Brevet FR2292281A1 — publié le 19760618

L'invention concerne le traitement des grandeurs dont la mesure s'effectue de façon non linéaire. Certaines grandeurs, comme les niveaux sonores, sont mesurées de façon linéaire. Cela signifie que la mesure d'un niveau sonore n'est pas proportionnelle à l'énergie dépensée pour l'obtenir. On sait en effet que les niveaux sonores s'ex- priment couramment en décibels (dB), cette unité logarithmique rendant compte beaucoup plus fidèlement de la sensation auditive des êtres humains. D'autres grandeurs s'expriment également sous forme non linéaire, soit par analogie, soit pour des raisons de perception du même genre : en matière d'amplification audiofréquence par exemple, il est fréquent d'exprimer le niveau d'un signal électrique en décibels, reliant ainsi ce signal au niveau sonore qu'il pourra produire après application à un transducteur électroacoustique. Lorsqu'on ajoute les effets de deux sources d'énergie sonore, l'énergie sonore totale mise en jeu est effectivement égale à la somme des deux énergies ; mais le niveau sonore résultant, exprimé en décibels, n'est pas égal à la somme des deux niveaux sonores individuellement associés aux deux sources sonores. En s'aidant de tables spéciales, d'un calculateur électronique, ou plus difficilement d'une règle à calcul présentant une échelle logarithmique, un acousticien de laboratoire sait réaliser en un temps acceptable la composition de deux niveaux sonores. Cela reste toutefois trop long et trop complexe pour etre d'application générale ; il est notamment difficile d'en user aux entrepreneurs faisant à titre de controle des mesures de niveaux sonores dans des appartements. L'instrument, objet de l'invention, a précisément pour rôle de faciliter les opérations dans de tels cas. Cet instrument comporte - un support, - une plaque mobile relativement au support, et portant trois tracés continus lisibles en même temps, - un curseur allongé portant une graduation régulière lisible, et - un moyen de guidage de ce curseur allongé au voisinage immédiat de la plaque, de sorte qu'il soit mobile sur un trajet non parallèle à celui de la plaque. Ceci permet l'aide à la composition de deux mesures d'une grandeur de la manière suivante : premièrement on met en coincidence deux des tracés de la plaque respectivement avec deux points de la graduation du curseur qui correspondent aux deux mesures, et secondement on lit la graduation du curseur à son intersection avec le troisième tracé. L'écart du troisième tracé par rapport au second et l'écart du second tracé par rapport au premier sont reliés l'un à l'autre par une fonction, lorsque la plaque se déplace. Dans une application du genre combinaison de niveaux sonores cette fonction admet une expression mathématique : les deux écarts étant mesurés d'après la graduation du curseur, l'écart du troisième tracé par rapport au second est une fonction logarithmique de l'écart du second tracé par rapport au premier. La plaque mobile et le curseur allongé peuvent prendre un grand nombre de formes différentes, pourvu qu'ils restent au voisinage immédiat l'un de l'autre au cours de leur mouvement relatif. Une réalisation préférentielle particulièrement simple s'obtient de la façon suivante - le support porte deux glissières parallèles dans lesquelles se meut la plaque - la plaque est plane, le curseur est une réglette, et la direction des glissières est perpendiculaire à la direction de guidage de la réglette - le premier tracé est un segment de droite parallèle à la direction des glissières, et ce premier tracé forme avec le second tracé un côté de l'angle droit et l'hypoténuse respectivement d'un triangle rectangle-isocèle - la graduation de la réglette est périodique dans l'espace, sa période étant de longueur égale à celle d'un côté de l'angle droit du triangle rectangle-isocèle - enfin, la graduation de la réglette comprend en tout sensiblement deux périodes, la longueur de la réglette étant par conséquent sensiblement double de la dimension de la plaque prise dans la direction de guidage de cette réglette. Il est bien entendu avantageux que l'une des glissières au moins, ainsi que le moyen de guidage, soient munis d'éléments à friction, par exemple par rappel élastique, afin d'empêcher les déplacements inopinés de la plaque et du curseur. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de guidage de la réglette comprennent des orifices, pratiqués pour le passage de cette dernière dans les glissières du support. Du côté de la plaque où ne se trouve pas le curseur, le support est ajouré, de préférence largement échancré, ceci limitant l'effort manuel nécessaire pour vaincre le frottement de la plaque sur le support. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective cavalière illustrant un instrument selon l'invention, et - les figures 2 à 5 illustrent quatre exemples d'utilisation de l'instrument de l'invention. Sur la figure 1, le support 1 comprend une plaque de fond 10 munie de deux échancrures larges 11, dont une seule est visible sur la figure î. De part et d'autre du support sont disposées des plaquettes étroites formant deux piles 12, 13, 14, et 22, 23, 24 respectivement. Les plaquettes 12 et 22 sont plus étroites que les autres, de façon à former deux glissières. Ces plaquettes sont fixées les unes aux autres par exemple par collage. En variante, les plaquettes peuvent être solidarisées entre elles par des pinces (non représentées). Dans ces deux glissières s'engage une plaque mobile 15. Cette plaque mobile 15 porte trois tracés continus, accompagnés respectivement des lettres A, B et C. Dans la plaquette 13 (et éventuellement dans la plaquette 14 formant l'une des glissières) est pratiqué un orifice aplati 16, permettant le passage d'une réglette-curseur 20. Dans l'autre glissière, la plaquette 23 (et éventuellement 24) forme un autre orifice aplati 26 pour le passage du curseur 20. Ces deux orifices sont convenablement réalisés pour permettre le guidage de la réglette 20 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de la plaque mobile 15. De plus, ces orifices sont pratiqués dans les plaquettes 13 et 23 de façon que le dessous de la réglette soit presque au contact de la plaque 15, en respectant toutefois un écart suffisant pour éviter l'usure des tracés et de la graduation. il est en effet souhaitable que la graduation de la réglette 20 soit en dessous de celle-ci, la réglette étant transparente, et que les tracés A, B et C soient sur le dessus de la plaque 15, bien que les tracés puissent se placer de l'autre côté de la plaque lorsque la précision désirée n'est pas trop contraignante. Des moyens de freinage (non représentés) sont prévus sur l'une des glissières ou les deux, afin d'immobiliser la plaque 15 en l'absence d'action manuelle. De tels moyens sont également prévus dans les orifices 16 et 26 afin de maintenir le curseur en place. Ces moyens peuvent être constitués par exemple de ressorts de rappel élastique contre le support ou de cales à friction. Les différents éléments de l'instrument peuvent être tous réalisés en un mdme matériau transparent, par exemple un matériau synthétique du genre chlorure de polyvinyle, polyméthacrylate de méthyle, mélamine-formol, phénol-formol ; bien entendu, elle peut aussi être réalisée par exemple en un métal léger tel que l'aluminium, pour des applications spéciales. Les graduations peuvent être effectuées par gravure, impression, ou de toute autre manière adéquate. Comme le montrent les figures 2 à 5, les tracés A et B de la plaque 15 sont consitutés de deux segments de droite, le tracé A étant parallèle à la glissière, et le tracé B s'écartant à 450 du tracé A. Dans ces conditions, les tracés A et B forment respectivement un côté de l'angle droit-et l'hypoténuse d'un triangle rectangle-isocèle. Si l'on appelle P le sommet du triangle isocèle, où se rejoignent les tracés A et B, il apparat que, quelle que soit la position de la réglette par rapport à la plaque, la distance du point P à la graduation de la réglette est égale à l'écart entre les tracés A et B, mesurés au niveau de la graduation de la réglette. Dans l'application préférentielle décrite, l'écart entre les tracés B et C, mesuré au niveau de la graduation de la régletté,-est une fonction logarithmique de l'écart entre les tracés B et A. Pour une grandeur qui se mesure en décibels, et en appelant x l'écart entre les tracés B et A, l'écart entre C et B est donné par l'expression suivante 10 log [1 + 10-X/1 0 le symbole log indiquant ici la fonction "logarithme en base 1 a. Dans ces conditions, la graduation de la réglette 20 indique le chiffre des unités d'une mesure en décibels, et les subdivisions indiquent le demi-décibel ou le dixième de décibel suivant la précision désirée. L'écart entre les extrémités libres des tracés A et B est pratiquement égal à dix divisions de la réglette 20 c'est-à-dire 10 décibels. Par ailleurs, la réglette 20 elle-même comporte environ 20 graduations, qui sont numérotées dans 1'ordre habituel, mais sans aucun chiffre des dizaines. Autrement dit, la graduation de la réglette 20 est périodique, elle comprend deux périodes consécutives, c'està-dire deux fois les graduations 0 à 9 comme le montrent toutes les figures. Ces caractéristiques ont été mises au point par la demanderesse après les observations suivantes ~ L1 et L2 étant deux niveaux sonores à composer et L3 le résultat de la composition, la différence L3-L1 ou L3-L2 ne dépend que de la différence L2-L1 - en appelant L2 le plus grand des niveaux sonores à composer et L1 le plus petit, la différence L3-L2 est une fonction logarithmique de L2-L1, et cette différence L3-L2 décrott rapidement lorsque L2-L1 augmente (des valeurs numériques seront données après les exemples);; - si x désigne la valeur arithmétique de la différence L2-L1 et si L1, L2 et x sont exprimées en décibels, la différence L3-L2 s'écrit 10 log r7 + 10 x/102 Les tracés A et B étant fixés comme indiqué précédemment, le tracé C est réalisé par points après avoir déterminé une table de valeurs de la fonction ci-dessus, ou de toute autre manière adéquate. Si l'angle formé par les tracés A et B n'est pas égal à 450, les choses se passent de la même façon ; il y a simplement un changement d'échelle de l'ensemble des tracés dans la direction perpendiculaire à la réglette. Un changement d'échelle dans la direction de la réglette est obtenue en changeant le pas de graduation de cette dernière. Les dimensions de l'appareil sont choisies suivant l'application en cause et la précision désirée. A cet égard, on peut remarquer que l'application aux grandeurs à mesure logarithmique est particulièrement riche d'avantages. Cela tient aux faits précédemment indiqués que la différence L3-L1 ou L -L ne dépend que de la différence 3 2 dépend L2-L1, et que l'écart (L3-L2) entre le tracé C et le tracé B devient rapidement très petit lorsque l'écart (L2-L1) entre le tracé B et le tracé A augmente, comme le révèle l'examen des figures 2 à 5. Plusieurs exemples décrits à propos des figures 2 à 5 permettront de faire mieux comprendre l'usage industriel de l'instrument de la figure 1. EXEMPLE I (figure 2) Dans un appartement, se trouvent une machine à laver et un aspirateur. D'après leurs constructéurs, la machine à laver fait un bruit de 63,8 dB, tandis que l'aspirateur est la cause d'un niveau sonore égal à 68,3 dB. Il faut déterminer le niveau sonore correspondant à la composition des deux niveaux précédents, lorsque les deux bruits sont produits simultanément Pour cela, l'opérateur réserve les chiffres des di zaines, en ne conservant que les chiffres des unités et les décimales, et il procède de la façon suivante - la graduation3,8 de la réglette est amenée à coin- cider avec le tracé A, par déplacement de la réglette 20 - la plaque 15 est ensuite déplacée de sorte que le tracé B coupe la graduation de la réglette au niveau de la division 8,3 qui se trouve la plus proche vers la droite - le tracé C coupe alors la graduation de la réglette au point 9,6. En applicant à nouveau le chiffre décimal, on obtient le niveau résultant, qui est de 69,6 dB. EXEMPLE II (figure 3) Cet exemple est analogue au précédent, mais les deux niveaux à composer ont des chiffres des dizaines différents, par exemple 69,1 dB et 71,2 dB. Dans ces conditions, on réserve le plus grand des chiffres des dizaines, à savoir 7, et on procède de la façon suivante - le point 9,1 de la réglette est amené sur le tracé A - on fait glisser la plaque 15 jusqu'à ce que le tracé B coupe le point 1,2 (å droite du point 9,1) - le tracé C indique alors 3,3. La composition des deux niveaux donne donc 73,3 dB. EXEMPLE III (figure 4) Dans les exemples qu'on va voir maintenant, il s'agit d'une "décomposition"de niveau : connaissant le niveau composé, et l'un des niveaux initiaux, il faut retrouver l'autre. Dans une chambre, en ambiance calme, le bruit est de 38,5 dB, tandis que ce bruit devient 42 du lorsque l'ambiance est perturbée par le bruit d'un équipement de l'appartement voisin. Contrairement au cas de la composition, c'est maintenant le chiffre des dizaines le plus faible qui est réservé par l'opérateur, et ce dernier procède de la façon suivante - amener la graduation 8,5 sur le tracé A en dépla çant la réglette - amener le tracé C sur la graduation 2,0 (celle qui est à droite) en déplaçant la plaque 15 - le tracé B coupe alors la graduation de la réglette à 9,5. Le bruit perturbateur cherché est donc de 39,5 dB. EXEMPLE IV (figure 5) Cet exemple, analogue au précédent, montre bien que la composition et la décomposition sont loin d'être une addition et une soustraction classiques, respectivement, Ceci apparatt très nettement lorsque les niveaux sont très voisins. On considère par exemple une ambiance perturbée de 40 dB, tandis que l'ambiance calme est de 39 dB. L'opérateur réserve le chiffre des dizaines 3, le plus faible, et effectue les opérations - graduation 9 de la réglette sur le tracé B - graduation O (celle de droite) sur le tracé C - le tracé-A donne 3,4. Le bruit perturbateur est donc de niveau 33,4 dB. La comparaison des exemples 3 et 4 montre que, dans le cas d'une décomposition, il faut prendre soit le tracé A soit le tracé B pour obtenir un fonctionnement de l'instrument. Le choix est simple : une et une seule des deux graduations fonctionne, suivant les valeurs qui se trouvent rencontrées. Lorsque les niveaux à composer diffèrent entre eux de plus de dix décibels, le niveau composé devient très peu supérieur au plus grand des niveaux composants. Pour 1D dB de différence la valeur à ajouter est de 0,4 dB. C'est-à-dire que la composition de 60 dB avec 50 dB donne 60,4 dB. Le domaine de mesure de l'instrument ici décrit a été limité à 10 dB, en considérant qu'une précision d'un demidécibel est satisfaisante. Les figures 2 à 5, où la graduation de la réglette vaut 1 cm montrent que cette précision d'un demidécibel est largement atteinte, même sans subdivisions de la graduation. Un format réduit de moitié donnerait encore sensiblement la même précision. Si l'on désirait unepricisbn de 0,1 dB dans tous les cas possibles, il faudrait que le domaine des tracés A, B et C couvrent environ 15 dB de la graduation A. En effet, lorsque les grandeurs à composer diffèrent entre elles de plus de 15dB, le niveau composé est égal au plus élevé des deux niveaux composants, à 0,1 dB près. Toutes les observations qui précèdent, faites par la demanderesse, montrent combien l'application de l'instrument de l'invention à des grandeurs mesurées en échelle logarithmique, et en particulier aux niveaux sonores, est hautement préférentielle. Néanmoins, on peut bien entendu envisager des applications à des mesures d'autres types ; ces applications peuvent notamment se faire en utilisant un nombre de tracés supérieur à trois ; éventuellement, l'aide à la composition de grandeurs est alors obtenue selon un procédé de variante relativement à celui qui a été exposé précédemment. REVENDICATIONS 1) Instrument d'aide à la composition de deux mesures d'une grandeur, caractérisé en ce qu'il comporte - un support, - une plaque mobile sur ce support, et portant trois tracés continus lisibles en même temps, - un curseur allongé portant une graduation régulière lisible, et - un moyen de guidage de ce curseur allongé au voisinage immédiat de la plaque, de sorte qu'il soit mobile sur un trajet non parallèle à celui de la plaque, ce qui permet l'aide à la composition de deux grandeurs premièrement par mise en cotncidence de deux des tracés de la plaque respectivement avec deux points de la graduation du curseur qui correspondent à la mesure de ces grandeurs, et secondement par lecture de la graduation du curseur à son intersection avec le troisième tracé. 2) Instrument selon la revendication 1, pour une grandeur mesurée en échelle logarithmique, caractérisé en ce que l'écart du troisième tracé par rapport au second est une fonction logarithmique de l'écart du second tracé par rapport au premier, ces deux écarts-étant mesurés par la graduation du curseur, lorsque la plaque se déplace. 3) Instrument selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support porte deux glissières parallèles dans lesquelles se meut la plaque et en ce que le premier tracé est parallèle à l'une des glissières. 4) Instrument selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque est plane, en ce que le curseur est une réglette, et en ce que la direction des glissières est perpendiculaire à la direction de guidagé de la réglette. 5) Instrument selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux des tracés continus sont des segments de droite formant l'hypoténuse et un côté de l'angle droit d'un triangle rectangle-isocèle, et que la graduation de la réglette est spatialement périodique, sa période étant de longueur égale à celle d'un côté de l'angle droit dudit triangle rectangleisocèle. 6) Instrument selon la revendication 5, caractérisé en ce que la graduation de la réglette comprend sensiblement deux périodes, et la réglette est de longueur sensiblement double de la dimension de la plaque, prise dans la direction de guidage de cette réglette. 7) Instrument selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'une des glissières au moins, ainsi que le moyen de guidage comprennent des éléments à friction suscep tibles-d'empêcher des déplacements inopinés de la plaque et du curseur respectivement. 8) Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que ces moyens comprennent au moins un rappel élastique. 9) Instrument selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage de la réglette comprennent des orifices de passage pour la réglette, pratiqués dans les glissières du support. 10) Instrument selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support est ajouré du côté non lu de la plaque, ceci limitant l'effort nécessaire pour vaincre le frottement de la plaque sur le support.