Brevet FR2253207A1 — publié le 19750627

La présente invention a pour objet un appareil pour mesurer la durée de réverbération sonore d'un local, conformément aux normes françaises en vigueur. On sait que cette durée, caractéristique des propriétés acoustiques du local, est définie par la norme NF S 30-001 comme étant celle penaant laquelle le niveau ilstantané d@intensit@ d'un signal sjfloe décroît de 60 décibels, cette décroissance étant supposée à taux à peu près constant.Ainsi, par exemple, dans une piscine, cette durée pourra être de l'ordre de 8 secondes, alors que dans une pièce de séjour meublée elle ne sera que de l'ordre de 0,5 seconde La norme NE S 31-012 précise les conditions opératoires de mesure en preserivant que l'on doit observer une décroissance de 30 décibels encre des niveaux inférieurs respectivement de 5 et de 35 décibels au niveau initial ; la durée ainsi relevée expérimentalement devra donc être multipliée par deux pour obtenir la durée de réverbération définie plus hauts On connait divers appareils permettant d'effectuer la mesure en question dans les conditions précitées. Un premier type d'appareils permet d'obtenir un enregistrement graphique sur diagramme de la décroissanee sonore à étudier. Ces diagrammes sont ensuite dépouillés, ce qui implique un certain retard dans la connaissance des résultats. Un premier perfectionnement a été apporte, par la mise en oeuvre d'une méthode fondée sur la mesure des impulsions intégrées Les appareils utilisant cette méthode donnent instantanément le résultat cherché, mais, comme d'ailleurs les appareils précédents, ils sont en général lourds, encombrants et onéreux, ce qu rend difficile leur utilisation in situez L'enregistrement magnétique local de la décroissance sonore, suivi d'une mesure en laboratoire permet d'éviter le déplacement des appareils mais risque d'entraîner des altérations de la mesure et implique des manipulations supplémentaires. La présente invention vise la réalisation d'un appareil léger, peu fragile et moins onéreux que les appareils précités, donc facile à transporter in situ et donnant immédiatement le résultat de la mesure, tout en ménagean@, en cas de nécessité, la possibilité de recourir a un enregistrement magnétique intermédiaire Suivant l'invention, l'appareil pour mesurer la durée de réverbération sonore d'un local, comprenant des moyens pour élaborer un signal électrique représentant la valeur efficace d'un signal sonore d'intensité décrcissante est carac+érisé en ce qu'il comprend des moyens pcur mesurer le tems écoulé-entre l'instant où ledit signal électrique franchi un premier seuil prédéterminé et l'instant où ce signal franchit un second seuil prédéterminé, et des moyens pour afficher instantanément le temps écoulé précité. Ainsi, le temps mesuré, représentatif de la durée de réverbération du local conformément aux conventions normalisées, est-il connu immédiatement sur le site , sans que soit nécessaire aucun dépouillement ultérieur en bureau d'études. Suivant une réalisation préférée de l'invention, le temps est mesuré par comptage des impulsions mises par une base de temps associée à un diviseur de fréquence. Le contenu mémorisé des compteurs est décodé et affiché sous forme numérique. Ains@, je dispositif de mesure ne fait intervenir que des éléments digitaux, sans aucun intermédiaire analogique. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, l'écart entre les deux seulls sonores entre lesquels on mesure le temps peut etre choisi parmi une gamme d'au moins deux valeurs, le couplage du sélecteur correspondant avec un dispositif d'ajus- tement du diviseur de fréquence rapportant automatiquement le temps mesuré à un écart théorique de 60 déc@bels. On peut ainsi, par deux expériences successives, se faire une idée du caractère plus ou moins linéaire de la courbe d'extinction d son. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés. donnés à titre d'exemple non llmitatif la figure 1 est un schéma électrique d'ensemble simplifié de l'appareil ; la figure 2 est un diagramme montrant le fonctionnement des principaux circuits logiques. En référence à la figure 1, l'appareil comprend un généra -teur d'impulsions ; dont les impulsions E sont appliquées à un dispositif de comptage 2 par l'intermédiaire d'un circuit logique d'autorisation 3. le dispositif de comptage est lui-m8me relié à un tableau de visualisatIon 4. D'autre part, un étage d'élaboration de valeur efficace 5, attaqué par un sonomètre 6 d'un type connu élabore deux signaux A et B qui sont appliqués à l'entrée d'un étage d'échantillonnage et de maintien 7. L'étage 7 élabore quatre signaux , D, E, F qui sont appliqués à un étage de comparaison et de commande 8. Un commutateur de méthode de mesure 9, normalement en position N, permet, si on le place en position R, de substituer le signal C au signal F dans les quatre signaux précités. Enfin, l'étage 8 commande le circuit d'autorisation 3 par les deux signaux SD et SF qu'il délivre. étage 8 délivre également les signaux complémentai- res SD et SF. Outre ces dlspositifs essentiels, un étage auxiliaire de commande 11 reçoit le signal H du générateur 1, ainsi que les signaux SD et SF et émet un signal TR qui commande le dispositif de comptage 2 et d'autres étages qui seront mentionnés plus loin. Enfin, un étage de sécurité 12, sensible au signal C émis par l'étage d'échantillonnage et de maintien 7, délivre un signal de surcharge d'entrée SE actionnant un dispositif d'alarme 13, et un signal de franchissement de seuil SS, ainsi que son complémentaire SS. Le signal 85 est appliqué à l'étage de comparaison et de commande 8 ; le si-gnal-SS est appliqué à l'étage d'échantillonnage et de maintien 7 ainsi qu'à une porte "NON ED" 14. Cette porte 14 reçoit par ailleurs de l'étage de comparaison et de commande 8 les signaux SF et SD caractérisant l'état dudit étage à un instant donné. La sortie de la porte 14 est reliée à un voyant 15 placé sur le tableau de visualisation 4, qui s'allume quand la porte 14 délivre le signal zéro. On va maintenant décrire en détail les éléments précités et en expliquer le fonctionnement. le générateur d'impulsions 1 comprend un générateur à quartz 16 qui peut entre, par exemple, de 100 Idiz ; son signal de sortie K1 est appliqué à un double diviseur de fréquence 17 comprenant luimême un diviseur par cinq 18 émettant un. signal K2 et un diviseur par dix 19 monté en série avec le diviseur 18et émettant un signal E3. le signal K2 est transformé@en un signal K4 par un diviseur par cinq 21.Un commutateur 22, couplé mécaniquement avec le commutateur 9, et dont les positions R et N correspondent aux positions de meme repère du commutateur 9, permet d'appliquer l'un des signaux K3 ou K4 à un double diviseur 23 câblé de la meAme façon que le double diviseur 17, mais comprenant deux diviseurs par dix 24 et 25, et emettant deux signaux K5 et E6. Un commutateur de sensibilité 26 à deux positions S1 et S2 permet de choisir entre les signaux K5 et K6 celui des deux qui sera le signal H émis par le générateur d'impulsion. On comprend que si les commutateurs 9 et 22 sont en position R, les positions 81 et 82 donneront respectivement des fréquences de 400 Hz et de 40 Hz pour le signal H. Si/les commùtatèurs 9 et 22 sont en position N, ces fréquences seront respectivement de 200 Hz et 20 Hz. les impulsions constituant le signal H sont comptées par. le dispositif de comptage. 2-lorsque le circuit 3 autorise leur passage. Ce circuit 3, comprenant une porte "ET" 27 et une porte. "OU EXCLUSIF" 28,est commandé par le signal d'entrée de l'appareil traité par les étages 5, 7 et 8 qu'on va maintenant décrire en détail. L'étage d'élaboration de valeur efficace 5 comprend un circuit d'entrée 31 qui comprend lui-mëme un amplificateur opérationnei 32 et un atténuateur 33, qui co-rrespond, par exemple, à 15 dB, monté en série avec l'amplificateur 32. L'entrée du circuit 31 est reliée au sonomètre 6 ; deux sorties, branchées l'une sur la sortie de l'amplificateur 32 et l'autre sur la sortie de l'atténuateur 33 sont reliées respectivement à deux détecteurs quadratiques 34 et 35 dont les signaux de sortie A et B sont respe@tive@@n les valeurs efficaces du signal sonore détecté par le @@@mè@r@ 6 et de ce même signal diminué de 15 dB. Ces signaux A t X sont appliqués à l'entrée de l'étage d'échantillonnage et de maintien 7. L'étage 7 comprend deux amplificateurs opérationnels identiques 36 et 37 recevant respectivement les signaux A et B. En-série avec l'amplificateur 37 est monté un atténuateur 38 correspondant, par exemple, à 5 dB ; un second atténuateur 39, correspondant par exemple, à 15 dB est monté en série avec l'atténuateur 38. Un condensateur 41 est monté Ce dérivation pour se charger à la tension de sortie de l'amplificateur 37 ; une diode 42 empêché sa décharge, de sorte que e condensateur 41 conserve pendant @@@t @n cycle opérat@ire la tension Co égale à la valeur maximale atteinte par le signal de sortie C de l'amplificateur 37.La d6charge du condensateur 41 peut être provoquée par un disposit@ connu non représente, qui peut entre, par exemple, un transistor à effet de champ commandé par le signal SS issu de l'étage de sécuraté 12 Les signaux de sortie C, D, E, F de l'étage 7 sont prélevés respectivement à la sortie de l'amplificateur 37, à la sortie de I'atténuateur 38, à la sortie de l'atténuateur 39 et à la sortie de l'amplificateur 36.Si l'on appelle Ao la valeur maximale atteinte par le signal A, on comprend que les signaux a, D, E, F sont respectivement proportionnels à A - 15 dB An - 20 dS @ - 35 dB k On supposera dans ce qui va suivre que le commutateur 9 (ainsi que le commutateur 22) est en position N, ce qui correspond à une méthode de mesure dite "normale". Dans ces conditions, les signaux C, D, E, F sont appliqués à l'étage de comparaison et de commande 8. L'étage 8 comprend un comparateur de début 43 recevant les signaux C et D et actionnant @n bistable 44 par l'intermédiaire d'une porte "ET" 45, et un comparateur de fin 46 recevant les signaux E et F et actionnant un bistable 47 par l'intermédiaire d'une porte '!ET 48.Les portes 45 et 48 reçoivent d'autre part le signal SS émis par l'étage de sécurité 12 qui sera décrit plus loin.Les bistables 44 et 47 peuvent etre positionnés simultanément à zéro par un signal R@ déclenché automatiquement ou manuellement. les signaux SD et SF émis par es sorties directes des bistables 44 et 47 sont appliqués à la porte "OU EXCLUSIE" 28, ainsi qu'à l'étage auxiliaire de commande 14 ui ser-a décrit pfas loin. les signaux respectivement complémentaires SD et SF émis par les sorties inverses des bistables 44 et 47 sont appliqués à la porte "NON ET" 14. On comprend que, lorsque le sonomètre 6 détecte un signal sonore décroissant, le comparateur 43 bascule quand ledit signal sonore franchit un seuil inférieur de 5dB au signal maximal, et que le comparateur 46 bascule quand ledit signal franchit un seuil inférieur de 35dB au signal maximal . Dans l'intervalle, les signaux SD et SF sont inverses l'un de l'autre et, via la porte 28, ouvrent la porte 27 qui autorise le passage des impulsions H vers le dispositif de comptage 2. Le dispositif de comptage 2 comprend deux ensembles identiques 48 et 49 comprenant chacun une décade de comptage 51 (resp. 54), une mémoire hinaire à quatre bits 52 (resp. 55) et un décodeur binaire-décimal 53 (resp. 56). les déccdeurs 53 et 56 sont reliés respectivement à des dispositifs à chiffres lumineux à sept segments avec point décimal 57 et 58 installés sur le panneau de signalisa tion 4. Le dispositif de comptage 2 comprend encore un détecteur de surcharge 59 oui comprend lui-même un bistable 61 et une mémoire 62 reliée à un voyant "SURCHARGE COMPTEUR" 63 du panneau 4. La décade 51, qui compte les unités, est reliée à la décade 54, qui compte les dizaines e qui est elle-même reliée au détecteur de surcharge 59. Le éléments 48, 49 et 59 reçoivent le signal de remise àzéro Ro précité ainsi que le signal TR émis par l'étage auxiliaire 11, ce signal TR provoquant en fin de comptage le transfert de l'information des décades 51 et 54 vers les mémoires 52 et 55. l'étage auxiliaire 11 comprend une porte ET 64 qui laisse passer le signal H quand les deux signaux SF et SD valent "un" c' est-à-dire quand les deux comparateurs "début" 43 et "fin" 46 ont basculé. Le signal H attaque alors deux bistables 65 et 66 montés de façon connue en diviseur de fréquence par quatre en coopéra-tion avec des éléments logiques non représentés. Le signal émis TE est une impulsion qui apparalt avec un retard égal à une période du signal H par rapport à l'instant d'ouverture de la porte 64. l'étage 11 émet aussi le signal impulsionnel Ro précité, qui remet à zéro tous les bistables et les décades de comptage 51 et 54. Ce signal apparaît avec un retard sur le signal TR égal à deux périodes du signal E. L'étage 11 peut aussi recevoir un signal manuel RoM de remise à zéro, néçessaire au moment de la mise sous tension de l'appareil car à cet instant l'état des bistables est aléatoire. Ce signal déclenche alors le signal Ro. l'étage de sécurité 12 comprend un comparateur de seuil 67 recevant le signal -C émis par l'étage 8 et une tension émise par un potentiomètre 68 ajustable manuellement, un comparateur de surcharge 69 recevant le même signal C et une tension émise par un potentiomètre 71 analogue au potentiomètre 68. les signaux de sortie des comparateurs 67 et 69 s'applIquant respectivement.à des bistables 72 et 73 dont les signaux SS et SE constituent les sorties directes, le signal SS étant prélevé sur la sortie inverse du bistable 72. le dIsposItIf d'alarme 13 comprend une mémoire 74 qui conserve la valeur du signal SE quand ce dernier vaut "un" et qui maintent allumé un voyant "SURCHARGE" 75. le dispositif 13 reçoit le signal TR qui autorise le chargement-de la mémoire 74. le fonctionnement de l'appareil ainsi décrit peut se concevoir suivant deux méthodes. Une première méthode, dite "méthode normale" consiste à mesurer la durée dtun décrément sonore de 30 dB et, dans l'hypothèse d'une décroissance linéaire du signal sonore, à multiplier par deux le résultat obtenu pour avoir une durée rapportée à un décramen+ théorique de 60 dB les commutateurs 9 et 22 sont alors en position N ; S1 le commutateur de sensibilité 26 est en position S2, l'unité affichée est le dixième de seconde et le signal H présente une fréquence de 20 Hz, ce qui assure la multiplicatlon par deux. Dans une seconde méthode, appelée ici"méthode rapide, lescommutateurs 9 et 22 sont en position R et la mesure de temps s'effectue sur un décrément sonore de 15 dB, ce qui nécessite une multiplication par quatre du résul-tat mesuré ; cette multiplication résulte de la fréquence de 40 Hz du signal H dans ces conditions (toujours en sensibilité S2). L'intérêt de cette double pcssibilité est, d'une part de pouvoir vérifier la linéarité de la décroissance du signal sonore, d'autre part et surtout de pouvoir choisir la méthode en fonction de la destination du local ; ainsi, dans le cas d'une salle de conférence, seule la méthode rapide présente de l'intérêt. Sur la sensibilité S1, la fréquence du signal H est multipliée par dix, et les unités affichées sont des centièmes de seconde. Cela étant, on va décrire le fonctionnement de l'appareil dans l'hypothèse de la méthode normale, en signalant au passage les différences apportées par la méthode rapide. On supposera que le bruit est donné par un. coup de pistolet. Avant le début de l'expérience, les sorties directes de tous les bistables sont à zéro. Donc les signaux SS, SD et SF sont à un et la porte "NON ET" 14 délivre un signal zéro qui allume le voyant "PRET" 15. A la -mise sous tension, l'état des bistables est aléatoire et, si le voyant 15 ne s'allume pas, la remise à zéro manuelle appliquée à l'étage li déclenche la remise à zéro automatique de tous les bistables. L'appareil étant prêt, son fonctionnement; se déclenche sur la seule intervention d'un signal sonore. Or l'appareil peut être placé dans un bruit de fond dont une décroissance fortuite de 5 dB déclenchera@@ @e comptage . Il importe donc de prévoir un seuil S un peu infér@@@ a maximum attendu du coup de pistolet, le fran chissemen@ de ce seuil autorisant le fonctionnement. D'autre part, De coup de pistc@et peut, pour une raison fortuite, faire apparaître un niveau s@@@re dépassant les possibilités @@ tr@itement par l'apparell : d'où la nécessité de prévoir un seuil de surcharge SU @@ pe@ s@périeur ai maximum attandu précité, et dont le franchissement aliume le voyant "SURCHARGE" 75 signalant que @@ mesure effentuée dans @s @@nd@@ions est sans signification. Les se@@@s S et SU sont respectivement ajustables au moyen des potenti@mètres 68 et 71. En r6f6rence à la figure 2, l@ @@@ de pistolet étant tiré à l'instant zér@, @@ @@@teau son@re dans le local évolue suivant la courbe 101. Dès cet instant, le condensateur 41 commence à se charge@ (coures 102). Lorsque le nivea@ sonore franchit le seuil S, le comparateur de @@@@@ 67 bascule (crurte 103) et provoque le changement d'état du @istable 72. Les signaux direct SS et inverse SS émis par l@ bistable 72 passent alcrs respectivement de zéro à un et de un à zér@ (courbes 104 et 105).Le signal SS ouvre ainsi les portes 45 et 48, et ie signal SS appliqué à l'étage 8 coupe le circuit de d6crarge d@ condensateur 41, qui conservera ainsi pendans to@te l'expérience la charge maximaie Co atteinte au moment @ù le nive@@ s @@re passe par son maximum N. Le bistable 72 est monté de façon telle qu'il reste insensible aux impulsions ultérieures du comparateur 67. Lorsque le niveau sonore décroissant passe par la valeur M-5 dB, le comparateur de début 43, v@@ la porte ouverte 45, fait changer l'état du bistable 44 dont le signal direct SD passa de zéro à un (courbe '06) et ouvre le circuit d'autorisation 3 au passage des imp@@s@@ns H vers Te dispositif de comptage 2. les impulsions L sont comptées dans les décades 51; et 54 jusqu'à à ce que le -nveau sonore décroissant passe par la valeur M-35 dB. A cet instant, le comparateur de fin 46, via la porte ouverte 48, fait. changer l'état du bistable 47 dont le signal direct SF passe de zéro à un (courbe 107 , fermant le cIrcuit d'autorisation 3 et interrompant le comptage. 'a période de comptage est représentée par la zone hachurée de la ccurbe 108. Si la décade des dizaines 54 tend à dépasser la valeur neuf avant la fin du comptage, ladite décade 54 émet -J:n signai vers le détecteur de surcharge 59, ce signal faisant passer ce zéro à un l'état du bistable 61. Sous l'action du signal TR, dont l'intervention va être expliquée ci-après, l'état du bistable 61 est mémorisé dans la mémoire 62 et allume le voyant "SURCHARGE COMPTEUR" 63, signalant que La mesure affichée est sans signification. On peut noter ici que, si les commu+ateurs 9 et 22 sont en position R (méthode de mesure dite rapides, les signaux appliqués au comparateur de fin 46 ne sont pas E et F, mais E et , correspondant respectivement à Ao-35 et à A-15. Le basculement dudit comparateur 46 se produit donc lorsque le niveau sonore passe par la valeur M-20, soit pour an décrément sonore de 15 dB. Le passage à un du signal SF ouvre la porte 64 et autorise l'accès des impulsions H à l'étage de commande 11. Ori a vu plus haut que cet éage, activé par les impulsions H, délivrait une impulsion de transfert TR (courbe 109) et une impulsion de remise à zéro Ro courbe 111) avec des temporisations obtenues par le montage des bistables 65 et 66 en diviseur de fréquence. Le rôle du slgt-iai TR est d'autoriser des mises en mémoire. Plus précisément. le signal TR autorise la mémorisation dans la mémoire 74 du signal éventuel de surcharge d'entrée SE, et la mémorisation dans la mémoire 62 du signal de surcharge du compteur. Il autorise également le chargement dans les mémoires respectives 52 et 55 du contenu des décades 51 et 54 ; le contenu binaire des dites mémoires 52 et 55 est alors décodé en décimal dans les décodeurs 53 et 56 et affiché sur les dispositifs à chiffres lumineux 57 et 58. Le rEle du signal Ho est de remettre tous les bis stables en position zéro ainsi que les décades 51 et 54. En particulier, la remise à zér@ d@ bistable 72 provoque la décharge du condensateur 41, par @@@@ @@@@@@@re du signa@ SS. L'apparell est alors prêt pour une nouvelle expérience, mais le résultat demeure affiché tant qu'une nouvelle information n'est pas chargée dans les mémoires 52 et 55. L'apparell aine@ décrit est réalisé au moyen d'éléments légers et de faible encombrement. En outre, sa faible conscmmation d'énergie électrique permet de l'alimenter au m@yen d'une batterie incorporée. Il constitue donc une unité autonome portable et robuste. D'autre part, la rapidité des mesures sur le sit môme permet éventuellement de multiplier les expériences pour éliminer les effets per@urbateurs aléatoires. Il permet également, par sa double sensibilité, d'opérer sur des locaux de caract6ristiques acoustiques trés différentes ; ainsi par exemple, on pourra mesurer avec la même précision la durée de réverbération sonore d'une piscine, qui est de l'ordre de huit secondes, et celle d'une pièce de séjour meublée, qui est de l'ordre d'une deml-seconde, en utilisant respectivement les sensibilités 52 et S1. En outre-, par sa dQuble possibilité de mesure, il permet de définir assez complètement lesdites caractéristiques. Il peut même se prêter à des mesures sur des décréments sonores varies par une simple modification des atténuateurs 33, 38 et 39 Il est évident que la présente invention ne se limite pas à la réalisation décrite et que de nombreuses variantes peuvent être apportées. Ainsi, on pourrait augmenter le nombre de chiffres significatifs affichés, modifier la combinaison des diviseurs de fréquence du générateur 1, combiner différemment les divers atténuateurs, ou réaliser autrement les divers circuits logiques. On pourrait aussi munir l'appareil d'une seconde prise d'entrée pour branchement sur un enregistreur magnétique. R E V E N D I C- A T I O N S 1. Appareil pour mesurer la durée de réverbération sonore d'un local, comprenant des moyens pour élaborer un signal électrique représentant la valeur efficace d'un signal sonore d'intensité décroissante, comprenant des moyens pour mesurer le temps écoulé entre l'instant où ledit signal électrique franchit un premier seuil prédéterminé et l'instant où ce signal franchit un second seuil prédéterminé, ces moyens comprenant une base de temps reliée à un diviseur de fréquence et un compteur des impulsons issues du diviseur de fréquence, et comprenant en outre les moyens pour afficher ins tantanément le temps écoulé précité sous forme numérique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de sélection de la valeur de l'écart entre les deux seuils précités. 2. Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le diviseur de fréquence précité comprend un dispositif d'ajustement couplé avec le dispositif de sélection précité, de manière que les temps mesurés soient toujours rapportés à un écart théorique de 60 décibels entre le premier et le second seuil. 3. Appareil conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour signaler automatiquement l'absence de signification de la mesure affichée si le signal électrique d'entree a dépassé une valeur prédéterminée ajustable. 4. Appareil conforme à l'une des revendications i ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour empêcher automatiquement le déclenchement du compteur tant que le signal électrique d'entrée n'a pas dépassé une valeur prédéterminée. 5. Appareil conforme à l'une des revendications 1 ou-2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour signaler automatiquement l'absence de signification dela mesure affichée si le nombre d'impul- sions reçues par le compteur pendant le temps mesuré est supérieur à la capacité dudit compteur. 6. Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif manuel de sélection entre deux sensiblités de mesure -7. Appareil conforme à l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une réserve d'énergie électrique permettant-son fonctionnement autonome sur le site.