Brevet FR2440646A1 — publié le 19800530

L'invention concerne des perfectionnements aux amplificateurs audio-fréquence, notamment pour auto-radio On sait que les matériels embarqués" utilisant des amplificateurs audio-fréquence alimentés en énergie par des batteries d'accumulateurs de bord délivrent une puissance de sortie brute définie principalement par la différence de potentiel de la source d'alil,1entation et d'impédance-de la charge Sur des radio récepteurs ou dispositifs de reproduction sonores comparables. installés dans des véhicules, les forces électromotrices dlalimentation en courant continu (FE oMç ) sont du type ."basee tension de 10.8 à 14g4 volts ou de 21,6 à 28,8 volts", Les valeurs d'impédance des haut-parleurs normalisées pour l'obtention d'un rendement optimal sont comprises entre 4 et 8 ohms La puissance disponible à la sortie de tels amplificateurs chargés pour délivrer un signal ayant un taux de distorsions inférieur a' 1% et réalisés selon les méthodes technologiques les plus avancées en microélectronique de puissance (circuits intégrés analogiques opérationnels) est égale à :: avec P = Puissance pour 1% de distorsion mesurée à F = 1 K Hz (régime sinusoldal) Z = Impédance de charge du haut-parleur exprimée en ohms Pour obtenir une écoute agréable des sons, il est nécessaire d'augmenter progressivement (pente # 3 décibels par octave), le niveau de puissance des composantes sonores émises autour de la fréquence de 1 kilo Hertz (effet bien connu de correction physiologique de sensibilité de l'oreille humaine), jusqu'8 6 à 8 décibels au voisinage des limites du spectre des fréquences audibles (20 Hertz å 20 000 Hertz) Cette correction entraîne une réduction notable de la puissance musicale dynamique Pr aux fréquences "médium" pour lesquelles les mesures de puissance sont généralement effectuées On obtient avec Pr = Puissance dynamique résultante aux fréquences médium cPP = Rapport de correction physiologique de la puissance exprimée en décibels Pour la reproduction des sons stéréophoniques, on utilise communément deux amplificateurs identiques que l'on affecte aux canaux de droite et gauche. I1 est également connu que pour augmenter la puissance de sorties on recourt généralement à l'utilisation de transformateurs ou au doublement des circuits électroniques d'amplification dont la configuration de montage en pont, le haut-parleur étant connecté dans une des diagonales, procure théoriquement une puissance quatre fois supérieure Ce rapport de quatre fois permet de compenser la réduction de la puissance dynamique résultant de la correction physiologique nécessaire à une écoute confortable. Ces procédés connus sont donc coûteux, lourds encombrants et d'un rendement global très médiocre La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet des perfectionnements aux amplificateurs audio-fréquence, notamment pour auto-radio comportant deux voies dénommées l'une voie gauche, l'autre voie droite ayant chacune au moins un amplificateur relié à au moins un haut-parleur1 perfectionnements caractérisés en ce qu'ils comportent un moyen réalisant un déphasage de 1800 des signaux des deux voies et en ce qu'un haut-parleur supplémentaire relié à un filtre passe-bas est branché entre les deux voies pour etre alimenté par les signaux déphasés de 1800 Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'une des voies comporte un moyen réalisant un déphasage de 1800 des signaux de cette voie et le branchement du haut-parleur de cette voie est inversé par rapport au branchement du haut-parleur de l'autre voie le haut-parleur supplémentaire étant relié pae l'une de ses bornes entre le moyen déphaseur et le haut-parleur de cette voie Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen réalisant le déphasage de 1800 des signaux des deux voies est constitué par des amplificateurs opérationnels à branchements inversés insérés dans chacune des voies Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque voie gauche et droite comporte deux circuits comprenant chacun au moins un amplificateur et au moins un haut-parleur, dénommés l'un circuit avant, l'autre circuit arrière.Un circuit d'une voie étant relié par un haut-parleur au circuit de l'autre voie dont les signaux sont déphasés de 1800. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un filtre passe-haut est disposé en série avec chaque haut-parleur reliant le circuit d'une voie au circuit déphasé de l'autre voie L'invention concerne également les auto-radios pourvus de l'amplificateur conforme à l'invention. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif. sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 est le schéma électrique d'un amplificateur conforme à l'invention, - la figure 2 représente le diagramme de puissance de l'amplificateur de la figure 1, - la figure 3 représente le schéma d'un amplificateur conforme à l'invention comportant quatre canaux avant gauche, avant droit, arrière gauche et arrière droit, - la figure 4 est le diagramme de puissance du schéma de la figure 3. La présente invention a en conséquence pour but, la réalisation d'un amplificateur audio-fréquence et particulièrement d'un poste auto-radio dont la "puissance augmentée" est théoriquement multipliée par quatre par rapport à la puissance des amplificateurs connus, cette augmentation de puissance permettant de réaliser une correction physiologique, dynamique, automatique par la mise en oeuvre de filtres au niveau des haut-parleurs. En outre, cet amplificateur, qui présente un rendement global élevé, possède une excellente réponse aux registres transitoires et est d'un prix de revient peu élevé, ainsi que d'un encombrement et d'un poids réduits. Suivant la figure 1, on a représenté le schéma d'un amplificateur audio-fréquence stéréophonique comportant deux voies gauche G et droite D ayant chacune respectivement un amplificateur opérationnel S1, S2 et deux haut-parleurs Hpl, HP2 et HP3, HP4. Ces haut-parleurs HP2 et HP4 sont constitués par des tweeters qui sont branchés en série avec des condensateurs et en parallèle sur les haut-parleurs HP1 et HP3. Les amplificateurs opérationnels S1 et S2, qui sont reliés à la source de tension + V par leur borne 5, ont leur borne de sortie 4 reliée à leur borne d'entrée 2 par un ensemble de résistances et capacités T1, T2 constituant un réseau de contreréaction Chacune des voies présente également un réseau d'entrées El, E2 comportant chacun un potentiomètre P1 P2 pour le réglage de la tonalité de chacune des voies e un potentiomètre P3, P4 pour le réglage de la puissance de chacune des voies et un ensemble de résistances et condensateurs montés en série R11 C1, R2, C2 et R3, C3, R4, C4 constituant des circuits de correction physiologique pour compenser la courbe de réponse à très bas niveau Par ailleurs1 les deux voies sont reliées à l'entrée des amplificateurs par un potentiomètre P5 permettant de réaliser la balance de ces deux voies Conformément à ljinvention, les signaux de chacune des voies sont déphasés à hauteur des amplificateurs opérationnels S1 et S2, ce qui est réalisé de manière simple par l'inversion de la borne d'entrée. Ainsi, la borne 2 de l'amplificateur S1 et la borne 1 de l'amplificateur S2 sont reliées aux extrémités du potentiomètre de balance P5 et au réseau d'entrée alors que la borne 1 de l'amplificateur S1 et la borne 2 de l'amplificateur S2 sont reliées à la masse. Les signaux ainsi déphasés de 1800 sont amenés, pour chaque voie gauche G et droite DD sur les amplificateurs HP1, HP2, respectivement HP3, HP4, par l'intermédiaire d'une self L1, respectivement L2, ayant pour effet d'éviter la remontée des parasites vers les amplificateurs et de la partie fixe d'un connecteur B1, respectivement B2, permettant d'assurer le branchement des hautparleurs Cependant, comme on le remarque les haut-parleurs HP1, HP2 d'une part et HP3, HP4 d'autre part sont reliés de manière inversée à la partie fixe B1, B2 de leur connecteur, ce qui se remarque par le fait que les bornes moins des haut-parleurs HP1 et HP2 sont reliées à la sortie de l'amplificateur S1 par la prise B1, alors que, au contraire, dans la voie droite, les bornes plus des haut-parleurs HP3, HP4 sont reliées à la sortie de leur amplificateur par la borne B2 Ainsi, dans le cas d'une émission stéréophonique, la phase des voies gauche et droite est rétablie pour obtenir une émission normale et cela malgré l'inversion de phase au niveau de l'entrée des amplificateurs S1 et S2. Cependant, entre deux voies gauche et droite de cet amplificateur est branché un haut-parleur HP5 qui est relié par chacune de ses bornes aux voies gauche et droite par des filtres passe-bas PB1 et PB2 comprenant une self et un condensateur. On constate donc que ce haut parleur HP5, branché en parallèle sur chacune des voies gauche G et droite D, est alimenté par des signaux déphasés de 180 de façon qu'il délivre pour les fréquences basses et bas médium non filtrées par les filtres passebas PV1 et PV2, une puissance double de celle qu'il aurait produit s'il avait été branché sur l'une ou l'autre des voies gauche ou droite. Cela est illustré par le diagramme de la figure 2 où l'on voit que la puissance de sortie pour des fréquences basses (courbe 1) est augmentée par rapport à la puissance de sortie pour les fréquences élevées (courbe 2) et par rapport à la puissance de sortie pour les fréquences médium (courbe 3). En effet, le haut-parleur HP5 alimenté par des signaux en opposition de phase est donc alimenté par des signaux de tension double de ceux des autres haut-parleurs HP1, HP2, HP3, HP4 si bien qu'il délivre une puissance multipliée par quatre pour une même résistance interne. La réalisation de l'amplificateur conforme à l'invention permet alors d'améliorer l'audition d'une émission stéréophonique en augmentant la puissance de sortie aux fréquences basses pour lesquelles l'effet stéréophonique n'existe pas (signaux sonores dont la longueur d'onde est supérieure à quatre fois la distance moyenne comprise entre les deux oreilles humaines). Ce résultat est obtenu en réalisant une double utilisation des amplificateurs S1 et S2 qui d'une part sont indépendants et assurent l'amplification dans chacun des canaux droit et gauche comprenant les haut-parleurs HP1, HP2 et HP3, HP4 et d'autre part sont branchés dans une configuration en pont comprenant le haut-parleur HP5 pour produire une puissance augmentée mais sélective compte tenu de la présence des filtres passe-bas PB1 et PB2. On remarquera également que cette augmentation de puissance est obtenue à faible frais étant donné qu'elle ne nécessite que la mise en oeuvre d'un haut-parleur supplémentaire (HP5) et de filtres passe-bas (PB1J PB2) Les autres modifications résultant d'une simple inversion de branchement, d'une part à l'entrée de l'un des amplificateurs S1 ou 522 d'autre part sur l'un des connecteurs de branchement B1 ou B2 afin de rétablir la phase originelle dans les haut-parleurs HBl2 HB2, HB3 et HB4 pour le fonctionnement indépendant de chacune des voies stéréophoniques. En outrez on remarquera que cette augmentation de puissance aux fréquences basses peut être obtenue en mettant en oeuvre des amplificateurs à caractéristique linéaire de phase et à réponse amplitude-fréquence constante. également, la réalisation suivant l'invention permet d'effectuer une balance de chacune des deux voies à l'aide du potentiomètre P5 situé à l'entrée des amplificateurs S1 et S2, de façon qu'il n'affecte pas la puissance disponible. Cette réalisation suivant l'invention est compatible avec les accessoires existants du fait que pour l'essentiel elle se résume à une inversion de branchement la transformation de l'appareil existant, tel que auto-radioO pourra par ailleurs être réalisée simplement et rapidement en confectionnant des sousensembles additionnels embrochables sur les appareils existants à l'intérieur ou à I'extérieur, ces sous-ensembles comprenant des organes assurant le dépannage2 la protection, la répartition des haut-parleurs et le filtrage Suivant l'exemple de réalisation de la figure 3, on a représenté un amplificateur radiophonique dont chacune des voies gauche et droite présente deux circuits affectés l'un à une audition avant (AVG et AVD) et l'autre à une audition arrière (ARG et ARD). Pour la voie stéréophonique de gauche, il est donc prévu un circuit avant gauche AVG comprenant un amplificateur opérationnel S1 et un haut-parleur HP1 et un circuit arrière gauche comprenant l'amplificateur Sll et le haut-parleur HPll. La balance entre ces deux circuits gauche, qui sont donc en phase, est assurée par le potentiomètre P6 dont les deux extrémités sont reliées aux entrées 2 des amplificateurs S1 et S11, Pour la voie stéréophonique de droite, l'installation comprend un circuit avant AVD pourvu de l'amplificateur S2 et du haut-parleur HP3 et un circuit arrière ARD pourvu de l'amplificateur S22 et du haut-parleur HP32 la balance entre ces deux circuits qui sont en phase étant obtenue par le potentiomètre P7. Egalement, comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1, une double inversion de phase est réalisée dans l'une des voies par rapport à l'autre, et cela dans les deux circuits avant et arrière, ce qui se remarque par l'inversion des branchements des entrées des amplificateurs et des connecteurs des hautparleurs. Conformément à l'invention, chaque circuit d'une voie est relié par un haut-parleur au circuit de l'autre voie dont les signaux sont déphasés de 180 de façon que ces haut-parleurs HP6 et HP7 soient alimentés également par des signaux d'amplitude double et donc de puissance multipliée par quatre par rapport aux haut-parleurs HP1, HP3, HPll et HP31 de chacun des circuits de deux voies. Ainsi, le circuit avant gauche AVG de la voie gauche est relié par le haut-parleur HP7 au circuit arrière droit ARD dont les signaux sont déphasés de 1800. De même, le circuit avant'droit AVD est relié par le haut-parleur HP6 au circuit arrière gauche ARG dont les signaux sont déphasés de 1800. Par ailleurs, chacun des haut-parleurs HP6 et HP7 comporte en série un filtre passe-haut, schématisé par les condensateurs C5 et C6 afin de spécialiser en fréquences ces deux hautparleurs HP6 et HP7. L'amplificateur stéréophonique de la figure 3 comporte donc des réglages indépendants de tonalité et de puissance pour chacune des voies par les potentiomètres P1 et P3, respectivement P2 et P4, un potentiomètre P5. pour la balance des deux voies comprenant chacune les deux circuits AVG, ARG et AVD, ARD, ainsi que deux potentiomètres P6 et P7 pour la balance avant arrière de chacune des voies gauche et droite. Sur le diagramme de la figure 4, on remarque ainsi que la puissance de l'amplificateur aux fréquences élevées (courbe 5) est augmentée du fait que les haut-parleurs HP6 et HP7 sont spécialisés aux fréquences élevées par les filtres C5, C6, tandis que la puissance disponible aux fréquences basses est elle-m8me augmentée (voir courbe 4) du fait de la présence des haut-parleurs HP5 et HP51 qui sont spécialisés aux fréquences basses par les filtres PB1, PB2 et PBPll, PB21. On constate donc que la combinaison des courbes 4 et 5 est une courbe qui est inverse de la courbe 6 qui représente la courbe auditive d'une oreille humaine de façon à rétablir, pour l'oreille, l'équilibre de puissance aux diverses fréquences. REVENDICATIONS 10) Perfectionnements aux amplificateurs audiofréquence, notamment pour auto-radio comportant deux voies, dénommées l'une voie gauche, l'autre voie droite, ayant chacune au moins un amplificateur relié à au moins un haut-parleur, perfectionnements caractérisés en ce qu'ils comportent un moyen réalisant un déphasage de 1800 des signaux des deux voies et en ce qu'un haut-parleur supplémentaire relié à un filtre passe-bas est branché entre les deux voies pour être alimenté par les signaux déphasés de 1800. 20) Perfectionnements conformes à la revendication 1, caractérisés en ce que l'une des voies comporte un moyen réalisant un déphasage de 1800 des signaux de cette voie et en ce que le branchement du haut-parleur de cette voie est inversé par rapport au branchement du haut-parleur de l'autre voie, le haut-parleur supplémentaire étant relié par l'une de ses bornes entre le moyen déphaseur et le haut-parleur de cette voie. 30) Perfectionnements conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que le moyen réalisant le déphasage de 1800 des signaux des deux voies est constitué par des amplificateurs opérationnels à branchements inversés insérés dans chacune des voies. 40) Perfectionnements conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que le filtre passe-bas relié au haut-parleur supplémentaire est constitué de deux éléments de filtre passe-bas insérés chacun dans l'un des conducteurs d'alimentation du haut-parleur supplémentaire. 50) Perfectionnements conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que chaque voie gauche et droite comporte deux circuits comprenant chacun au moins un amplificateur et au moins un haut-parleur et dénommés l'un circuit avant, l'autre circuit arrière, un circuit d'une voie étant relié par un haut-parleur au circuit de l'autre voie dont les signaux sont déphasés de 1800. 60) Perfectionnements conformes à la revendication 5, caractérisés en ce qu'un filtre passe-haut est disposé en série avec chaque haut-parleur reliant le circuit d'une voie au circuit déphasé de l'autre voie. 70) Perfectionnements conformes à la revendication 6, caractérisés en ce que les deux amplificateurs de chaque voie sont reliés aux extrémités d'un potentiomètre.