Brevet FR2353899A1 — publié le 19771230

La présente invention se rapporte à un dispositif de reproduction de l'information sonore dans un milieu altéré par du bruit de niveau variable, comme par exemple celui que l'on rencontre dans les automobiles, les avions, les gares de chemin de fer, etc,... I1 est connu de produira un signal dépendant directement ou indirectement du niveau de bruit, et d'utiliser ce signal pour faire varier le volume de la reproduction auditive. Le signal de commande dépendant du bruit peut être extrait d'un microphone placé de façon à capter le bruit environnant, d'un potentiomètre couplé à la commande d'accélération d'une automobile, d'un petit alternateur entraîné par une hélice, et de la dynamo ou du système d'allumage d'une automobile. I1 est en outre connu d'amplifier le signal auditif dans une certaine proportion de as bande de fréquences, ou le bruit est particulièrement important. Il s'est avéré que l'amplification du volume seulement ne suffit pas pour obtenir les performances optimales d'une installation de reproduction des sons, utilise dans un environnement bruyant. La présente invention a pour objet d'améliorer la perceptibilité de l'information sonore reproduite. Brièvement, l'installation de reproduction de l'information sonore selon l'invention comprend un compresseur de signaux qui amplifie le niveau moyen du signal acoustique par rapport au bruit dans la totalité ou une partie de la gamme de fréquences occupée par le signal acoustique reproduit. Le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté aux caractéristiques du sens auditif humain; ainsi, la musique et la parole sont discriminées pour mieux ressortir du bruit. On va décrire à présent l'invention à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annexé dont la figure 1 est un graphe de la réponse de fréquence de l'oreille humaine dans des conditions bruyantes et non bruyantes; les figures 2 et 3 sont des achêmas de montage, sous forme de blocs, de modes d'exécution typiques d'un dispositif de reproduction des sons selon l'invention. Sur la figure 1 où l'axe horizontal correspond à la fréquence sonore en hertz et l'axe vertical correspond à la pression sonore en -2 dyne cm , une échelle logarithmique étant utilisée pour les deux axes, les courbes en traits mixtes représentent la réponse de fréquence de l'oreille humaine pour différents niveaux sonores dans des conditions non bruyantes, tandis que les courbes continues indiquent la réponse de fréquence de l'oreille humaine pour différents niveaux sonores en présence d'un son parasite ayant une fréquence de 800 Hz et une pression sonore indiquée par une ligne verticale.La figure 1 montre clairement que le seuil d'audibilité est nettement accru au voisinage du son parasite de 800 Hz, et que les courbes d'intensité sonore sont plus tassées dans cette gamme de fréquences que les courbes d'intensité sonore en tirets qui s'appliquent à l'état non bruyant. L'invention prend en considération cette caractéristique de l'oreille humaine et prévoit une compression de la gamme dynamique des signaux acoustiques, pour compenser le tassement des courbes d'intensité sonore en présence du bruit. La figure 2 représente un schéma de montage par blocs d'un dispositif acoustique mettant en oeuvre la présente invention. Le mode d'exécution représenté sur la figure 2 se présente sous la forme d'un récepteur radiophonique pouvant être utilisé dans un véhicule automobile ou une voiture, où le niveau de bruit peut varier en fonction de la vitesse à laquelle le véhicule est conduit. Le dispositif de la figure 2 comprend un étage de réception de radiofréquences (RF) 10 couplé à une antenne et comportant une borne de sortie 12 de laquelle sort un signal acoustique démodulé. En outre, l'installation comprend un amplificateur de puissance 14 comportant un réglage de volume 16 et alimentant un haut-parleur 18. La borne de sortie 12 de l'étage de réception 10 est couplée à l'en- trie de l'amplificateur de puissance 14 par un montage 20 dans lequel l'invention elle-meme est mise en oeuvre. Le montage 20 comprend un ensemble compresseur de signaux qui, dans le mode d'exécution représenté, comprend deux groupes compresseurs montés en série sur le trajet des signaux entre l'étage de réception 10 et l'amplificateur de puissance 14. Ce trajet de signaux comprend en outre un amplificateur à gain variable 27. Le gain de l'amplificateur 27 peut être réglé de façon connue par un signal de commande appliqué à une borne de commande 29 de l'amplificateur 27. Une source de signaux de commande 31 comporte une borne de sortie 33 de laquelle sort un signal de commande qui est fonction du niveau de bruit du milieu dans lequel est utilisé le dispositif de la figure 2. La source de signaux de commande 31 peut être de n'im- porte quel type connu précité. Le signal de commande provenant de la borne de sortie 33 est appliqué à la borne de commande 29 de l'amplificateur 27 pour modifier le gain d'amplification des signaux acoustiques acheminés par le trajet de signaux de l'étage de réception 10 à l'amplificateur de puissance 14, de telle façon que les signaux sont accentués dans au moins une portion de la gamme de fréquences, occupée par le signal auditif, lorsque le niveau de bruit augmente.De préférence, on fait varier la réponse de fréquence de l'amplificateur 27 de façon que les signaux acoustiques soient davantage amplifiés dans les portions de la gamme de fréquences dans lesquelles le bruit est concentré, à condition que le bruit ne soit pas réparti uniformément sur toute la bande d'audiofréquences. Le signal de commande est en outre appliqué à un premier circuit à seuil 35 et à un second circuit à seuil 37 qui sont activés à des niveaux différents du signal de commande représentant le niveau de bruit du milieu. Les circuits à seuil 35, 37 sont montés de façon à ouvrir respectivement des interrupteurs 39, 41 normalement fermés qui sont montés respectivement en parallèle sur les groupes compresseurs 23, 25, comme le montre la figure 2. Chaque groupe compresseur assure un degré donné de compression des signaux et ainsi, lorsque le niveau de bruit augmente, c'est le circuit à seuil ayant le seuil le plus bas qui est activé en premier, par exemple le circuit 35, et ouvre l'interrupteur 39 pour brancher le groupe compresseur 23 sur le trajet des signaux entre l'étage de réception 1D et l'amplificateur de puissance 14.Lorsque le niveau de bruit continue à augmenter, le circuit à seuil 37 est mis en action et active le groupe compresseur 25 en ouvrant l'interrupteur 41. Ainsi, le degré de compression des signaux est commandé selon le niveau de bruit. On notera que l'installation peut comprendre un seul groupe compresseur ou plus de deux groupes compresseurs, sans sortir du cadre de l'invention. En outre, on peut utiliser d'autres moyens pour commander les signaux sur le trajet des signaux. Selon une variante de l'installation décrite jusqu ici, la source de signaux de commande 31 peut comprendre un circuit d'échantillonnage et de maintien 31a pour permettre un captage intermittent d'un signal de bruit. Cela peut être avantageux dans des cas où le son reproduit peut gêner la détection du bruit, par exemple si la source de signaux de commande consiste en un microphone. Dans de tels cas, la source de signaux de commande peut être mise en action provisoirement pendant des périodes au cours desquelles le son reproduit est absent ou d'un faible niveau.Ainsi, le circuit d'échantillonnage et de maintien 31a peut être monté de façon à être activé par un autre circuit à seuil 38 dont une entrée est couplée à la borne de sortie 12 pour recevoir le signal acoustique. L'autre circuit à seuil 38 produit un signal d'échantillonnage lorsque le signal acoustique est inférieur à une valeur de seuil basse donnée. Le dispositif selon l'invention peut comprendre une pluralité de trajets de signaux pour différents types d'information acoustique, c'est-à-dire dans une installation stéréophoique, et/ou pour différentes bandes de fréquences du même signal acoustique. Un signal de ce dernier type peut utiliser une pluralité de signaux decommande liés aux gammes de fréquences correspondantes du bruit, pour produire l'accentuation des signaux et/ou la compression des signaux sélectivement dans les gammes de fréquences dans lesquelles la puissance de bruit est concentrée. Le trajet de signaux ou les trajets de signaux couplant l'étage de réception 10 à l'amplificateur de puissance 14 peut ou peuvent en outre comprendre un circuit sélectif 40 ayant une fonction de transfert réglée par la source de signaux de commande 31. Ainsi, la source 31 peut comprendre un microphone et produire un autre signal sur une ligne 41 qui comprend des informations concernant la configuration de fréquence du bruit environnant. Le signal présent sur la ligne 41 est appliqué à deux circuits de bascule 43, 45 qui réagissent à des bandes de fréquences différentes pour actionner séquentiellement des dispositifs de commutation 47 et 49, respectivement, pour intercaler des circuits de filtre 51 et 53, respectivement, dans le trajet des signaux. Chacun des circuits de filtre a une réponse de fréquence individuelle choisie pour accentuer le signal auditif dans les gammes de fréquences dans lesquelles le bruit est le plus important. En variante, les interrupteurs 47, 49 peuvent être commandés par des disppsitifs à seuil, par exemple par des circuits à seuil 35 et 37, respectivement.Le circuit sélectif 40 peut en outre être modifié de façon à comprendre une pluralité de filtres passe-bande accordés sur des portions adjacentes de la bande d'audiofréquences, et monts chacun en série avec un amplificateur à gain réglé. Chaque amplificateur peut recevoir un signal de réglage de gain individuel d'une source de signaux de commande de gain sélective qui réagit à des fréquences de signaux de bruit se trouvant dans la gamme des fréquences du filtre passe-bande respectif. Toutes les sources de signaux de réglage de gain peuvent être manipulées par un circuit de bascule commun pour n'échantillonner le signal de bruit que lorsque l'amplitude des signaux acoustiques est inférieure à une valeur de seuil prédéterminée. Le mode d'exécution représenté schématiquement sur la figure 3 assure une accentuation sélective vis-3-vis de la fréquence du niveau de puissance du signal acoustique, en réaction au spectre de fréquences du signal de bruit. On évite ainsi des trop grands efforts sur l'oreille dans les régions de fréquences de la gamme d'audiofréquences dans lesquelles la puissance de bruit est parti culièrament importante, du fait que les maxima du signal acoustique à reproduire sont réduits dans ces régions de fréquences et que les variations dynamiques du son reproduit sur la base du signal acoustique sont adaptées à la sensibilité de l'oreille pour des différences d'intensité sonore modifiées par le bruit. Dans l'installation représentée schématiquement sur la figure 3, un étage de réception à radiofréquences 10 d'un récepteur radiophonique classique utilisé dans un snvironnement bruyant envoie un signal acoustique à un étage amplificateur de puissance 40. Un dispositif de commutation unipolaire à deux directions (qui peut être un commutateur électronique) a l'un de ses contacts fixes coudé à la sortie de l'étage amplificateur 40. Un second contact fixe du commutateur 42 est couplé à la sortie d'un amplificateur 44 dont une entrée est couplée à un microphone 46 agencé pour capter l'information acoustique, y compris le bruit, de l'environnement de l'installation. Le commutateur 42 comporte en outre un contact mobile relié aux entrées de circuits de filtres 47 à 52. Le circuit de filtre 47 est un filtre passe-bas ayant une limite de fréquence supérieure de 0, 5 kHz. Les filtres 48 à 52 sont des filtres passe-bande ayant des fréquences passe-bande de 0,5 à 1 kHz, 1 à 2 kHz, 2 à 5 kHz, 4 à 8 kHz et 8 à 16 kHz, respectivement. Les limites de bande des circuits de filtres se touchent sans beaucoup chevaucher. Les sorties des circuits de filtres 47 à 52 sont transmises individuellement au contact mobile des commutateurs unipolaires à deux directions 57 à 62 respectivement. Les contacts mobiles des commutateur 57 à 62 sont accouplés mécaniquement et actionnés ensemble par une minuterie 53, comme on le décrira en détail plus bas. Les contacts fixes de chacun des commutateurs 57 à 62 sont couplés séparément à des circuits analogues 87 à 92, respectivement; ainsi, il suffit de décrire le circuit 87 couplé aux contacts fixes du commutateur 57. Dans un état normal de "reproduction", représenté sur la figure 3, le contact mobile du commutateur 42 relie la sortie de signaux acoustiques de l'étage amplificateur 40 aux entrées des circuits de filtres 47 à 52, et le contact mobile du commutateur 57 relie la sortie du circuit de filtre 47 à l'entrée d'un amplificateur à gain variable 67. L'amplificateur 67 a une sortie couplée à l'entrée d'un ensemble compresseur 68 dont une sortie est couplée à une borne de sortie commune à tous les circuits 77, 87 à 92 et reliée, à son tour, à l'entrée d'un amplificateur de puissance 14 attaquant un haut-parleur 18. L'amplificateur à gain variable 67 comporte en outre une entrée de commande 70 devant recevoir un signal réglant le gain de l'amplificateur 67. L'autre borne fixe du commutateur 57 est reliée à un ensemble redresseur, représenté sous la forme d'un diode à semi-conducteurs 71, dont l'autre borne est reliée à l'entrée de commande et à une première borne d'un condensateur 72 dont l'autre borne est reliée à la masse du montage. Le point commun entre la diode 71 et le condensateur 72 est, en outre, relié à une entrée de commande 73 de l'ensemble compresseur 68. L'ensemble compresseur 68 peut comprendre un étage de compression, des moyens de commutation pour court-circuiter sélectivement l'étage de compression, et un circuit à seuil pour actionner l'interrupteur, analogues aux composants 23, 35 et 40 de la figure 2. L'ensemble compresseur 68 est activé (par exemple par ouverture de l'interrupteur associé) pour comprimer le signal de sortie de l'amplificateur 67, lorsque le signal de commande appliqué à son entrée de commande dépasse une valeur de seuil prédéterminée. L'amplificateur à gain variable 67 est agencé de façon que son gain augmente, lorsque le signal de commande présent à l'entrée de commande 70 augmente. Au cours d'un fonctionnement normal, les différents commutateurs ont la position représentée sur la figure 3, et le signal acoustique provenant de la sortie de l'amplificateur 40 est transmis sans modification essentielle à l'amplificateur de puissance 14 et reproduit par le haut-parleur 18. Une minuterie 53 est agencée pour modifier la position des commutateurs 42 et 57 à 62 de façon répétitive pendant une courte période, par exemple trois millisecondes, pour fixer les idées toutes les 2 à 32 secondes, cette période étant, de préférence, ajustable ou réglée par le niveau de bruit de façon à diminuer lorsque le niveau de bruit augmente. Lorsque les contacts mobiles quittent la position représentée sur la figure 3, les entrées des filtres 47 à 52 sont couplées à la sortie de l'amplificateur de microphone 44 et reçoivent un signal représentant seulement le bruit du milieu, du fait que la reproduction du son est interrompue par le commutateur 42. En même temps, les sorties des circuits de filtres 47 à 52 sont reliées aux diodes respectives (par exemple, la diode 71), qui redressent le signal de bruit et engendrent entre les armatures du condensateur associé une tension sensiblement proportionnelle au niveau de bruit dans la bande de fréquences transmise par le circuit de filtre respectif. La tension est maintenue par le condensateur; ainsi le commutateur 57, la diode 71 et le condensateur 73 forment, avec la minuterie 53, un circuit d'échantillonnage et de maintien. A la fin de la période d'échantillonnage de 3ms, les contacts sont ramenés dans la position représentée sur la figure 3 et la reproduction du son continue, les amplificateurs à gain variableétant ajustés sur les niveaux de gain correspondant aux niveaux de bruit dans les gammes de fréquences qu'ils amplifient. En outre, si le niveau de bruit dans la gamme de fréquences respective et, par suite, la tension échantillonnée entre les armatures du condensateur de retenue dépasse le seuil de l'ensemble compresseur, le signal dans la bande de fréquences respective est non seulement amplifiée par l'amplificateur à gain variable, mais également comprimée. Llamplificateur à gain variable du présent mode d'exécution et des modes d'exécution de l'invention décrits précédemment augmente, de préférence, le niveau du signal acoustique en réaction au niveau de bruit de façon que le niveau de pression sonore augmente de 10 dB pour une augmentation de niveau de bruit de 25 dB. Cela correspond à un rapport de niveaux de 25 : 4. Du fait que le niveau acoustique agréable subjectivement de la reproduction sonore est normalement ajusté sur la base d'un bruit ambiant usuel d'environ 55 phones, dans le cas de bruits très importants, on peut augmenter le rapport des niveaux à 10 : 3. On évite ainsi la surcharge de l'oreille par une telle réduction de niveau. Les sous-ensembles de montage représentés schématiquement sur les figures 2 et 3 par des blocs peuvent être de type bien connu. Les groupes compresseurs peuvent comprendre un ensemble de diodes monté pour atténuer les portions de signal d'amplitude inférieure moins que les portions de signal d'amplitude supérieure, ou en variante un amplificateur réglé dont le gain est commandé en fonction du niveau de son signal de sortie. I1 va de soi que l'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. - R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif destiné à reproduire des informations sonores dans un milieu altéré par un bruit de niveau variable, caractérisé en ce qutil comprend un circuit de traitement de signaux comportant un ensemble d'entrées devant recevoir un signal d'entrée transportant des informations acoustiques, un ensemble de sorties devant fournir un signal de sortie transportant les informations acoustiques traitées, et au moins un trajet de signaux couplant l'ensemble d'entrées et ensemble de sorties, ladite information acoustique occupant une bande de fréquences donnée et ayant une gamme dynamique donnée, et une source de signaux de commande fournissant un signal de commande en liaison avec ledit niveau de bruit, ledit trajet de signaux comprenant un ensemble amplificateur agissant dans au moins une première portion de ladite bande de fréquences pour amplifier ledit signal d'entrée, de premiers moyens réagissant audit signal de commande en modifiant l'amplification produite par le premier ensemble amplificateur sous la forme d'une fonction directe du niveau de bruit, un ensemble compresseur de signaux agissant dans au moins une seconde portion de ladite bande de fréquences, et de seconds moyens réagissant audit signal de commande an réduisant la gamme dynamique du signal dans ladite seconde portion (au moins), sous la forme d'une seconde fonction directe dudit niveau de bruit, pour fournir un signal de sortie amplifié et comprimé-dynamiquement au moins dans une portion de ladite bande de fréquences. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première portion de bande de fréquences et la seconde portion de bande de fréquences comprennent la même portion de la bande de fréquences du signal acoustique. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens réagissant au signal de commande comprennent au moins un circuit à seuil. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers et/ou les seconds moyens réagissant au signal de commande comprennent un circuit d'échantillonnage et de maintien et des moyens pour échantillonner momentanément ledit niveau de bruit au cours d'une période pendant laquelle ledit signal acoustique a une amplitude inférieure à une valeur de seuil prédéterminée. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de signaux de commande comprend un microphone. 6.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite portion de la bande d'audiofréquences est la portion dans laquelle le bruit est plus important que dans d'autres portions de la bande d'audiofréquences. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal acoustique est amplifié d'environ 4 décibels pour une augmentation de niveau de bruit de 10 décibels. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'amplification débute à un niveau de 55 phones.