouve schématiquement le transducteur électro-acoustique 18 et le microphone interne 30. Entre ceux-ci est défini un chemin secondaire acoustique 50 couramment désigné par « secondary path » en anglais. Le chemin secondaire désigne le flux sonore émis par le transducteur 18 et reçu par le tympan et il est en pratique mesuré par le micro 30 dont la mesure est supposée représentative de la mesure sur le tympan. Le chemin primaire désigne le flux sonore reçu de l'extérieur de l'écouteur par le tympan et correspond aux bruits environnants.

[0019] Sur cette figure, le récepteur 22 est suivi en sortie par un filtre d'égalisation 52 à paramètres variables mis en œuvre dans le calculateur 26. Le filtre est par exemple un filtre Shelving ou filtre étagé en français. En variante, le filtre d'égalisation 52 est un filtre à réponse impulsionnelle infinie (IIR), ou finie (FIR), une cascade de filtres ou tout autre filtre.

[0020] La sortie du filtre 52 pour le signal à reproduire ainsi égalisé est reliée à l'amplificateur 28 au travers d'un convertisseur numérique/analogique 54.

[0021] L'écouteur comporte en outre, implémentés dans le calculateur 26, des moyens 60 d'estimation en continu du chemin secondaire 50 associés à des moyens 62 de définition et d'application en continu des paramètres du filtre d'égalisation 52.

[0022] Plus précisément, les moyens d'estimation 60 comportent un modèle 70 de la fonction de transfert du chemin secondaire 50. Ce modèle 70 reçoit en entrée le signal à reproduire égalisé issu du filtre d'égalisation 52.

[0023] Le signal de sortie du modèle 70 est soustrait, dans un soustracteur 72, à un signal composite issu notamment du microphone interne 30.

[0024] Le signal analogique en sortie du microphone interne 30 est acheminé dans un convertisseur analogique/numérique 86 dont la sortie est reliée à l'entrée du soustracteur 72 avec interposition d'un soustracteur 88. L'entrée négative du soustracteur est reliée au microphone externe 32 au travers successivement d'un convertisseur analogique/numérique 89 puis d'un module 90 de modélisation de l'atténuation passive résultant de la structure de l'écouteur. Un interrupteur 92 commandé par l'unité de pilotage 20 est interposé entre le module 90 et le soustracteur 88.

[0025] Le module 90 est propre appliquer au signal numérisé correspondant au flux sonore externe, un filtre correspondant à l'atténuation due à la structure de l'écouteur de sorte que le signal de sortie du module 90 est représentatif du flux sonore dans le conduit auditif en présence de l'écouteur et résultant du seul flux sonore externe.

[0026] La fonction d'atténuation du filtre est mesurée expérimentalement sur l'écouteur et stockée en mémoire.

[0027] La sortie du soustracteur 72 est reliée à une entrée d'une unité d'évaluation 100 laquelle reçoit, sur une autre entrée, le signal égalisé provenant en sortie du filtre 52.

[0028] L'unité d'évaluation 100 est propre à mettre en œuvre un algorithme des moindres carrés et est reliée au modèle 70 pour assurer sa régulation en fonction d'un algorithme d'optimisation adapté. Ainsi, l'unité 100 forme une boucle de régulation du modèle 70.

[0029] Les moyens 62 de définition des paramètres du filtre comportent des moyens 120 de calcul en continu des paramètres du filtre 52 et notamment du gain noté G, de la fréquence de coupure notée Fc et du facteur de qualité noté Q.

[0030] Sur la figure 3 est illustré l'algorithme mis en œuvre par le calculateur 26 de l'écouteur.

[0031] En partie haute sont toutefois représentés pour la compréhension la source de signal sonore 22, le filtre 52, les microphones interne et externe 30, 32.

[0032] Les moyens 60 d'estimation du chemin secondaire, à partir des informations reçues du signal égalisé à reproduire et des deux microphones 30, 32, engendrent la réponse impulsionnelle du chemin secondaire 50.

[0033] A l'étape 212 une transformée de Fourier rapide est appliquée à la réponse impulsionnelle obtenu par le modèle 70.

[0034] Un calcul de l'énergie du signal fréquentiel dans une gamme de fréquences basses est effectué à l'étape 214. La gamme de fréquences basses est par exemple de 50 à 200 Hertz.

[0035] De même, un calcul de l'énergie de signal fréquentiel dans une gamme de fréquences médianes, choisie hors de la gamme de fréquences où le son est impacté par une éventuelle fuite, est effectué lors de cette même étape 214. La gamme de fréquences médianes est par exemple de 300 à 500 Hz.

[0036] A l'étape 216, les énergies calculées sont lissées temporellement pour les rendre plus stables vis-à-vis des bruits extérieurs, du fait de leurs variations en fonction du temps.

[0037] A partir des valeurs lissées des énergies, un facteur d'énergie EF est défini en continu à l'étape 218. Il est égal au quotient de l'énergie du signal fréquentiel dans la gamme de fréquences basses sur l'énergie du signal fréquentiel dans la gamme de fréquences médianes.

[0038] En outre et indépendamment du calcul du facteur d'énergie EF, les moyens 60 produisent un signal d'erreur, destiné à produire un score de confiance SNE comme expliqué ci-dessous.

[0039] Le signal d'erreur correspond au signal obtenu en sortie du soustracteur 72 et est égal à la différence d'une part du signal égalisé à reproduire auquel a été appliquée la fonction de transfert du chemin secondaire modélisée par le module 70 et d'autre part du signal numérisé issu du microphone interne 30 corrigé du signal numérisé mesuré par le microphone externe 32 et filtré pour tenir compte de l'atténuation de la structure de l'écouteur.

[0040] A l'étape 312, le signal d'erreur et le signal égalisé à reproduire issu du filtre 52 sont filtrés dans une gamme de fréquences médianes par exemple de de 50 à 750 Hz. Ils sont ensuite lissés à l'étape 314.

[0041] Le score de confiance SNE est calculé à l'étape 316. Il est égal au quotient de l'amplitude du signal égalisé à reproduire filtré et lissé par l'amplitude du signal d'erreur filtré et lissé.

[0042] L'étape 400 consiste en la définition et l'application des paramètres du filtre à partir du facteur d'énergie EF et du score de confiance SNE.

[0043] Ces paramètres sont chacun calculés en fonction du facteur d'énergie EF obtenu à l'étape 218 à partir d'une fonction polynomiale prédéfinie, sous réserve que le score de confiance SNE soit supérieur à un seuil prédéterminé. Si ce score de confiance SNE est supérieur au seuil prédéterminé, les nouveaux paramètres du filtre sont appliqués au filtre 52 et l'algorithme est à nouveau mis en œuvre. Sinon, l'algorithme est à nouveau mis en œuvre sans modification des paramètres.

[0044] Sur les figures 4, 5 et 6 sont illustrées les fonctions polynomiales donnant respectivement le gain G (figure 4), la fréquence de coupure Fc (figure 5) et le facteur de qualité Q (figure 6) en fonction du facteur d'énergie EF.

[0045] Ces courbes sont établies par essais successifs à partir de tests effectués sur l'écouteur.

[0046] Pendant toute la mise en œuvre de l'algorithme, l'interrupteur 72 est maintenu fermé sous la commande de l'unité de pilotage 20. Cette dernière assure l'ouverture temporaire de cet interrupteur seulement tant que le facteur d'énergie EF est inférieur à un seuil prédéterminé. Le signal sonore correspondant au flux extérieur mesuré par le microphone externe 32 n'est alors pas pris en compte pendant des périodes où le niveau de fuite est trop élevé.

[0047] On comprend que grâce à la prise en compte du signal sonore du microphone externe 32, le filtre est en permanence adapté de manière améliorée aux fuites éventuelles pouvant se produire autour de l'écouteur.

Revendications

1. Ecouteur intra-auriculaire (10) comportant, dans un boitier anatomique (14), un transducteur électro-acoustique (18) propre à diffuser un son dans un conduit auditif (12), une unité (20) de pilotage du transducteur électro-acoustique (18) propre à recevoir un signal à reproduire comportant un filtre d'égalisation (52) appliqué au signal à reproduire, laquelle unité (20) est connectée à un microphone interne (30) de l'écouteur agencé pour mesurer un signal audio dans le conduit auditif (12), l'unité (20) comportant en outre des moyens (60) d'estimation en continu d'un chemin secondaire acoustique (50) défini entre le transducteur (18) et le microphone interne (30) et des moyens (62) de définition et d'application en continu du filtre d'égalisation (52) en fonction de l'estimation du chemin secondaire acoustique (50),
caractérisé en ce qu'il comporte un microphone externe (32) agencé pour mesurer un signal sonore hors du conduit auditif (12), et les moyens (60) d'estimation du chemin secondaire sont propres à estimer le chemin secondaire acoustique (50) en fonction également du signal sonore hors du conduit auditif (12) mesuré par le microphone externe (32).

2. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de pilotage (20) comporte des moyens (90) de correction du signal sonore mesuré par le microphone externe (32) hors du canal auditif (12) en fonction d'un modèle (90) de l'atténuation propre à l'écouteur.

3. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (92) de non prise en compte du signal sonore hors du conduit auditif (12) mesuré par le microphone externe (32), lorsque le niveau de fuite entre l'écouteur intra-auriculaire (10) et le conduit auditif (12) est supérieur à un seuil prédéterminé.

4. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de définition et d'application (62) sont propres à définir et à appliquer en continu au filtre d'égalisation (52) à la fois un gain (G), une fréquence de coupure (Fc) et un facteur de qualité (Q) du filtre en fonction de l'estimation du chemin secondaire acoustique (50).

5. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (60) d'estimation en continu du chemin secondaire acoustique (50) comportant un modèle (70) de la fonction de transfert du chemin secondaire acoustique (50).

6. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'estimation (60) comportent une boucle de régulation (100) mettant en oeuvre un algorithme d'optimisation appliquée sur le modèle (70).

7. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens (60) d'estimation en continu du chemin secondaire (50) comportent des moyens (218) de calcul d'un facteur d'énergie (EF) formé du quotient de l'énergie du signal fréquentiel dans une gamme de fréquence basse sur l'énergie du signal fréquentiel dans une gamme de fréquence médiane.

8. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (62) de définition du filtre comportent des moyens de calcul (400) du gain (G), de la fréquence de coupure (Fc) et du facteur de qualité du filtre (Q) par application de fonctions prédéfinies en fonction du facteur d'énergie (EF).

9. Ecouteur intra-auriculaire (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (312, 314, 316) d'établissement d'un score de confiance défini à partir du signal audio égalisé à reproduire appliqué au transducteur (18) et de l'erreur entre le signal audio à reproduire auquel est appliqué l'estimation du chemin secondaire fournie par le modèle (70) et le signal mesuré par le microphone interne (30) et des moyens (400) d'arrêt de l'évolution du gain (G), de la fréquence de coupure (Fc) et du facteur de qualité (Q) du filtre, tant que le score de confiance est inférieur à un seuil prédéterminé.

Dessins