Modèle acoustique en téléphonie

Les premières recherches ont été faites dans le domaine de la téléphonie mains-libres. Les publications trouvées traitent ce problème uniquement du point de vue traitement du signal. La principale étude qui sert de référence est celle de Eberhard Hansler [3 ], 1992, qui présente, dans une étude bibliographique de plus de 100 articles, tous les aspects du traitement du signal développés pour les mains-libres jusqu’au jour de l’étude. Un deuxième article, de 1994 et du même auteur [4], vient compléter le premier de plus de 80 références supplémentaires. Il est expliqué dans ces deux articles que pour résoudre le problème du téléphone mainslibres, il faudrait pouvoir reproduire une réplique électronique du système. Cela permettrait d’effectuer le découplage du haut-parleur et du microphone sans restriction pour le système et sans perte de confort pour l’utilisateur. Le modèle du système devrait aussi être adaptatif et donc être contrôlé par le signal de la parole. De nombreuses références reliées aux problèmes de bruit et d’écho existent, entre autres une étude bibliographique datant de 2000 [5]. Par contre, sur l’acoustique du téléphone mains libres, une seule étude a été trouvée : Birkett, A. N. et Goubran R. A. en 1995 [6]. Celle-ci présente une des limitations des techniques de signal. Dans cet article, il est mentionné que l’un des problèmes majeurs est l’importance des phénomènes de vibration sur l’appareil, qui peuvent entraîner, à cause de chocs (par exemple des touches ou du combiné), des phénomènes non linéaires que le traitement de signal ne peut pas corriger. Il est d’ailleurs suggéré en conclusion, pour l’amélioration des performances acoustiques, de se focaliser d’abord sur les vibrations avant d’utiliser le traitement numérique du signal.

Modèle acoustique

Ce document ne présente pas de recherche dans le domaine de la modélisation. Les techniques de modélisation sont plutôt présentées comme un outil de validation de la méthode expérimentale proposée. Beaucoup de modèles existent dans le domaine de l’acoustique. La littérature présente des modèles aussi bien analytiques que numériques. Ils permettent d’aborder les problèmes de rayonnement acoustique des structures. Les méthodes utilisées sont principalement des méthodes de calcul numérique par éléments finis et éléments de frontière. Des modèles analytiques ont aussi été utilisés uniquement pour faire des validations simples, ils sont présentés en annexe. Les modèles développés ont été faits à l’ aide de logiciels commerciaux. Ils sont donc directement utilisables dans le cas du développement industriel d’un produit.

Les domaines d’application de la modélisation acoustique sont principalement reliés au transport (automobile, aéronautique, etc.). L’un des logiciels permettant ce type d’application est I-DEAS avec le module Vibro-Acoustique. Ce logiciel a été utilisé dans les modèles numériques présentés par la suite.

Cette section propose des références utiles pour la modélisation acoustique des différents éléments du téléphone mains-libres. Premièrement, la source qui est le haut-parleur positionné sur le boîtier. Celui-ci constitue la source principale de rayonnement du système. Néanmoins, une partie des vibrations, transmises par le haut-parleur à l’ensemble du boîtier ainsi qu’au microphone, influe sur les réponses acoustiques définies dans le chapitre précédent. Les modèles disponibles pour le boîtier et les microphones sont aussi présentés.

Modèle de haut-parleur 

La littérature présente plusieurs modèles de haut-parleur. Les premiers sont des modèles électroacoustiques discrets. Ce sont des modèles limités à l’étude du premier mode de la membrane du haut-parleur. Celui-ci est considéré comme un système résonant avec une analogie électrique ou mécanique (masse-ressort). Ces types de modèles sont présentés dans les ouvrages de référence de M. Rossi [7] et de L. Beranek [8]. Ils sont limités en fréquence et ne permettent pas de couvrir la bande de fréquence d’intérêt.

Il existe néanmoins des modèles analytiques continus. Dans ce cas, il est possible de couvrir la bande de fréquence au complet, mais peu de modèles ont une solution analytique. Un modèle de membrane simplement appuyée, issu de l’ouvrage deR. J. Gibert [9],  permet d’étudier le comportement d’une membrane. Toutefois, il n’est pas possible de calculer tous les modes vibratoires. De plus, l’ expression du rayonnement de la membrane, dans le cas d’une membrane de forme spécifique et de condition limite réaliste, n’est pas soluble.

Le type de modèle le plus approprié est l’utilisation d’outils numériques par éléments finis et éléments de frontière. Plusieurs articles y réfèrent. Les deux premiers, [1 0] en 1998 et [11] en 1999, présentent la modélisation d’un haut-parleur électrodynamique. Ces modèles permettent de déterminer la réponse acoustique du haut-parleur dans certaines conditions de rayonnement. Un autre article [12], en 1999, présente un outil numérique d’optimisation de la conception d’un haut-parleur.

Modèle de boîtier

Pour le boîtier du téléphone, des modèles analytiques ainsi que des modèles numériques ont été trouvés. La méthode des éléments finis présentée par exemple dans les ouvrages de Zienkiewicz [13] et de J.L. Batoz [14], permet de modéliser mécaniquement les phénomènes vibratoires du boîtier. Les articles de A. J. Pretlove [15, 16] présentent un modèle vibratoire analytique dans lequel une plaque est couplée à une boite rectangulaire. L’ouvrage de C.

Lesueur [17] présente les méthodes de calcul de rayonnement des structures aussi bien analytiques que numériques. De plus, des articles de couplage fluide-structure ont aussi été trouvés : par exemple Kirkup, S.M. et Jones, M.A. [ 18] présentent le modèle couplé d’un fluide contenu à l’intérieur d’une boite. Comme dans le cas du haut-parleur, des outils commerciaux de modélisation numérique ont été utilisés.

Modèle de microphone 

L’étude des réponses normalisées d’un téléphone mains-libres implique un travail de modélisation sur les microphones de ces téléphones. Un travail expérimental sur la caractérisation électroacoustique d’un microphone et sur sa modélisation, de façon discrète, a été fait, parallèlement à ce travail au laboratoire de l ‘université par Anaïs Lépine. Ce travail a utilisé des modèles de membrane disponibles dans la littérature [19, 20] pour déterminer les paramètres mécaniques d’un microphone de téléphone mains-libres. Il n’est pas présenté dans cette thèse car il n’est pas utilisé dans la méthode des plans d’expériences.