Brevet FR2142807A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne la division de fréquences audibles et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour comprimer la bande de fréquences de la gamme audible du signal vecal dans les fréquences basses notamment en vue ;'amé- liorer l'écoute et la rééduation de personnes sourdes profondes ayant des restes auditifs dans les graves. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif destiné aux personnes dont il est question ci-dessus et assurant le décalage de la bande des fréquences audibles normale vers la bande limitée aux seules basses fréquences que ces personnes sont susceptibles de percevoir afin qu'elles puissent comprendre notamment la parole après une telle transposition. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de divi- sion de fréquences audibles caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser à un rythme constant déterminé, dans une première mémoire et pendant une période de temps déterminée des valeurs instantanées successives dans le temps d'un signal vocal, puis à lire immédiatement après les différentes valeurs successivement inscrites dans ladite première mémoire à un rythme dont le rapport vis-à-vis du rythme de mémorisation est égal à n, n étant an nombre entier ou fractionnaire supérieur à l'unité, et pendant une période de temps dont la durée par rapport à celle de mémorisation est égal à n, à mémoriser dans une seconde mémoire, pendant au moins une partie de la durée de ladite lecture, au moins une parties valeurs instantanées successives correspondantes du signal vocal, ensuite à lire ladite seconde mémoire tout en procédant à l'inscription dans la première mémoire et à répéter cycliquement et alternativement pour chacune des deux mémoires une telle inscription suivie d'une telle lecture. Dans une application simple consistant par exemple à diviser par 2 la fréquence d'un signal vocal, on procèdera à l'inscription dans une des mémoires pendant un temps t puis on procède immédiatement à la lecture de cette mémoire pendant le temps 2t cependant que durant la seconde moitié du temps de lecture on procède à l'inscription dans l'autre mémoire qui sera immediatement ensuite lue de la même manière. On obtient ainsi un signal de fréquence de moitié qui présente cependant la même allure générale que le signal vocal d'origine malgré la perte périodique de ce dernier du fait que pendant la moitié (dans le cas considéré ci-dessus) le temps de lecture des mémoires le signal vocal n'est pas pris en compte. Cette particularité est très peu sensible en fin de come pour l'oreille d'une personne sourde profonde qui, en utilisant un appareil mettant en oeuvre le procédé énoncé ci-dessus, est parfaitement capable, après une éducation convenable, de comprendre la parole ainsi transposée à fréquence moitié ou autre. D'autres Daractéritiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, description donnée è. titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels Fig. 1 représente le schéma logique d'un appareil de division de fréquences audibles selon l'invention Fig. 2 représente un schéma logique plus détaillé du circuit de commande de l'inversion inscription-lecture de l'appareil de la figure 1;; Fig. 3 représente un schéma logique plus détaillé du circuit de commande de l'inscription et de la lecture, et Fig. 4 représente le diagramme des signaux d'entrée et de sortie de l'appareil de la figure 1 pour une fréquence déterminée du signal d'entriez L'appareil représenté schématiquement sur la figure I comporte un convertisseur analogique-digital constitué par un compteur-décompteur binaire synchrone 1 de type connu dont l'entrée est reliée à la sortie d'un amplificateur différentiel 2. Cet amplificateur 2 comprend une première entrée à laquelle est appliqué le signal vocal V1 sous forme analogique issu d'un transducteur (microphone par exemple) non représenté et une seconde entrée a laquelle est appliqué un signal VO en provenance d'un réseau de décodage 3 de type connu.Le signal V0 est l'équivalent analogique de l'état du compteur-décompteur 1, le réseau 3 étant à cet effet relié par l'intermédiaire de cinq commutateurs analogiques S aux cinq sorties Q1 à Q5 du compteur-décompteur I qui dans le cas présent offre 32 niveaux d'amplitude. Les cinq commutateurs analogiques 4 sont également reliés à une source (non représentée) de tension de référence VR Le compteur-décompteur 1 reçoit en outre un signal de commande ou d'horloge de fréquence FH. es ciq sorties Q1 à Q5 du compteur-décompteur I sont reliées chacune à un couple de deux registres à décalage RI et RIT montés en parc'lèleo Chaque couple de registres RI, RII est relié à sa sortie à un inverseur de sortie 5. Les cinq inverseurs de sortie 5 sont reliés chacun à un commutateur analogique 6. Les cinq commutateurs G sont reliés à ladite source de tension de référence V R et leurs sorties sont connectées à un réseau de décodage 7 identique au réseau 3 et dont la sortie délivre un signal analogique Vs. Le dispositif comporte en outre un inverseur de commande 8 qui reçoit d'une part, le signal d'horloge FH et d'autre part, un second signal dont la fréquence est égale à F/n. A l'inverseur 8 est connecté un ensemble formé d'un compteur 9 alimenté par le signal de fréquence FR/n, et suivi d'un décodeur 10 et d'une bascule bistable 11 celle-ci étant reliée à la fois à l'inverseur 8 et aux inverseurs de sortie 5. La figure 2 représente un schéma plus détaillé de l'en- semble 9 à Il qui en soi est parfaitement connu. Ce circuit est étudié dans le cas présent pour des registres RI et RII à 40 positions et pour une fréquence de FH/2, le décodeur 10 étant cbargé de détecter la 40ème impulsion de fréquence FH/2. La figure 3 représente un schéma plus détaillé de l'inverseur de commande 8 et sa connexion aux registres à décalage RI et RII. L'inverseur 8 ainsi d'ailleurs que les inverseurs de sortie 5 sont des inverseurs à portes de conception bien connue et dont il est inutile d'expliquer le fonctionnement. Le fonctionnement de l'appareil dont le schéma est repré eenté Mur la figure 1 est le suivant. Le signal vocal V1 constitué par exemple par la sinusoide de la partie supérieure de la figure 4 est échantillonné à la cadence de la fréquence FH par l'intermédiaire de la boucle formée par le compteur-décompteur 1, l'amplificateur différentiel 2 et le réseau de décodage 3. Dans le cas du dispositif décrit plus haut du fait que les registres RI et RII ont des capacités de 40 positions, on effectue des séries de 40 échantillonnages. En outre, dans le cas particulier de la figure 4 la durée de chaque série d'échantillonnage s'étale sur une période du signal V1. A chaque impulsion d'horloge (de fréquence FH) un état binaire apparaît sur les cinq sorties Q1 à Q5 du compteur-décompteur 1. Les commutateurs analogiques 4 laissent passer ou non la tension de référence V R vers le réseau de décodage 3 qui fournit à l'amplificateur 2 l'équivalent analogique (VO) de l'état du compteur-décompteur 1. L'amplificateur différentiel 2 compare le signal V0 avec le signal vocal V1, , Selon la sens de la différence V0-V1, le compteur-décompteur 1 compte ou décompte de façon que deux échantilions successifs de V0 encadrent V1. Ainsi à chaque impulsion d'horloge (FH) correspond un état binaire du compteur-décompteur 1 compris entre O et 32, repérant l'amplitude de V0 la plus proche possible de V1. Cel revient à traduire la courbe V1 en une courbe en ma- chef d'escalier (figure 4) dont les parties horizontales sont d'égale longueur (intrevalle entre deux échantillons succesifs) et dont les parties verticales sont d'égale hauteur (32 de l'amplitude maximale), chaque marche correspondant à un état binaire au compteur-décompteur 1. les états succesifs du compteur-décompteur 1 durant la première ériode de la courbe V1 de la figure 4 sont mémorisés dans les registres RI qui constituent alors les registres d'inscription (Inscription RI). Pendant les deux périodes suivantes du signal V1 on va lire les registres RI à un rythme deux fois plus lent (n = 2 dans le cas pre-ent). nsi l'appareil va délivrer un signal de sortie sinusoïdale VS, (partie inférieure de la figure 4) dont la période est double de celle du signal V1 et dont la-première pé riode est constituée de 40 marches homologues de celles de la première période du signal V1. Autrement dit les marches d'escalier VS ont des parties verticales égales à celles des marches d'escalier correspondantes de V1 et des parties horizontales de longueur double. Pendant a lecture des registres RI on opère la mémorisa t.-::n dans les registres RII as diverses valeurs instantanées de V1 our la figure 4 on a mentionné que cette inscription dans les registres RII (inscription RII) s'étaie sur 40 échantillons opérés pendant la seconde moitié du temps de lecture des registres RI, c'est-à-dire durant toute la troisième période de V1. En réalité, e dispositif de la figure i opère un peu différem mer@@ en ce sens que l'inscription dans les registres RII s'opère en fait durant. toute la durée de Lecture des registres RI. Mais du fait de la opacité (40 positions) des reg3st2es couvrant une période de V1, les registres RIT se remplissent completement au bout de la seconde période et se remplissent à nouveau au cours de la troisième période de sorte qu'en fait c'est uni- quement la troisième période de V4 qui est mémorisée å la fin de la lecture des registres RI. A la fin de cette lecture, ce sont les registres RII qui sont à leur tour lus durant un temps (Lecture RII, figure 4) égal au temps de lecture (Lecture RI) des regIstres RI et suivant les mêmes modalités. Pendant ce temps de lecture des registres RIT, on procède à l'inscription dans les registres RI de la meme façon que pour les registres RII au cours des deuxième et troisième périodes de Vie On répète ainsi cycliquement et alternativement les mines opérations sur les registres RI et RII, chaque inscription dans l'un des deux groupes de registres RI ou RII étant suivie immédiatement d'une lecture audit groupe de mémorisation s'étendant sur une durée double de cille de l'inscription. Ainsi on obtient une courbe de sortie Vs qui a l'allure d'une sinusoïde de même amplitude que la sinusoïde V1 mais de fréquence double. D'après la figure 4 on voit que la fonction de chaque registre (inscription, puis lecture, puis inscription, etc...) est inversée toutes les deux périodes de la courbe V1 c'est-àdire tous les 80 échantillonnages. Cette opération est effectuée dans le dispositif de la figure 1, d'une part, par l'interseur de commande 8, et d'autre part, par l'ensemble 9 à il. L'inverseur de commande 8 envoie (figure 3) le signal d'horloge FH qui est le signal de commande d'échantillonnage sur les registres (I ou TI) qui doivent mémoriser (inscription) Simultanément l'inverseur 8 envoie le signal FH/2 sur les autres registres (II ou I) affectés alors à la lecture. Cet aiguillage s'effectue sous la commande de l'ensemble 9 à il. De la sorte r les registres d'inscription sont commandés à un rythme double de celui de la lecture des registres de lecture. Quand par exemple les registres I sont vidés complètement (lecture) les registres II sont remplis complètement deux fois (inscription). L'ensemble 9 à 11 (figure 2) est chargè également d'envoyer toutes les 80 impulsions du signal FH, un signal de commande des inverseurs de sortie 5 afin de connecter les nouveaux registres à lire au commutateurs logiques 6 et à isoler les registres qui viennent d'être lus. Il faut noter que le signal VS n'est pas exactement fidèle au signal V1. n effet un simple coup d'oeil à la figure 4 montre qu'une période sur deux du signal V1 n'est pas prise en compte du fait que les registres d'inscription se remplissent deux fois avant d'être lus. Cela n'est pas critique car cette perte de signal n'est finalement que très peu sensible à l'oreille et n'empêche nullement de comprendre la parole transposée conformément à l'invent ion. Il existe en outre une autre distorsion qui provient du fait que la fréquence du signal vocal V1 est variable. Dans le cas de la figure 4, la fréquence d'échantillonnage ou d'horloge FH est un multiple entier de la fréquence du signal V1 et plus particulièrement F11 est 40 fois la fréquence de V1 du fait que les registres RI et RIT sont à 40 positions. En outre, selon le théorème de l'échantillonnage, FH a la valeur double de la fréquence à transmettre la plus élevée. En réalite la fréquence de V1 varie dans une assez large mesure et l'on s'arrange pour que FH soit égal au produit du nombre de positions des registres par la fréquence fondamentale moyenne du spectre vocal à transposer, cette fréquence étant environ de 120 pour les hommes et de 240 pour les femmes. Ainsi pour ces fréquences et pour des fréquences multiplets ou sous-multiples entières les différentes tranches du signal V issues de la lecture alternée des registres RI et RII 'en- cRalnent exactement bout à bout pour former une courbe V0 d'allure exactement sinusoidale. Il n'en est plus tout à fait de même lorsque les 40 échantillons s'étalent sur un nombre fractionnaire de périodes du si- gnal V Dans ce cas, il se produit un décrochement de toutes les n périodes du signal V mais là aussi cette distorsion n'est finalement que peu sensible à l'oreille. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. C'est ainsi en particulier que l'on peut modifier le nombre des positions des registres et l'augmenter ainsi que le nombre des niveaux de comptage du compteur-décompteur 1 afin d'avoir une définition plus fine du signal S. REVE PICNS 1. Procédé de division de fréquences audibles caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser à un rythme constant déterminé, dans une première mémoire et pendant une période déterminée des valeurs instantanées successives dans le temps d'un signal vocal, puis à lire immédiatement aprs les différentes valeurs successivement inscrites dans ladite première mémoire à un rythme dont le rapport vis-à-vis du rythme de mémorisation est égal à n, n étant un nombre entier ou fractionnaire supérieur à l'unité, et pendant une période de tes dont la durée par rapport à celle de mémorisation est égal à n, à mémoriser dans une seconde mémoire, pendant au moins une partie de la durée de ladite lecture, au moins une partie des valeurs instantanées successives correspondantes du signal vocal, ensuite à lire ladite seconde mémoire tout en procédant à l'inscription dans la première mémoire et à répéter cycliquement et alternativement pour chaèune des deux mémoires une telle inscription suivie d'une telle lecture. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour transformer le signal vocal en un signal électrique analogique proportionnel, des moyens gour mettre ce signal analogique d'entrée sous forme numérique constitue par un compteur-décompteur binaire synchrone commandé par un signal impulsionnel d'horloge de fréquence F11, des moyens pour détecter le sens et l'amplitude des variations dudit signal analogique, constitués par une boucle formée par un réseau de décodage fournissant l'qui valent analogique de l'état dudit comptenu-décompteur et connecté à un amplificateur différentiel recevant à son autre entrée le signal analogique d'entrée et dont la sortie est reliée au compteur-décompteur, des paires de registres à décalage identiques, reliées au compteur-décompteur, des moyens pour commander la mémorisation de l'un des registres de chaque paire à ladite fréquence FH et des moyens pour commander la lecture de l'autre registre de chaque paire à une fréquence de F11/n, des moyens pour commander périodiquement l'inversion inscription-lecture des registres et des moyens connectés auxdits registres pour délivrer l'équivalent analogique de l'état des registres en cours de lecture. 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que chaque mémorisation dans les registres est commandée durant une période de temps égale à P impulsions de fréquence F11, P étant le nombre de positions des registres, 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que ladite fréquence d'horloge est égal au produit du nombre de positions des registres par la fréquence fondamentale moyenne du spectre vocal à transposer,