Brevet FR2135631A1 — publié le 19721222

L'invention concerne un circuit de réduction de bruit comportant un étage d'entrée qui reçoit le signal à traiter et qui est muni de première et deuxième sorties, un filtre passe-tout raccordé â. la première sortie, un filtre passe-haut raccordée à la deuxième 5 sortie de l'étage d'entrée, une commande automatique de gain (C.A.G.) dont l'entrée est raccordée à la sortie du filtre passe-haut et dont le gain décroît en présence d'une amplitude croissante du signal fourni à l'entrée de la C.A.G. et ayant une amplitude qui dépasse une valeur de seuil déterminée de cette C.A.G., ainsi qu'un circuit d'addition dont la 10 première entrée est raccordée au filtre passe-tout et dont la deuxième entrée est raccordée à la sortie de la commande automatique de gain, alors que pour une amplitude qui est inférieure à ladite valeur de seuil, les amplitudes des signaux communs existant aux deux entrées du circuit d'addition sont au moins pratiquement égales et en opposition de phase. 15 Un tel circuit est important surtout pour la reproduction de programmes à audiofréquence enregistrés par voie magnétique; lors de cette reproduction, il se produit un bruit de fond relativement intense, surtout dans ia bande de fréquences supérieure, ce qui entre autres trouve sa cause dans le bruit provoqué par la. bande 20 magnétique. Il est connu qu'il se produit un masquage de ce bruit s'il existe des signaux de niveau élevé qui ont des fréquences se situant dans ladite bande de fréquences. Par conséquent, on doit disposer d'un circuit qui atténue fortement les signaux dont la fréquence se situe dans ladite bande et dont l'amplitude est inférieure à une valeur de seuil déter-25 minée, tandis que les signaux dont l'amplitude est supérieure à cette valeur de seuil, doivent pouvoir passer sans être atténués. En outre, il importe que le circuit de réduction de bruit ne soit pas influencé par des signaux basse fréquence, car il se produit alors un effet de modulation de bruit ce qui peut encore être plus gênant qu'un bruit permanent. 30 En plus d'un caractère qui est fonction de l'amplitude, le circuit de réduction de "bruit doit présenter également un caractère qui est fonction de la fréquence, et ceci notamment de telle façon que le comportement audit circuit soit déterminé uniquement par l'amplitude des signaux dont la fréquence se situe dans la bande de fréquences supérieure. 35 Dans des circuits de réduction de bruit du genre mentionné dans le préambule, l'atténuation désirée du bruit est obtenue de la façon suivante. La valeur de seuil de la commande automatique de gain est par exemple choisie égale à l'amplitude maximale escomptée du bruit à fréquence élevée. Le signal de sortie du filtre 40 passe-haut est fourni à ladite commande, ce signal comportant donc le 72 15913 2 2135631 bruit à fréquence élevée. Dans le cas où l'amplitude de ce signal fourni â la C.A.G. est inférieure à la valeur de seuil, ce signal subit une amplification telle que le signal de sortie de cette C.A.G, fourni à la deuxième entrée du circuit d'addition, présente une amplitude qui est 5 égale à celle de la partie correspondante à fréquence élevée du signal qui est fourni à la première entrée du circuit d'addition, cette fourniture ayant lieu par l'intermédiaire du filtre passe-rtout. Toutefois, les deux signaux aux: deux entrées du circuit d'addition sont en opposition de phase, ce qui a comme conséquence que dans le signal de sortie du cir-10 cuit d'addition, la partie à fréquence élevée du signal d'entrée, c'est-à-dire le bruit â fréquence élevée, fait entièrement défaut. Dans le cas où l'amplitude du signal de sortie du filtre passe-haut est supérieure à la valeur de seuil de la C.A.G, l'amplification établie par celle-ci décroît. Si on admet que l'amplifi-15 cation a diminué dans une mesure telle que le signal de sortie de la C.A.G. peut être négligé par rapport à la partie correspondante à fréquence élevée du signal fourni au circuit de réduction de bruit, ce signal à fréquence élevée apparaîtra, non atténué, à la sortie du circuit d'addition. En effet, dès à présent, ce dernier ne reçoit un signal que par 20 l'intermédiaire du filtre passe-tout. Dans un circuit de réduction de bruit fonctionnant suivant le principe cité ci-dessus, il importe que la commande automatique de gain ait une valeur de seuil bien déterminée, c'est-à-dire que pour des amplitudes supérieures â cette valeur de seuil, l'amplitude éta-25 blie par la C.A.G diminue très rapidement. En outre, celle-ci ne doit réagir qu'à des signaux dont les fréquences sont situées dans la bande de fréquences supérieure du domaine des signaux audibles, de sorte qu'il est désirable de disposer d'un filtre passe-haut à forte pente. Enfin, pour les basses fréquences, une caractéristique de fréquence, aussi plane que 30 possible, est évidemment souhaitable. Le but de l'invention est de fournir un circuit de réduction de bruit qui dans une forte mesure répond aux désirs précités et qui en outre peut avoir une conception simple. L'invention est remarquable en ce que le filtre 35 passe-tout a une fonction de transmission qui au moins pratiquement cor- 1 — T)Y respond à l'expression ^ + , alors que le filtre passe-haut a une fonction de transmission qui au moins pratiquement correspond à l'expression (py)a ' (pT + i){[(p?' )2 + pf+ expressions dans lesquelles p est la pulsation imaginaire, alors que 72 15913 3 2135631 est une constante de temps. Par le choix particulier des caractéristiques ae fréquence des filtres passe-tout et passe-haut, on obtient en tout premier lieu que la fonction rie transmission totale correspond à celle d'un filtre passe-bas du.troisième ordre, filtre qui dans la bande passante a une caractéristique de "Buttertforth11, c'est-à-dire une caractéristique "qui est plane au maximum". Par ailleurs, pour les frénuences élevées, le filtre passe-tout donne lieu à un déphasage en arrière de 180°. Ceci a le résultat favorable que le déphasage en avant, causé par les réseaux de correction existant dans les enregistreurs sur bande, est compensé en grande partie, ce dont il résulte que la reproduction de signaux •variait fortement en amplitude "reproduction(testransitaires est considérablement améliorée. - - La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre commënt l'invention peut itre réalisée. La fig. 1 montre la caractéristique d'amplitude désirée pour des fréquences - dans la bande de fréquences supérieure. Les figures 2a et 2b montrent les caractéristiques auxiliaires â l'aide desquelles la caractéristique désirée est réalisable. La fig. 3 est le schéma de principe du circuit de réduction de bruit conforme à l'invention. La fig. 4 représenté un circuit de réduction de bruit conforme à l'invention. La fig. 3 montre, en fonction de la tension d'entrée, la caractéristique de transmission totale du circuit représenté sur la fig. 4. La fig. 1 montre la caractéristique d'amplitude désirée pour des fréquences si+uées dans la bande ce fréquences supérieure du domaine des signaux audibles. 2n admettant que l'amplitude maxi-raie (valeur ce n^il) du bruit à fréquence élevée est indiquée par on :-ésire alors que pour des signaux d'entrée dont l'amplitude est inférieure K cette valeur de t-euil V„., l'a.-rplitude -lu ^i^nal de sortie Y iJ o soit éfî-ale à zéro, ce bruit étant ainsi sutpriné entièrement. J.uant aux itaraux ' f'ritrée dont 1 'arr.uli tude SADORIGINAL 72 15913 5 2135631 Afin de pouvoir choisir une valeur de seuil favorable pour la C.A.G. indiquée par , le signal provenant du filtre passe-haut "S ^ peut évidemment être amplifié â l'aide d'un amplificateur A et subir ensuite plus loin que la C.A.G., de nouveau une atténua-5 tion correspondante effectuée à l'aide d'un atténuateur supplémentaire Bg. Au lieu d'un coefficient d'amplification é^ral à l'unité dans les deux parties de circuit, on peut évidemment choisir un autre coefficient. Ce qui est essentiel c'est que pour les deux parties de circuit les coefficients d'amplification soient les mêmes pour des signaux ayant une fré-10 quence située dans la bande de fréquences supérieure et une amplitude inférieure à. la valeur de seuil, ce sorte que dans ce cas, lors de l'addition, les signaux provenant des deux parties de circuit se composent. Conformément à l'invention, le filtre passe-tout a une caractéristique de transmission qui correspond à l'expression ^ ~ > alors que le filtre passe-haut 'a une caractéristique de trans mission qui correspond à l'expression (pY )3 . (p? + i)f_(prr + P?+ 1j ' Par le choix de ces deux caractéristiques de transmission, le fait d'additionner les signaux provenant des deux parties de circuit fournit la caractéristique de transmission totale très favorable: 20 1 - Pf + CeU! = î a 1 + PT (PY + 1 )[(PY)e + PY + 1] (1 + PY )[(1 + PY + (pTfj Cette expression n'est autre que la fonction de transmission d'un filtre passe-bas du troisième ordre, filtre qui dans la bande passante a une caractéristique de "Butterworth", c'est-à-dire une caractéristique $ii est "plane au maximum". 25 Outre cette caractéristique de transmission fa vorable très plane dans la bande passante, le circuit de réduction de bruit conforme à l'invention a l'avantage que simultanément il est possible de compenser le déphasage en avant, causé par les réseaux de correction existant dans les enregistreurs sur bande, ce qui améliore forte-50 ment la reproduction de signaux variant fortement en amplitude. En effet, pour des fréquences élevées, ces réseaux de correction causent un déphasage en avant d'environ 180°. toutefois, pour ces fréquences élevées, le filtre passe-tout utilisé dans le circuit de réduction de bruit conforme à l'invention introduit un déphasage en arrière de 180°. En faisant en 35 sorte que le diviseur de phase et le circuit d'addition ne causent pas d'autre déphasage du signal fourni par le filtre passe-tout, on obtient donc la compensation du déphasage causé par les réseaux de correction de 72 15913 6 2135631 l'enregistreur sur bande. La fig. 4 représente un circuit de réduction de bruit conforme à l'invention, la réalisation de ce circuit étant basée sur le schéma de principe constituant la fig. 3-5 Le filtre passe-tout est réalisé à l'aide d'un circuit transtorisé qui comporte le transistor Tr1 dont les résistances d'émetteur et de collecteur R4 et R3 sont identiques, et le montage en série de la résistance R5 et du condensateur C2, ce montage shuntant le trajet collecteur-émetteur du transistor Tri. Par l'intermé-10 diaire d'un condensateur C1, le signal d'entrée est fourni à la base du transistor Tr1, alors qu'à l'aide des résistances R1 et R2, cette base reçoit une tension de polarisation adéquate, le signal de sortie du filtre passe-tout étant prélevé du point commun entre la résistance R5 et le condensateur C2. 15 Le transistor Tr1 fait également office d'étage d'entrée du circuit de réduction de bruit. Le filtre destiné au filtre passe-haut est prélevé ici du collecteur du transistor Tr1. Ce filtre passe-haut F2, qui doit réaliser la caractéristique de transmission dont il a été question dans ce qui pré-20 cède, comporte le montage en cascade de deux filtres passe-haut RC et d'un troisième réseau à rétrocouplage. La fonction de transmission désirée peut notamment être écrite comme suit: (P7)s = pf ^ P7 # ILÇ • (pf + 1)[(pT)2 + pf + fc?"4- 1 pr + 1 pT + 1- ^— Avec une approximation raisonnable, les deux 25 derniers termes sont réalisés à l'aide d'un transistor Tr2, de résistances R8 à R11, et de condensateurs C3 et C4, ces composants étant branchés comme le montre la figure. Le premier terme est réalisé à l'aide d'un réseau RC, formé par un condensateur C5 et la résistance d'entrée de l'amplificateur A. 30 Le rôle de cet amplificateur A est de porter le niveau du signal â une valeur appropriée pour la commande automatique de gain B1, montée à la suite de l'amplificateur A. Cette C.A.G. B1 comporte deux branches, chaque branche comportant le montage en série de deux diodes D1, B5 et D2, I>4, montées tête-bêche. Les points communs en-35 tre les diodes respectives 1)1, D3 et 1)2, D4 sont raccordés à un point de potentiel constant (masse) par l'intermédiaire d'un condensateur C8, C9. Par ailleurs, les montages en série formés par les diodes sont shuntés par une résistance R15 dont une extrémité est raccordée à la sortie de 72 15913 2135631 étant connectée â la sortie du régulateur. Les valeurs ohmiaues de ces résistances H6 et R16 doivent évidemment être telles .V établir l'égalité de l'arr^litude du bruit à fréquence élevée aux extrémités de ces résistances si le signal d'entrée du circuit de réduction de nruit ne comporte ; as de signal à fréquence élevée. On conçoit aisément que le circuit de réduction de bruit conforme, à l'invention n'est pas limité à l'exemple de circuit constituant la fig. 4. Cet exemple n'indique que la façon dont il est possible de réaliser', d'une manière relativement simple et à l'aide de composants simples, un circuit de réduction de bruit conforme à l'invention. La fig. 5 montre la fonction de transmission du circuit suivant la fig. 4 en fonction du niveau du signal à fréquence élevée. Cette caractéristique permet de se rendre compte clairement qu'en présence de niveaux faibles du signal à fréquence élevée, on obtient une très forte atténuation, celle-ci décroissant rapidement lorsque l'amplitude augmente. 72 15913 9 2135631 REVENDICATIONS : 1. Circuit de réduction fie bruit comportant un étage d'entrée qui reçoit le signal à traiter et qui est muni de première et deuxième sorties, un filtre passe-tout raccordé à la première sortie, 5 un filtre passe-haut raccordé à la deuxième sortie de l'étage d'entrée, une commande automatique de gain (C.A.G.) dont l'entrée est raccordée à la sortie du filtre passe-haut et dont le gain décroît en présence d'une amplitude croissante du signal fourni à l'entrée de la C.A.G. et ayant une amplitude qui dépasse une valeur de seuil déterminée de cette C.A.G., 10 ainsi qu'un circuit d'addition dont la première entrée est raccordée au filtre passe-bout et dont la deuxième entrée est raccordée à la sortie de la commande automatique de gain, alors que pour une amplitude qui est inférieure à ladite valeur de seuil, les amplitudes des signaux communs existant aux deux entrées du circuit d'addition sont au moins pratique-15 ment égales et en opposition de phase, caractérisé en ce que le filtre passe-tout a une fonction de transmission qui au moins pratiquement correspond â l'expression ^ ~ , alors que le filtre passe-haut a une fonction de transmission oui au moins pratiquement correspond à l'ex- (pT)5 pression: (pT + ! )£(pî0* + pf + i] ' 20 expressions dans lesquelles p est la pulsation imaginaire alors que Y est une constante de temps. 2. Circuit de réduction de bruit selon la reven-dication 1, caractérisé en ce que le déphasage total entre l'entrée et la sortie du circuit de réduction de bruit dans la voie de transmission 25 qui comporte le filtre passe-tout est déterminé entièrement par la fonction c'e transmission de ce filtre. 3. Circuit de réduction de bruit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 1'étage-d'entrée et le filtre passe-tout forment ensemble un circuit qui comporte un transistor dont 30 les résistances de collecteur et d'émettëur sont identiques, la base de ce transistor recevant le signal d'entrée, alors que le trajet collecteur-émetteur du transistor est shunté par le montage en série d'une résistance et d'un condensateur du point commun desquels il est possible de prélever le signal ce sortie du filtre passe-tout, tandis que la deuxième 35 sortie de l'étage d'entrée est formée par le collecteur du transistor. 4. Circuit de réduction de bruit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la commande automatique de gain comporte trois branches parallèles dont un premier point de connexion reçoit le signal à réguler, et d'un deuxième point de connexion à COpy i 72 15913 10 2135631 duquel le signal régulé peut être prélevé, alors que des première et deuxième branches comportent le montage en série de deux diodes, les sens de conduction de ces montages étant opposés l'un â l'autre, et que la troisième branche comporte une résistance, les points de connexion 5 des diodes branchées en série dans les première et deuxième branches étant raccordés à un point de potentiel constant par l'intermédiaire d'un condensateur. 5. Circuit de réduction de bruit selon l'une des revendications 1 à 4» caractérisé en ce que le filtre passe-haut est 10 formé par le montage en cascade de deux filtres passe-haut RC et d'un troisième réseau à rétrocouplage. 6. . Circuit de réduction de bruit selon la revendication 5» caractérisé en ce que le réseau à rétrocouplage est formé par un filtre passe-haut R:C, le rétrocouplage ayant lieu par un ampli- 15 ficateur à coefficient d'amplification égal à l'unité, cet amplificateur ayant une forte impédance d'entrée et une faible impédance de sortie. 7. Circuit de réduction de bruit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un amplificateur à limiteur est branché entre le filtre passe-haut et la commande automatique de 20 gain. 8» Circuit de réduction de bruit selon les reven dications 5 et 7» caractérisé en ce que l'impédance d'entrée du circuit d'amplification appartient à un filtre passe-haut RC du filtre passe-haut.