La prise de son dans la téléphonie mobile

En plus de leur fonction de base (i.e. : d’émettre ou recevoir des appels), les téléphones portables offrent aujourd’hui une variété de service à leur utilisateurs. De ce fait, la plu-part des téléphones sont donc équipés d’autres composants électroniques tels que l’appareil photo numérique ou GPS. En conséquence le positionnement du haut-parleur (HP) et du microphone sur le terminal n’est pas toujours optimal. Ce qui va avoir un impact sur la qualité vocale. Mais l’élément le plus déterminant pour la qualité vocale d’une communi-cation téléphonique reste l’environnement acoustique dans lequel a lieu la communicommuni-cation.

Dans cette partie nous décrivons les problèmes de l’écho acoustique et du bruit ambiant.

A.2.1 Qu’est-ce que l’écho acoustique?

Le son émis par le locuteur lointain est transmis via le réseau vers le terminal du locuteur local qui le diffuse par le haut-parleur (HP) dont la puissance est suffisante pour que la voix du locuteur distant soit parfaitement audible et compréhensible pour le locuteur local.

La voix du locuteur local est quant à elle captée par le(s) microphone(s) puis transmise au locuteur lointain. Dans certains cas, une partie du signal émis par le HP est captée par le(s) microphone(s) et est renvoyée au locuteur distant qui entend ainsi sa propre voix : c’est ce que l’on appelle l’écho acoustique. D’un point de vue acoustique, le son émis par le HP se propage dans le milieu environnant, et il soit directement capté par le microphone

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A. Annulation d’écho acoustique pour terminaux mobiles à un ou deux microphones

Figure 1: Illustration du problème de l’écho acoustique et du bruit ambiant.

(trajet direct), soit après une ou plusieurs réflexions sur les parois environnantes. La Figure 1 schématise le phénomène d’écho.

A.2.1.1 L’écho linéaire

Le couplage entre le HP et le microphone du terminal est généralement modélisé par un filtre linéaire à réponse impulsionnelle finie, la longueur du filtre étant caractéristique du milieu environnant

d(n) =h(n)⋆ x(n) (1)

Oùx(n)représente le signal HP, d(n) représente signal d’écho capté par le microphone et h(n)représente le canal acoustique.

La Figure 2 montre des exemples de canal acoustique. Les mesures illustrées ici ont été obtenues à partir d’un prototype de téléphone portable que nous avons équipé de deux microphones :

• Le premier microphone étant plus proche du HP

• Le deuxième microphone étant un peu plus éloigné HP que le premier microphone.

La réponse impulsionnelle du canal acoustique montre qu’il est formé du direct chemin entre le haut-parleur et le microphone d’une part et des chemins indirects d’autre part.

Nous constatons que le retard principal (premier pic) n’est pas le même pour chaque microphone. Pour chaque réponse impulsionnelle, le principal retard est lié à trajet direct (c’est à dire à la distance) entre le haut-parleur et le microphone considéré [Kuttruff, 2000]. Plus le microphone du HP est proche du microphone, plus court sera ce trajet direct. Notons également que l’amplitude de ce pic est inversement proportionnelle la distance séparant le HP du microphone.

Les pics qui suivent le principal sont dus aux réflexions du son provenant du haut-parleur dans le milieu environnant. Nous pouvons voir sur la Figure 2 (a) que les réflexions sont différentes pour chaque microphone. Les microphones sont placés à des positions différentes sur le terminal et ne captent pas les mêmes réflexions. Le son du haut-parleur se propage dans toutes les directions créant ainsi un nombre infini d’ondes réfléchis qui

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Figure 2: Exemples de canal acoustique

seront capt

’es par les microphones.

Les réponses fréquentielles des canaux acoustiques mesurés sont également montrées dans la Figure 2 (b). Elles nous montrent l’impact du canal acoustiques sur le signal de haut-parleur : toutes les fréquences ne sont pas également atténuées.

A.2.1.2 L’écho non-linéaire

En plus des phénomènes linéaires décrits précédemment, l’écho peut être créé par des phénomènes non-linéaires : saturations au niveau de l’amplificateur du HP, distorsion du HP lorsqu’il est soumis à des voltages trop importants, couplage solide entre le HP et le microphone [Birkett and Goubran, 1995a, Gao and Snelgrove, 1991, Guerin, 2002]. La Figure 3 montre une mesure des distorsions harmoniques qui peuvent être introduites par le HP. On observe notamment que la réponse du HP n’est pas toujours linéaire pour les signaux de basses fréquences :

• Plus l’amplitude du signal est importante, plus les distorsions seront importantes

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A. Annulation d’écho acoustique pour terminaux mobiles à un ou deux microphones

Figure 3: Exemple de mesure de THD (Total Harmonic Distortion) d’un HP

• Les distorsions du signal de faible amplitude sont spécifiques au haut-parleur utilisé et sont liées à ses limites de quantification.

A.2.2 Qu’est ce que le bruit ?

Lors de l’utilisation d’un terminal mobile dans un environnement bruité, une partie du bruit ambiant est également capté par le microphone et transmis au locuteur lointain. Cela peut être très gênant pour le locuteur lointain parce que la parole utile serait partiellement masquée par le bruit ambiant. La gêne due au bruit augmente avec le niveau de bruit. Les exemples les plus communs de source de bruit sont le bruit de voiture, bruit de bureau, bruit de café.

Nous avons expliqué comment le bruit ambiant et l’écho acoustique peuvent dégrader la qualité de la parole dans les communications téléphoniques. Dans la partie suivante, nous allons faire une brève présentation des algorithmes de l’état de l’art qui peuvent être utilisés pour améliorer la qualité de la parole.