Brevet FR2451669A1 — publié le 19801010

La présente invention a pour objet un dispositif de traitement de la forme d'un slf na' priodique, et son application notamment à un instrument de musique électronique. Différents dispositifs sont connus pour engendrer des fréquences de base, par exemple dans un instrument de musique électronique ; parmi ceux-ci, on peut citer notamment les dispositifs dits "générateurs d'octave" dans lesquels les N notes du clavier de l'instrument sont obtenues par comptage des périodes d'une fréquence de référence fixe, ou fréquence pilote, qui est de l'ordre de 1 à 2 MHz. En pratique, on utilise par exemple N diviseurs comportant un certain nombre d'étages binaires, remis individuellement à zéro lorsque est atteint le nombre exact de périodes désiré pour chaque note. On obtient ainsi N notes distinctes.De tels dispositifs sont par exemple dsponibles au catalogue THOMSON-CSF sous les références SFF 5010, 5011 et 5013. Les signaux ainsi obtenus sont de forme rectangulaire. Toutefois, dans un certain nombre d'applications il est nécessaire de modifier la forme de ces signux, c'est-è-dire leur spectre en fréquence, afin de se rapprocher au mieux du contenu spectral désiré.Cette modification peut avoir par exemple pour but: - soit d'enrichir le mélange harmonique, dans le cas par exemple d'une application a' un insTrumer,t de musique électronique ; cela peut etre obtenu par iine forme en "dents de scie" du signal; soft, au contraire, d'appauvrir le mélange harmonique satin de ne garder que le fonciamental la forme du signal est alors proche d'clne sinusoïde;;ceci est utilisé notamment dans les applications téléphoniqùes, par exemple les générateurs d'appels multifréquences dans lesquels on désire réaliser ia synthèse ae signaux sinusoidaux audibles à faible taux de distorsion; - soit encore de produire un mélange harmonique particulier, correspondant à un signal dont l'enveloppe serait différente d'un signal rectangulaire. Pour reproduire au mieux l'enveloppe du signal recherché (dents de scie, sinusoïde, ou autre), il est connu d'utiliser l'approximation par marches d'escalier: chaque période du signal comporte alors M paliers, ou marches. Cela présente toutefois l'inconvenient, dans le cas général, de nécessiter la multiplication par M de la fréquence pilote: en effet, dans les générateurs d'octave mentionnés ci-dessus, la fréquence F désirée est obtenue par comptage de périodes de la fréquence pilote; pour réaliser M marches d'escalier par période, il est necessaire de .disposer d'une fréquence d'échantillonnage égale a FM, ce qui conduit donc en général à la multiplication par M de la fréquence pilote Fp. L'inconvénient très important de cette méthode est que l'intégration du dispositif sous forme d'un circuit monolithique en est rendue quasiment irréalisable. La présente invention a pour objet un dispositif permettant d'obtenir les M intervalles de temps nécessaires sans avoir à augmenter la fréquence pilote Fp et sans altérer la période du signal à traiter. A cet effet, ce dispositif reçoit une fréquence pilote Fp d'un oscillateur extérieur et comporte: - un compteur dit à cycle perturbé, permettant de compter à chacun de ses cycles un nombre P ou P+a de périodes de la fréquence pilote Fp ; - une mémoire dans laquelle sont stockées les valeurs du nombre P, fournissant ces dernières au compteur précédent; - un compteur auxiliaire, modulo M, recevant un signal du compteur à cycle perturbé à chaque fois que celui-ci a accompli un cycle ; ce compteur auxiliaire fournit à la fois la fréquence Fo du signal recherché dans une octave de référence, la période T0 correspondant à Fo étant égale à la durée de M cycles, et une information de contrôle qui est constituée à chaque instant par le nombre de cycles déjà comptés par le compteur à cycle perturbé pour une période To - des moyens de commande du compteur à cycle perturbé, recevant l'information de contrôle précédente et assurant le choix entre les nombres P et P+a. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un diagramme illustrant l'approximation d'un signal en dents de scie par un signal en marches d'escalier; - la figure 2 est le schéma général d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 3 est le schéma plus détaillé d'une partie de la figure précédente; - la figure 4 est le schéma d'un mode de réalisation d'un synthétiseur de signal en escalier utilisé dans le dispositif selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se reportent aux mêmes éléments. Sur la figure 1, on a donc représenté en fonction du temps l'amplitude A d'un signal 10 en dents de scie, de période T. Sur cette même figure, on a superposé l'approximation de ce signal par un signal 11 en marches d'escalier: celui-ci comporte, pour chaque période T, M marches, ou paliers, M étant sur la figure égal à 8. Sur cette figure, les marches d'escalier ont été représentées sensiblement égales entre elles. Néanmoins, le calcul montre et l'expérience vérifie que si les marches n'ont pas exactement la méme durée, ctest-à-dire si la période T est divisée en M intervalles de temps d'une durée non constante, l'altération du contenu harmonique est très faible. A titre d'exemple, une erreur 8 t sur la position d'une marche de l'ordre de 1 % de la période T peut être acceptée dans la plupart des applications. C est cette tolérance qui est ut1ise dans le dispositif sen itinventio,l, où la durée drune marche est égale à un nombre P ou à un nombre P+a de périodes d'une frequence pilote Fp Le nombre P et le nombre (Ma) de marches de durée P+a périodes, appelé mode, sont alors définis par la fréquence F du signal à obtenir à partir de la fréquence Fp et par le nombre M de marches désirées pour que, d'une part, la position et la durée de chaque marche conduisent à un signal (11) aussi proche que possible des valeurs théoriques (10) et, d'autre part, la durée de la période T ne soit pas altérée. La figure 2 représente le schéma général d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte une mémoire B, ou banque de données, qui reçoit l'indication de la fréquence Fo du signal à engendrer dans une octave de référence, et le nombre M de marches que doit comporter le signal recherché. En fonction des valeurs respectives de F et M, la mémoire B fournit un nombre P à un compteur à o cycle perturbé Cp, le nombre P étant par exemple exprimé sous forme binaire et transmis au compteur Cp par un bus de données, les bus étant par ailleurs représentés sur la figure par des traits épais. Le compteur C p reçoit également la fréquence pilote et et un signal de perturbation Sp, , décrit plus en détail ci-après. Le compteur Cp est un dispositif séquentiel à Q états (avec Q b P+a) qui peut être par exemple un compteur, un décompteur, etc. La valeur P étant fournie à ce compteur, celui-ci compte P périodes de la fréquence pilote Fp, c'est-à-dire décrit P de ces Q états. I1 se trouve alors dans un état d. Selon la valeur d'une variable binaire de perturbation Sp, le compteur peut être: - soit repositionné à son état initial lorsque la variable Sp est égale à zéro : il s'agit alors d'un cycle non perturbé; - soit continuer à compter a périodes de la fréquence pilote Fp, lorsque Sp est égale à l:le compteur se trouve alors dans un état d', qui provoque automatiquement son repositionnement à l'état initial: le compteur alors a accompli un cycle perturbé. Dans les deux cas, le compteur Cp envoie un signal sur une sortie 21 à chacun de ses cycles, perturbé ou non (par exemple lors de son positionnement à l'état initial). Ces signaux sont donc distants de P ou P+a périodes de la fréquence pilote, et définissent les intervalles de temps séparant les différentes marches du signal. Ils sont dirigés vers un compteur auxiliaire CA, qui est un compteur binaire modulo M, c'est-àdire qutil revient à zéro après avoir compté M signaux de fin de cycle provenant du compteur Cp. Il apparaît donc que ce compteur auxiliaire CA fournit à la fois la fréquence Fo du signal recherché, puisqu'il compte modulo M, et les M intervalles de temps répartis dans la période To, correspondant à la fréquence Fo, nécessaires à l'élaboration du signal en marches d'escalier. L'inisr;n-.; on fournie par le compteur CA d'une part est dirigée vers un sélecteur d'octave So et d'autre part constitue l'information de contrôle (Mi) indiquant, à chaque instant et pour chaque période To, le nombre de cycles déjà parcourus par le compteur Cp, avec O # Mi C assure la répartition des cycles perturbés en fonction du nombre de ceux-ci dans la période T0 du signal. Le sélecteur d'octave So reçoit donc la sortie du cornpteur auxiliaire CAet, par ailleurs, l'indication (n) de l'octave à laquelle appartient le signal désiré. On sait en effet que, d'une octave à l'autre, les notes de la gamme chromatique se correspondent par simple division par 2 de leur fréquence. La fréquence Fo étant la fréquence du signal désiré dans l'octave la plus haute, qui est l'octave de référence, il suffit alors de la diviser par 2 un nombre n de fois (n étant le rang de l'octave considérée fournie au sélecteur So) rpour obtenir la fréquence F recherchée, ainsi que ses M intervalles de temps nécessaires à ltélaboration du signal en marches d'escalier.Ce dernier signal est dirigé vers un synthétiseur de signal Ss, qui, à partir des informations numériques fournies par le sélecteur d'octave SO' engendre un signal en marches d'escalier de forme prédéfinie : en dents de scie, en sinusoïde, etc. Un exemple de réalisation de ce synthétiseur Ss sont donnés sur la figure 4. La figure 3 est un schéma détaillant certains éléments de la figure précédente, notamment l'ensemble de commande C du compteur à cycles perturbés Cp. Sur cette figure, on retrouve le compteur Cp, le compteur auxiliaire CA, le sélecteur d'octave So et l'ensemble de commande C. o Le compteur a cycle perturbe Cp comme il a été dit précédemment, reçoit d'une part la fréquence pilote Fp et, d'autre part, le nombre P de périodes du signal pilote qu'il doit compter ; ce nombre P est par exemple fourni sous forrne binaire, exprimé sur E! bits tel que 2Pp Lorsque le compteur Cp a compté un nombre 2 de périodes du signal pilote, il fournit un signal sur une sortie 35 vers un ensemble de circuits logiques 32, 33 et 34 qui, sur indication de la valeur du signal de perturbations Sp reçu de l'ensemble de commande C, perturbe ou non le cycle de comptage du compteur CP c'est-à-dire provoque le comptage de P+a ou P périodes du signal pilote. Plus précisément, l'ensemble de circuits logiques est constitué de la façon suivante: - une porte logique ET, 33, à deux entrées; l'une des entrées reçoit le signal de perturbations Sp et l'autre reçoit le signal provenant d'une sortie 31 du compteur Cp précisée ci-dessous; - une porte logique ET, 32, à deux entrées dont une complémentée; l'entrée complémentée reçoit également le signal Sp et l'autre entrée est reliée à la sortie 35; - une porte logique OU, 34, à deux entrées recevant respectivement les sorties des portes 32 et 33; la sortie 30 de la porte 34 est dirigée d'une part vers le compteur Cp et d'autre part vers le compteur CA. Le fonctionnement de cet ensemble est le suivant: dans le cas où la variable de perturbation Sp est égale à O, un signal de fin de cycle sur la connection 35 se traduit par un signal sur la sortie de la porte ET 32. Ce signal est transmis par la porte OU 34 (sortie 30) d'une par au compteur Cp, où il provoque le retour de ce compteur à son état initial de début de cycle, et d'autre part au compteur CA qu'il incrémente alors d'une unité. Le compteur Cp compte alors comme précédemment P périodes du signal pilote. Lorsqu'au contraire la variable de perturbation Sp est égale à 1, le signal intervenant après P périodes sur la connection 35 n'est alors pas transmis par la porte ET 32 : le compteur Cp continue alors à compter les périodes du signal pilote jusqu'à un nombre P+a.Un signal de fin de cycle perturbé est alors envoyé sur la sortie 31 de ce compteur Cp vers la porte ET 33 le signal de perturbation Sp étant égal à 1, cette arrivée se traduit par un signal à la sortie de la porte 33 et par suite à la sortie (30) de la porte 34 vers le compteur Cp, provoquant un retour du compteur à son état initial, et vers le compteur CA qui est alors incrémenté d'une unité. I1 apparaît ainsi que lorsque la variable Sp est égale à 1, le compteur Cp compte P+a périodes du signal pilote. Le compteur auxiliaire CA est un compteur binaire modulo M, à m sorties (repérées globalement 22), m étant tel que 2m = M. La sortie binaire 22 de poids le plus élevé représente la fréquence Fo recherchée. Les sorties 22 fournissent également l'information de contrôle Mi dirigée vers l'ensemble de commande C. L'ensemble C comporte deux décodeurs Dx et Dy, et une mémoire BL à lecture seule (ou mémoire ROM pour Read Only Memory). Le décodeur Dx reçoit l'information de contrôle sur m bits et la décode en une information binaire exprimée sur M bits, dirigée vers la mémoire BL. Cette mémoire, qui a une capacité de M2 bits, contient les valeurs de la variable de perturbation Sp en fonction d'une part du nombre de cycles déjà effectués pour une période donnée, c'est-à-dire l'information de contrôle Mi, et d'autre part du mode Ma, c'est-à-dire du nombre de cycles perturbés que doit contenir chaque période, M a étant fourni à la mémoire BL par l'intermédiaire du décodeur Dy Le décodeur l Dy fournit sur sa sortie Sa valeur de la variable de perturbation Sp (O ou 1), qui est dirigée vers l'ensemble logique 32, 33, 34, précédent. La sortie 22 sur m bits du compteur auxiliaire CA est également dirigée vers le sélecteur d'octave So. Le dispositif selon l'invention comporte en outre un second compteur auxiliaire CF, qui est un compteur binaire recevant la fréquence Fo (donnée par le bit de poids le plus fort de la sortie du compteur CA) et qui élabore le signal aux octaves inférieures; les sorties du compteur CF sont reliées au sélecteur d'octave Celui-ci est un aiguillage permettant, sur indication du rang n de l'octave choisie par rapport à l'octave de référence à laquelle appartient la fréquence Fo, la sélection de m sorties consécutives parmi les sorties des compteurs binaires CA et CF ; ces sorties représentent la fréquence F désirée ainsi que les M intervalles de temps nécessaires à l'élaboration d'un signal en escalier à M marches, dans le synthétiseur SS de la figure 2. A titre d'exemple, le dispositif selon l'invention a été réalisé pour un nombre-M = 8 marches par périodes et pour une perturbation a = 1, avec: un compteur à cycle perturbé Cp à Q = 128 états, la valeur de P étant comprise entre 64 et 128, c'est-àdire 64 valeurs différentes fournies par la mémoire B au compteur Cp sur p = 7 bits; un compteur auxiliaire CA modulo M = 8, comportant une sortie 22 de m = 3 bits, sur laquelle on peut donc obtenir 64 x 8 modes possibles = 512 valeurs différentes ; une mémoire BL d'une capacité de M2 = 64 bits, et un second compteur auxiliaire CF comportant 7 sorties, ce qui permet de choisir le rang de l'octave désirée parmi 8 octaves différentes afin d'engendrer un signal en escalier à M = 8 marches. La figure 4 illustre un exemple de réalisation de synthétiseur de signal en escalier Ce synthétiseur utilise le principe connu de la sommation de courants dans une résistance; les courants sont obtenus par des techniques dites de "miroirs de courant". Le synthétiseur S5 comporte un décodeur D par exemple à trois entrées et huit sorties, transformant l'information binaire exprimée sur m = trois bits en provenance du sélecteur d'octave SO en un signal fourni sur l'une de ses huit sorties 40 à 47. Chacune des sorties du décodeur D est reliée à un ensemble de deux transistors T1 et T2 du type MOS, connectés en série entre un point A2 et la masse; les grilles des transistors T1 sont reliées respectivement à chacune des sorties 40 ... 47, et les grilles des transistors T2 à un point commun A1. Au point A1 sont connectés d'une part, une résistance R1 dont l'autre borne est alimentée par un potentiel extérieur de polarisation Vcc et, d'autre part, un transistor TRI, du type ALIOS, dont la grille est reliée à A1 et la troisième borne à la masse. Au point A2 est connectée une seconde résistance (R2), dont l'autre borne est reliée au potentiel Vcc. Au point A2 est prélevé le signal de sortie S du dispositif. En fonctionnement, le transistor TR1 est parcouru par un courant de référence I et chacun des transisiors T2 par des ;-ourarlts lo ...17 respectivement. Les valeurs relatives des différents courants 1o ... I7 sont ajustées en faisant varier les caractéristiques géoinétriques des diife'rents transis.ors T2. Par ailleurs, les courants lo ... I7 sont proportionnels au courant de référence I. En faisant varier ce cct!rant de référence, il est donc possible de faire varier l'amplitude du signal de sortie sans distorsion harmonique notable et, en particulier dans les applications aux instruments de musique électroniques, de simuler l'attaque et l'extinction d'une note par la suppression de la résistance R1, le courant I étant alors une image du signal d'attaque désiré, fourni par un dispositif extérieur. De la même manière, il est possible d'asservir l'amplitude du signal de sortie à une commande d'ambiance. En outre, le synthétiseur SS fournit, par décodage d'un des paliers du signal de sortie S, des signaux de synchronisation (non représentés): - vers la mémoire B,pour réaliser le chargement des valeurs P et Ma, - pour réaliser le chargement d'une valeur n; - vers les compteurs CA et CF, pour réaliser un pré-positionnement de ces compteurs. Cela permet au dispositif de changer la fréquence F du signal de sortie sans qu'il ne se produise de discontinuité dans son amplitude. En conclusion, le dispositif selon l'invention permet donc de synthétiser un signal de forme quelconque dans la gamme des fréquences audibles à partir d'une fréquence pilote de l'ordre du mégahertz. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de la forme d'un signal périodique, recevant une fréquence pilote Fp, caractérisé par le fait qu'il comporte: - un premier compteur, à cycle perturbé (Cp), permettant de compter un nombre P ou P+a de périodes de la fréquence pilote (Fp > , le comptage de P ou P+a périodes représentant respectivement un cycle ou un c;lc'e perturbé de ce cJ;npteur (Cp), ce compteur fournissant un signal de sortie par cycle; - une mémoire (B) dans laquelle sont stockées les valeurs du nombre P, fournissant cQs dernières au compteur précédent (C);; - un premier compteur auxiliaire (CA) modulo M, recevant le signal de sortie du premier compteur (Cp), et fournissant la fréquence (Fo) du signal recherché, la période (To) correspondant à cette dernière fréquence (FO) étant subdivisée en M marches, chacune correspondant à un cycle du premier compteur, et une information de contrôle (Mi) qui est à chaque instant le nombre de cycles comptés par le premier compteur (Cp) dans une période (To) donnée; - des moyens de commande (C) du premier compteur (Cp), recevant l'information de contrôle (Mi) et assurant le choix entre les nombres P et P+a; - des moyens de synthèse (sus) d'un signal en escalier à M marches, recevant les composants du signal à synthétiser, à savoir sa fréquence et la subdivision de sa période en M marches. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, interposés sur le trajet du signal traité entre le premier compteur auxiliaire (CA) et les moyens de synthèse (S5): un second compteur auxiliaire (CF), recevant la fréquence (Fo) fournie par le premier compteur auxiliaire (CA) et élaborant des fréquences lui correspondant aux octaves inférieures, et un sélecteur d'octaves permettant de sélectionner sur commande extérieure (n) l'une de ces octaves et fournissant aux moyens de synthèse (SS) les composants du signal à synthétiser. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de commande (C) du premier compteur (Cp), reçoivent l'information de contrôle Mi et le nombre M a de cycles perturbés par période (To), et qu'ils comportent une mémoire BL contenant les valeurs d'un signal de perturbation (Sp) pour chacun des cycles du premier compteur (Cp) en fonction des valeurs des variables Mi et M a 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il cornporte de plus un ensemble de circuits logiques (32, 33, 34), assurant la remise à l'état initial du premier compteur (Cp) après que ce dernier ait compté un nombre P ou P+a de périodes de la fréquence pilote (Fp), selon la valeur du signal de perturbation (Sp). 5. Instrument de musique électronique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications précédentes.