Brevet FR2090293A1 — publié le 19720114

L'enregistrement et la reproduction stéréophonique à quatre canaux connaissent actuellement un intérêt croissant à cause de la variété de formes sonores et musicales qu'ils permettent d'obtenir. Les systèmes de reproduction musicale actuellement connus utilisent quatre pistes distinctes d'une bande magnétique et alimentent quatre haut-parleurs séparés disposés dans les angles ou sur les cotes de la salle d'audition. De tels systèmes permettent de préparer des répertoires sonores spéciaux et inhabituels à partir de quatre sources de programme distinctes aboutissant aux canaux individuels. Bien que cette technique d'enregistrement et de reproduction fonctionne parfaitement bien dans les systèmes utilisant quatre pistes d'une bande, il serait souhaitable de pouvoir obtenir un effet similaire au moyen de deux canaux seulement, de façon à pouvoir utiliser le très grand nombre d'appareils à deux pistes actuellement utilisés tels que les appareils à disques phonographiques. Un dispositif moderne d'enregistrement stéréophonique est par exemple capable d'enregistrer deux canaux de modulation situes dans des plans orthogonaux et à 45 de la surface du disque. Il est courant de fabriquer des disques stérFophoniques comportant un troisième canal incorporé par "multiplexage" ou ajouté aux deux autres soue la forme d'un canal "fantme" représenté par une modulation parallèle à la surface du disque. A la reproduction, ce troisième canal (ou canal central) apparaît dans les deux hautparleurs de la channe stéréophonique et un observateur se tenant sensiblement à égale distance de ceux-ci perçoit l'illusion d'un troisième canal reproduit entre les deux autres.Cependant, les auditeurs qui sont éloignés de la médiatrice de la droite qui joint les haut-parleurs ne peuvent localiser de manière satisfaisante le troisième canal. Il est possible d'obtenir ce troisième canal au moyen d'un haut-parleur séparé alimenté en phase par des fractions égales des signaux gauche et droite, mais cet artifice n'est pas fréquent dans les appareils commercialisés. La présente invention est applicable à n'importe quel système existant d'enregistrement sur deux pistes, tels que les disques stéréophoniques 45 -45 , les magnétophones à deux pistes utilisant des têtes d'enregistrement et de reproduction séparées pour chaque piste, ainsi que les systèmes de radiodiffusion stéréo-multiplex qui émettent deux canaux ou "pistes d'information" séparés. Selon la présente invention, deux des quatre canaux séparés d'information sont normalement appliqués aux deux pistes disponibles. Les deux autres canaux sont superposés aux deux premiers en en appliquant des fractions égales respectivement en phase et sensiblement en opposition de phase sur les deux pistes. Plus précisément, dans le cas d'un disque stéréophonxue 45O-45O, les deux premiers canaux sont enregistrés sur les deux pistes séparées que constituent les parois du sillon, un troisième canal est enregistré par l'application en phase de fractions égales des canaux gauche et "droite" au burin de gravure stéréophonique, de façon à produire une modulation latérale du sillon, et le quatrième canal est enregistré par application en opposition de phase de fractions égales des canaux "droit' et gauche" au burin de gravure, pour produire une modulation verticale du sillon. Dans le cas d'un enregistrement sur disque, l'information est reproduite par un pick-up stéréophonique dont le signal "gauche" contient, en plus du canal gauche ordinaire, une fraction du troi sième canal et une fraction similaire du quatrième canal. De meme, le signal "droit" contient le canal droit, une fraction du troisième canal et une fraction similaire du quatrième canal, cette dernière étant de polarité négative. Dans la pratique, on peut obtenir ces deux signaux composites de meme nature à partir de deux tettes de lecture d'un magnétophone à deux pistes ou à partir d'un récepteur stEréo-multiplex, en superposant les troisième et quatrième canaux de la manière décrite ci-dessus.Par des additions et des soustractions convenables de composantes des signaux composites "gauche" et "droit" on peut obtenir quatre signaux indépendants dans lesquels prédominent les quatre canaux initiaux et qui contiennent des fractions moindres des deux autres canaux, lesdits signaux indépendants étant appliqués à quatre haut-parleurs situés sur les faces opposées d'une salle d'audition. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels 2 La figure 1 est un schéma d'un système d'enregistrement de trois canaux d'information sur un disque stéréophonique ordinaire. La figure 2 est un diagramme vectoriel illustrant les mouvements du burins gravure sous l'effet des signaux gauche, droite, en phase et en opposition de phase. La figure 3 est une coupe d'un fragment de disque représentant à une échelle considérablement agrandie quatre sections du sillon pour illustrer les mouvements du burin en réponse aux divers signaux. La figure 4 est un schéma synoptique d'un système de reproduction stéréophonique classique fournissant l'illusion d'un troisième canal. La figure 5 représenta un circuit d'enregistrement de quatre canaux d'information sur un disque stéréophonique à deux pistes indépendantes. La figure 6 est un schéma d'un circuit de reproduction de signaux enregistrés conformément aux principes de l'invention. Bien que, comme on l'a vu précédemment, l'invention soit applicable à n'importe quel système à deux pistes, la description qui suit concerne plus particulièrement les disques stéréophoniques à gravure 451459. Pour mieux comprendre le fonctionnement du système de la présente invention, il convient de rappeler brièvement les principes de ltenregistrement stéréophonique classique fournissant un troisième canal ou canal central, ainsi que le procédé de reproduction de tels signaux dans un système stéréophonique à deux hautparleurs (voir figures 1 à 4). Sur la figure 1, des signaux audiofréquence classiques gauche (L), droit (R) et central (C) sont appliqués aux deux bornes d'entrée d'une tête de gravure 10 compor tant un burin 12 dont le rible est de tailler un sillon dans la couche de laque d'un disque original 14 tournant sur un plateau d'enregistrement (npn représenté). Le signal C est appliqué à un diviseur 16 de conception classique qui fournit deux fractions additives égales du signal C aux lignes L et R. Les spécialistes de la gravure des disques savent que la pointe du burin peut se diplacer dans un plan généralemet perpendiculaire à la surface du disque, comme l'indiqua le diagramme vectoriel de la figure 2. Lorsqu'un signal gauche L est appliqué seul, le burin se déplace dans le sens du vecteur L, c'est-à-dire à 45Q de lthorizontale. Lorsqu'un signal R est appliqué seul, le burin se déplace le long du vecteur R, qui fait un angle de - 45O avec l'horizontale. L'application de fractions égalas de C de manière additive à chacune des lignes L et R provoque un déplacement du burin dans le sens du vecteur C qui est orienté horizontalement. Il va de soi que dans la pratique, les signaux au lieu d'être directement appliqués au burin comme indiqué figure 1, sont tout d'abord enre guis très sur un magnétophone spécial dont la sortie est ultérieurement utilisée pour commander l'appareil de gravure. Ls type d'enregistrement décrit ci-dessus produit une modulation de sillon qui est illustrée schématiquement figure 3. Lorsque le signal gauche L est appliqué seul, le sillon est modulé dans le sens de la flèche L, c'est-à-dire essentiellement le long d'une paroi du sillon. De même, lorsque le signal R est appliqué seul, la modulation suit la paroi opposée du sillon, dans le sens de la flèche R qui est perpendiculaire à la flèche L. L'application en phase de fractions égales du signal central C aux lignes L et R provoque une modulation simultanée et d'égale amplitude des deux parois du sillon, ce qui revient à appliquer une modulation horizontale ou une translation latérale représentée par la flèche C. La figure 4 représente schématiquement un appareil de reproduction stéréophonique d'un disque portant les signaux d'information L, R et C enregistrés de la manière ci-dessus. Un tel appareil comprend un pick-up stéréophonique dont la tête de lecture représentée en 18 comporte une pointe 20 (saphir ou diamant) qui suit le sillon du disque et convertit les modulations en tensions de sortie L et R. Lorsque la tette ne fournit que le signal de modulation L, celui-ci est amplifié par un amplificateur convenable 22 avant d'étire reproduit par un haut-parleur 24. De même, lorsque la tête ne fournit que le signal de modulation R, celui-ci est amplifié par un amplificateur 26 avant d'être appliqué à un haut-parleur 28. Lorsque le sillon comporte une modulation latérale, des fractions égales du signal central C apparaissent dans les haut-parleurs gauche et droit donnant l'illusion d'une source fantme C (représentée par le cercle an tirets C) è mi-chemin entre les haut-parleurs 24 et 28. Cette illusion n'est cependant perceptible que pour un auditeur 30 qui se trouva sur la médiatrice de la droite joignant les deux haut-parleurs 24 et 28. S'il se déplace d'un cbté ou de l'autre, il se produit un transfert du signal C sur le haut-parleur le plus proche, à moins que l'on ne prenne des précautions particulières pour ajuster la directivité des haut-parleurs en fonction de la position de l'auditeur.Ce canal "central" peut également entre reproduit dans un haut-parleur séparé, comme représenté en tirets sur la figure 4, et des appareils du commerce existent qui reproduisent indépendamment l'information "centrale". L'auditeur peut ainsi percevoir l'information "centrale", même iorsqu'il n'est pas à égale distance des haut-parleurs gauche et droit. La présente invention permet d'obtenir un quatrième canal alimentant un haut-parleur séparé, par application de fractions égales d'un signal représentatif de l'information en opposition de phase aux entrées gauche et droite de la tette de gravure. il est connu, pour obtenir des effets spéciaux sur un disque stéréophonique, d'appliquer certains canaux en opposition de phase de manière à réaliser une modulation verticale. De tels disques ne sont cependant destinés qu'à des systbmes de reproduction stéréophonique à deux haut-parleurs qui donnent l'illusion d'un son étalé. A titre d'exemple, des disques expérimentaux portant un quatrième canal d'information sont fabriqués et vendus par la division CES Laboratories de la Columbia Broadcasting System Inc.,sous les références STR 110, 111 et 120. Le système de la figure 5 qui est semblable, du point de vue fonctionnel, au système de la figure 1 peut servir à appliquer quatre signaux indépendants A, B, C et D à une tette de gravure. Les quatre signaux sont combinés dans une matrice de transformateurs 32, 34, 36 at 38 dont les primaires reçoivent respectivement les signaux A, B, C et D.Le secondaire du transformateur 32 est en série additive avec une première moitié des secondaires des transformateurs 36 et 38, de sorte que le signal résultant à la borne d'entrée AT de la tEte de gravure 10 est égal à A + 1/2C + 1/2D. De même, le secondaire du tnsfor- mateur 34 est en série additive avec l'autre moitié du secondaire du transformateur 36 et en série soustractive avec l'autre moitié du secondaire du transformateur 38, de sorte que le signal résultant à l'entrée BT de la tette de gravure 10 est égal à B + 1/2C - 1/2D. Les parties A et B des deux signaux d'entrée se traduissnt par des modulations parallèles aux parois du sillon, le signal 1/2C figurant dans les deux entrées provoque une modulation horizontale du sillon, comme l'indique la flèche C de la figure 2, et les signaux 1/2D égaux, mais en opposition de phase, qui figurent dans les deux entrées de la tête produisent une modulation verticale du sillon, dans le sens de le flèche D. La figure 6 représente un système de reproduction d'un disque stéréophonique du type décrit ci-dessus au moyen d'un pick-up stéréophonique classique 40 dont la pointe de lecture 42 suit le sillon du disque 14. Dtçrès ce qui précède, il est évident que le signal composite résultant de la sortie "gauche" ou borne AT de la tette de lecture contient, outre le signal A, la moitié du signal C et la moitié du signal D. De meus, le signal composite BT apparaissant à l'autre sortie de la tête de lecture contient, outre le signal B, la moitié du signal C et la moitié du signal D inversé.Quatre canaux séparés dans lesquels prédominent les signaux initiaux A, B, C et D, sont dérivés des signaux composites AT et BT par addition et soustraction de composantes dans une paire de transformateurs 46 et 48 comportant chacun trois secondaires interconnectés de la manière représentée. Plus précisément, les secondaires correspondants des transformateurs 46 et 48 sont respectivement connectés aux haut-parleurs A et B qui sont par exemple placés sur les parois opposées d'une salle d'audition que figure la ligne discontinue 50. Une seconde paire de secondaires correspondants des deux transformateurs est interconnectée de manière additive et alimente un troisième haut-parleur C placé à lune des extrémités de la salle d'audition. Les derniers secondaires des deux transfor- mateurs sont interconnectés de manière soustractive et alimentent un quatrième haut-parleur D qui est placé à l'autre extrémité de la salle d'audition. Dans un tel système, chaque haut-parleur fournit l'information de son cani associé accompagnée de la moitié des signaux d'information des canaux adjacents. Ainsi, le hautparleur A reproduit le signal AT qui contient, outre le signal A, les demi-signaux des canaux C et D. De même, le haut-parleur B reproduit le signal BT contenant, outre le signal initial B, les demi-signaux C et D, ce dernier étant en opposition de phase par rapport au dsm ignal D du haut-perleur A.Les haut-parleurs C et D fournissent respectivement les signaux C et D accompagnés des demi-signaux A et B, respectivement en phase et en opposition de phase. On notera cependant que l'isolation des signaux A et B est totale, de meme que l'isolation des signaux C et D. il est indéniable qu'un tel système n'assure pas une isolation totale des canaux, comme le ferait un système à quatre pistes indépen dantes, mais ce défaut est quelque peu atténué par le fait que, lorsque l'auditeur se trouve près de l'un des haut-parleurs d'un système à quatre canaux indépendants, il perçoit de manière prépon détente cette sortie particulière.Par contre, dans le système de laprésente invention, le mélange des canaux adjacents avec celui que perçoit l'auditeur, assure une reproduction mieux équilibrée et des tests subjectifs ont montré que la qualité de reproduction du système de la présente invention ne souffre pas d'une infériorité marquée vis-3-vis des systèmes à quatre canaux complètement indépendants, la différence dépendant en outre de la nature du programme reproduit. Les disques gravés au moyen de l'appareil décrit plus haut sont très convenablement reproduits par les systèmes stéréophoniques existants. Bien que l'information spécifique du canal différence ne soit pas directement présentée, elle est néanmoins entendue à demi-puissance dans les haut-parleurs gauche et droite. Inversement, le système de la figure 6 a une compatibilité satisfaisante avec les disques stéréophoniques classiques car, comme on lta vu précédemment, l'information de canal central est presqus toujours présente.Bien que les disques existants ne comportent aucune information cohérente sur le canal différence, le mélange an opposition de phase des signaux gauche et droite produit un son agréable en lui-meme. Meme pour des disques monophoniques, le son reproduit par lteppareil de la figure 6 reste agréable car le signal somme domine et les haut-parleurs gauche et droite restituent cette même information à demi-puissance. Dans ce cas, la sortie du canal différence n'est due qu'aulx distorsions, mais le niveau acoustique est faible et n'est gênant que si l'on s'approche trop près du haut-parleur. On voit donc que la présente invention permet d'obtenir une illusion acceptable de stéréophonie à quatre canaux indépendants en enregistrant deux canaux virtuels dans les canaux normaux "gauche"etsdroite"d'un disque stéréophonique et en reproduisant les deux canaux principaux et les deux canaux virtuels dans quatre haut-parleurs séparés. L'invention ne nécessite en outre qu'unie modification minime des appareils existants de gravure et de reproduction stéréophoniques. Par exemple, pour convertir un système classique à deux canaux en un système du type représenté figure 6, il suffit de disposer d'enroulements supplémentaires sur les transformateurs de sortie ou de prises centrales sur les secon dairesalimentant les haut-parleurs normaux,plus évidemment deux haut-parleurs supplémentaires. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus dans le cas d'un disque stéréophonique, il va de soi que son principe d'enregistrement et de reproduction est applicable à n'importe quel autre support à deux pistes, par exemple aux magnétophones à deux canaux ou aux sytèmes de radiodiffusion stéréo-mùltiplex. En conséquence, les termes "support à deux pistes" et "support à deux pistes indépendantes" utilisés dans les revendications désignent n'importe quels systèmes de ce type. Revendications 1. Appareil de reproduction de quatre canaux d'information séparés enregistrés sous la forme d'un premier et d'un second signal composite sur deux pistes d'un support, lesdits signaux composites contenant respectivement un premier et un second signal représentant l1information d'un premier et d'un second canal, des fractions égales et en phase d'un signal représentant l'information du troisième desdits canaux et des fractions égalas et en opposition de phase d'un signal représentant l'information du quatrième canal, ledit appareil. étant caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur détectant le premier et le second signal composite sur le support à deux pistes et un circuit combinant par addition et soustraction des composantes desdits signaux composites pour fournir quatre signaux de sortie contenant respectivement le premier, le second, le troisième et le quatrième signal accompagnés chacun par deux demi-signaux représentant l'information des canaux adjacents. 2. Appareil selon la revendication I caractérisé en ce qutil comprend quatre haut-parleurs recevant respectivement les quatre signaux de sortie. 3. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support est un disque stéréophonique et en ce que le transducteur comprend un pick-up stéréophonique. 4. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit circuit comprend deux transformateurs dont les primaires respectifs reçoivent les premier et second signaux composites, aSsit trois secondaires chacun, des premiers secondaires correspondants des premier et second transformateurs fournissant respectivement le premier et le second signal de sortie, des secondaires correspondants des deux transformateurs étant interconnectés de manière additive pour fournir le troisième signal de sortie et des secondaires correspondants des deux transformateurs étant interconnectés de manière soustractive pour fournir le quatrième signal de sortie. 5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend un premier, un second, un troisième et un quatrième hautparleurs auxquels sont respectivement appliqués le premier, le second, le troisième et-le quatrième signal de sortie.