Brevet FR2335097A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne un filtre électrique à fréquence de coupure variable, notamment pour éliminer le bruit accompagnant un signal électrique de fréquence variable. Ce filtre peut être utilisé dans le domaine des signaux électriques d'amplitude variable, qui nécessitent un filtrage fluctuant en fonction de cette amplitude C'est le cas notas- ment des signaux électroacoustiques dont les sources produisent, outre des signaux électroacoustiques utiles, des bruits de fond parasites qui doivent être filtres. Ces bruits de fond sont d'au- tant plus gênants que les signaux utiles ont un niveau faible. Dans le domaine de l'audiofréquence, le bruit de fond des sources apparaît pour une fréquence de quelques kilohertz et pour des signaux utiles faibles, dont le spectre musical me contient que peu d'harmoniques supérieures à cette fréquence. Au delà de quelques kilohertz, les signaux utiles sont de niveau plus élevé et le spectre des fréquences,qui est plus étendu, masque les bruits de fond parasites. Divers dispositifs de filtrage sont utilisés en électroacoustique pour diminuer les bruits de fond parasites des sources. Ces dispositifs sont généralement appelés réducteurs de bruits. Parmi eux, il faut distinguer entre cou@ qui traitent les signaux à leur enregistrement ou à leur émission, et ceux qui traitent les signaux à leur récoption ou à leur reproduction. Les dispositifs qui traitent les signaux à leur enregistrement ou à leur émission comportent en général des moyens pour accentuer les fréquences aiguës des signaux dont l'amplitude ou niveau est faible. A la réception, le niveau des fréquences aiguës est ramené à sa valeur nominale, en même temps que le bruit de fond qui accompagnait le signal. Les dispositifs les plus utilisés qui appliquent ce principe sont ceux connus sous les noms de DOLBY A, DOLBY B ou ANRS. Le dispositif de type DOLBY A comporte, en réalité, quatre systèmes indépendants agissant chacun sur une partie du signal audible, en divisant le spectre des fréquences audibles en quatre bandes : au-dessous de 80 hertz, de 80 hertz à 3000 hertz, de 3QOQ hertz à 9000 hertz, et au-dessus de 900J hertz. Chaque bande est traités séparément et les signaux au-dessus d'un certain niveau traversent directement le système sans être traités. Le dispositif de type DOLBY B fonctionne sur une seule bande de fréquences, au-dessus de 600 hertz ; il réduit les bruits dans les sources, de trois décibels environ pour 600 hertz, de 6 décibels pour t200 hertz et de 10 décibels pour 4000 hertz et au-delà. Le dispositif de type ANRS qui est l'abréviation en anglais "d'Automatic Noise Reducing System" ou en français "Système de réduction automatique de bruit", ressemble au dispositif de type DOLBY B et contrôle les signaux à partir de la fréquence 500 hertz et jusqu'à des fréquences très élevées. Les dispositifs précités ont pour principal inconvénient de nécessiter un traitement des signaux à la source, soit à l'enregistrement sur bande magnétique, cassette ou disque, soit à l'émission pour les programmes radiophoniques en modulation de fréquence. Il s'ensuit que les sources non traitées ne peuvent être reproduites en bénéficiant d'une réduction effective du bruit. Les dispositifs les plus connus qui traitent les signaux à leur réception ou à leur reproduction, sont les dispositifs de type DNL ou PNRS. Le dispositif DNL qui est l'abréviation en anglais de "Dynamic Noise limiter" ou en français "limiteur dynamique de bruit", utilise un effet de masquage en réduisant la bande passante d'un filtre lorsque les signaux utiles de fréquences supérieures ou égales à 4 kilohertz sont de faible amplitude. Ce dispositif agit pour des niveaux inférieurs ou égaux à 30 décibels du signal nominal, par injection, sur le signal source, de la partie du signal utile dont la fréquence est supérieure à 4 kilohertz. Cette injection se fait en opposition de phase 5 le dispositif est donc "soustractif" et n'agit pas aux niveaux élevés. Le dispositif PNRS agit en diminuant le gain d'un étage amplificateur lorsque les signaux des sources sont faibles à des fréquences supérieures à quelques kilohertz. Le gain de l'étage amplificateur n'est par contre pas modifié pour les signaux de niveaux élevés. Les dispositifs précités ont pour inconvénient d'être d'un emploi délicat pour les niveaux de bruits variables que 1 on vent supprimer. En effet, les principales sources électroacousti- ques s disques, modulation de fréquence, magnétophone, n'ont pas le même rapport signal/bruit et ni même le même spectre de bruit. L'emploi de tous ces dispositifs réducteur, de bruit est en général limité par les constructeurs aux magnétocassenttes ou aux magnétophones qu'ils fabriquent et dont ils connaissent parfaitement le niveau du bruit qu'il faut éliminer. Il est ainsi très difficile pour ces différentes raisons, de produire un réduc- teur séparé de la source et qui pourrait entre inclus b n'importe quel endroit dans une chaîne électroacoustique. La présente invention a pour but de réaliser un fil- tre permettant de remédier à ces inconvénients, et notamment dtiv- ter le choix entre le traitement des signaux i la source et le traitement des signaux i la réception ;; elle a aussi peur but de permettre une réduction des bruits de fond de n'importe quel ap pareil électroacoustique sans qu'il y ait lieu, au préalable, d'ef- foctuer une étude approfondie du spectre de bruit de l'appareil que l'on vent utiliser. Suivant l'invention, le filtre électrique à fréquence de coupure variable, notamment pour éliminer le bruit accompagnant de fréquence variable, un signal électrique/ comporte au moins un élément résistant et un condensateur et il est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la résistance de l'élément résistait en fonction de l'amplitude du signal précité. Ce filtre permet de réduire la bande passante à 3,5 kilohertz pour des signaux électroacoustiques de faibles niveaux, et d'élever progressivement cette limite jusqu'à plus de 20 kilohertz pour les signaux de niveaux plus élevés. Ainsi, comme le bruit de fond est particulièrement g. nant pour les signaux de faibles niveaux, ce filtre qui a une fre- queace de coupure peu élevée aux faibles niveaux, permet d'élimi- ner le bruit de fond. Aux niveaux plus élevés, la fréquence de coupure est repoussée à quelques dizaines de kilohertz, et le signal électroacoustique est intégralement retransmis. Suivant une réalisation particulière de l'invention,les moyens permettant de faire varier la résistance de l'élément résis- tant en fonction de l'amplitude du signal périodique comportent un détecteur d'amplitude du signal périodique et des moyens de commande de l'élément résistant, connectés en sortie du détecteur d'amplitude. Selon une réalisation avantageuse de l'invention, l'éliment résistant est une photorésistance et les moyens qui le commandent sont constitués par une lampe dont l'intensité d'éclairement est commandée par le détecteur d'amplitude. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés k titre d'exemple non limitatif. - La figure t est un schéma par blocs d'un réducteur de bruit conforme à l'invention inséré dans uns chaîne électro- acoustique à deux voies ; - La figure 2 représente la partie résistance variable du filtre selon l'invention ; - La figure 3 représente les moyens de commande de cette résistance variable P - Les figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du filtre conforme k l'invention En référence à la figure 1, le réducteur de bruit comporte deux paies t et 2, correspondant aux deux voies d'une chairs électroacoustique.Chacune des voies t et 2 comprend un filtre selon l'invention. Deux voies seulement ont été représentées, mais il est bien evident que le nombre de voies traitées peut être quel- conque. L'un des signaux électroacoustiques est injecté dans la voie 1, par I'entrée 3 d'un adaptateur d'impédance 4. Ce signal est ensuite dirigé vers un filtre électrique actif 5 à fréquence de coupure variable, qui comprend, comme on le verra plus loin en détail, une résistance variable.IL est connecté à un étage 6 qui sera décrit plus loin, permettant de faire varier la valeur de La résistance variable du filtre 5 en fonction de l'amplitude du si- gnal injecté dans la voie considérée. Le second signal électroacoustique est injecté dans la voie 2, par l'entrée 8 d'un adaptateur d'impédance 9 ; ce signal est ensuite dirigé vers un autre filtre 10 à fréquence de coupure variable, comprenant lui aussi une résistance variable et également connecté à l'étage 6 précité. Les signaux prélevés à la sortie 7 de ltadaptateur d'impédance 4 et à la sortie If de l'adaptateur d'impédance 9, sont mélangés grâce à un mélangeur-adaptateur d'impédance 12. A la sortie 13 de ce mélangeur, le signal mélangé passe dans un filtre 14, de type passe-haut, qui ne transmet que les fréquences du signal soerrna supérieures à 2 kilohertz. Le signal sortant de ce filtre passe-haut, est ensuite transmis à l'étage 6 qui permet de faire varier la valeur de la résistance varia- ble de chaque filtre. Cet étage est constitué d'un amplificateurdétecteur d'amplitude fonctionnant a classe B ou AB, selon la position d'un potentiomètre de réglage 15,et de m o y e n s de commande de la résistance variable du filtre. L'amplificateur,qui fournit une glandeur électrique proportionnelle à l'amplitude des signaux qu'il reçoit,est connecté aux moyens de commande des résistances variables contenues dans les blocs 5 et 10.C'est cette commande qui va permettre de faire varier la fréquence de coupu- re des filtres actifs 9 et tO, de type passe-bas, sur chaque voie. Les signaux ainsi filtrés, sur chaque voie, passent ensuite dans des amplificateurs adaptateurs d'impédances 16, 17, avant d'être disponibles sur les sorties 18, 19 de ces adaptateurs. En référence L la figura 2, l'adaptateur d'impédance 4 comprend un transistor 21 dont la base est reliée à l'entrée 3 et dont le collecteur attaque le filtre 5, dont l'entrée comprend deux photo-résistances 22, 23 en série. Ces photo-résistances sont montées en série avec la base d'un transistor 24 monté en collecteur commun sur une alimentation +V et dont l'émetteur constitue la sortie du filtre 5, et elles coopèrent avec deux condensateurs 23, 26. Le condensateur 25 est placé entre le point commun auz photo-résistances et l'émetteur du transistor 24. Le condensateur 26 est placé entre la sortie de la photo-résistance 23 et une masse de référence M.Les photo-résistances 22 et 23 sont seumises i l'éclairement d'une lampe à incandescence 27 dont l'alimentation par des b o r n e s , figurées en 27a,sera décrite ci-après. Le filtre 5 comprend encore, de façon connue, des résistances de polarisation des transistors et des condensateurs de d écouplage représentés sans référence. En référence à la figure 3, le mélangeur-adaptateur d'impédance 12 comprend un transistor 29 monté en charge répartie recevant sur sa base les signaux prélevés en 7 et It (figure t) et délivrant un signal de sortie sur son collecteur par l'intermé- diaire d'un potentiometre 31 de réglage du gain, placé en résistance de collecteur. L'amplificateur détecteur de niveau 6 comprend un transistor 32 attaqué.sur sa base par le signal de sortie du mélangeur 12, par l'intermédiaire d'un condensateur 33 qui, en coopération avec la résistance d'émetteur 34 du transistor 32, constitue le filtre passe-haut 14. Le transistor 32 est monté pour fonctionner en classe B ou AB de maniere à servir de détecteur de niveau. 11 est ponté par une résistance réglable 35 en série avec le potentia mètre t5, et la lampe 27 est en série avec son collecteur. On comprend que la fréquence de coupure f des filtres 5 et 10 est fonction du niveau du signal d'entrée E attaquant l'étage 6. Plus précisément, les signaux d'amplitude élevée (zéro décibel) donnent une fréquence de coupure relativement élevée (quelques dizaines de kHz) et le signal est intégralement transmis (figure 4). Si ce signal est faible t-3a à -40 dB), la fréquence de coupure est basse et le bruit de fond est supprimé à partir de cette fréquence, ce qui n'est pas gênant pour la fidélité de ltau- dition, puisque les signaux faibles contiennent généralement peu de fréquences supérieures à 4 Hz, et surtout puisque l'oreille est moins sensible aux fréquences élevées à bas niveau. Le potentiomètre 31, qui règle le réglage du gain du transistor 29, sert à régler ce niveau du signal à partir duquel la fréquence de coupure varie en fonction de ce signal suivant la courbe 36 (figure 4). Dans l'exemple décrit, ce niveau de seuil est réglable entre O et -60 dB environ, de sorte que cette variation s'effectue sensiblement sur la totalité de la courbe 36 représentée, si le potentiomètre 3t placé en position 37 (figure 3). Si au contraire, ce potentiomètre 3t est placé en position 38, les filtres 5 et 10 se comportent en filtres statiques et la fréquence de coupure est fixe et représentée par une verticale telle que 39 ou 4t (figure 5). Pour une position donnée du potentnmètre 31, le poten tiomere 15 sert à modifier la fréquence de coupure suivant le spectre de bruit du signal à traiter. Par exemple, pour un niveau à -50 dBr ce réglage est possible entre 3,5 et 70 (figures 4 et 5). L'invention permet donc d'atteindre les buts mentionnés plus haut. En outre, tous les éléments du filtre sont purement passifs En particulier, les résistances variables purement amimiques lui confèrent une caractéristique tension/courant parfaitement li néaires dans les quatre quadrants Hors le brult thermique, négli- geable, les éléments variables ntapportent aucun souffle au signal. ils n'apportent non plus aucune distorsion, tant harmonique que d'intermodulation, ni aucune réduction de la dynamique. D'autre part, la séparation galvanique absolue entre le signal de commande et les éléments variables fait qu'il n'existe aucun risque de distorsion par interférence entre le signal de commande et le signal k traiter Suivant une variante de réalisation (non représentée), l'ensemble des photorésistances et de la lampe 27 peut entre remplacé par un photocoupleur monobloc comprenant un élément lumineux et un ou plusieurs éléments photosensibles. Les photorésistances peuvent encore etre remplacées par des magnétorésistances et la lampe par un générateur de champ magnétique variable. Enfin, dans les réalisations précitées faisant intervenir un éclairement, la lampe peut être une source lumineuse d'un type quelconque, tel que diode électroluminescente. Il est évident que l'invention ne se limite pas aux réalisations décrites et que de nombreuses variantes peuvent être conçues, pourvu quelles permettent un asservissement progressif et dépendant de l'amplitude. En particulier, tout dispositif d'asservissement caractérisé par L'absence de liaison galvanique entre le signaL de commande et le signal k traiter appartient au domaine de l'invention. REVENDICATIONS t. Filtre électrique à fréquence de coupure variable, notamment pour éliminer le bruit accompagnant un signal électrique de fréquence variable, comprenant au moins un élément résistant et un condensateur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la résistance de l'élément résistant, en fonction de l'am- plitude du signal précité 2. Piltre conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier la résistance de l'élément résistant comprennent un détecteur d'amplitude du signal périodique et des moyens de commande de l'élément résistant, connectés en sortie dudit détecteur. 3. Filtre conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il n'existe aucune liaison galvanique entre lélé- ment résistant et les moyens de commande de eet élément. 4. Filtre conforme. à l'une des revendications t k 3, caractérisé en ce que ses éléments résistifs et capacitifs sont purement passifs. 5. Filtre conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément résistant est photosensible et en ce que les moyens de commande comprennent une source lumineuse k intensité d'éclairement variable 6. Filtre conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément résistant est une photorésistance. 7. Filtre conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la source lumineuse est une lampe à incandescence. 8. Filtre conforme k l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la source Ilimineuse est un tube luminescent. 9. Filtre conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérise en ce que la source Lumineuse est constituée d'au moins une diode électroluminescente. tQ, Filtre conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément résistant est une magnétorésistance et en ce que les moyens de commande comprennent un générateur de champ magnétique variable. 11. Filtre conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément résistant et les moyens de commande comprennent un photocoupleur.