Brevet FR2480439A1 — publié le 19811016

24bO439 L'invention concerne un appareil pour mesurer la distor- sion intermodulation et en particulier un analyseur d'inter- modulation dont la sortie est commutée automatiquement selon le type d'essai de distorsion d'intermodulation en cours. On peut définir l'intermodulation comme étant la génération, dans un élément de circuit non-linéaire, de fréquences corres- pondant aux fréquences résultantes et différentielles des fon- damentales et harmoniques de deux ou d'un plus grand nombre de fréquences qui sont transmises à travers l'élément considéré. Ainsi, lorsqu'on applique deux fréquences à l'entrée d'un dis- positif à audiofréquence, non seulement les fréquences fonda- mentales apparaissent à la sortiemais aussi des fréquences résultantes et différentielles qui, en principe, ne sont pas en rapport harmonique avec les fréquences fondamentales. Plusieurs procédés techniques et différents instruments ont été mis au point pour mesurer la distorsion intermodulation. Deux des méthodes d'essai les plus largement répandues sont celles élaborées respectivement par la SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) et par la CCIF (International Telephonic Consultative Committee). Il semble que la méthode d'essai de la SMPTE a été intro- duite aux Etats-Unis par Frayne et Scoville (cf. Frayne, J.G. et Scoville, R.R. "Analysis and Measurement of Distortion in VariableDensity Recording", J. S.M.P.T.E., 32 (Juin 1939, pp. 648-673) qui ont étudié l'évaluation de la distorsion de l'en- registrement à densité variable du son sur la bande 8sonore Au films. Le signal d'essai utilisé dans cette méthode SMPTE est une tonalité bassefréquence (entre 40 Hz et 100 Hz) et une tonalité haute-fréquence (entre 1 000 Hz et 12 000 Hz), addi- tionnées dans un rapport d'amplitude de 4: 1. On utilise oc- casionnellement d'autres rapports d'amplitude. L'essai selon la méthode CCIF introduite en 1933 par von Braunmuhl et Weber (cf. von Braunmuhl, H.J. et Weber, W. "Nichtlineare Verzerrungen von Mikrophonen", Elektrotechnische Zeitschrift, Vol. 54 (Nov. 1933)), diffère de l'essai selon la méthode SMPTE en ce qu'on applique au dispositif à tester deux signaux de meme amplitude et très rapprochés en fréquen- ce. La non-linéarité du dispositif soumis à l'essai engendre des produits d'intermodulation entre les deux signaux, que 248O439 -2- l'on mesure ensuite. Pour le cas caractéristique de signaux d'entrée de 14 kHz et 15 kHz, les composants d'intermodula- tion se situent à 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, etc. et 13 kHz, 16 kHz, 12 kHz, etc. Un ordre pair ou des distorsions asymétriques en- gendrent des composants basse-fréquence, tandis qu'un ordre impair ou des distorsions symétriques engendrent des compo- sants de fréquence proche des signaux d'entrée. En général, on ne mesure que des composantsde fréquence d'ordre pair. On a conçu des instruments capables d'exécuter des essais d'intermodulation tant selon la méthode SMPTE que selon la méthode CCIF. Ces analyseurs nécessitent cependant la présen- ce d'un opérateur pour effectuer la commutation manuelle en- tre les deux types d'essai. Suivant la présente invention, il est prévu un appareil qui détermine automatiquement si le signal d'essai d'inter- modulation présent est un signal SMPTE ou un signal CCIF, afin de commuter le circuit de sortie d'un analyseur de dis- torsion intermodulation selon le mode approprié. La méthode d'essai SMPTE utilise une tonalité basse-fréquence et une to- nalité haute-fréquence. La distorsion non-linéaire dans l'ap- pareil soumis cà l'essai se traduit par des bandes latérales sur la tonalité haute-fréquence. La méthode d'essai CCIF uti- lise deux tonalités haute-fréquence afin que la distorsion non-linéaire engendre un signal selon la différence qui exis- te entre les deux fréquences. Si on analyse les spectres de fréquence des signaux d'es- sais effectués selon les méthodes respectives SMPTE et CCIF, on constate toujours la présence d'une quantité importante d'énergie basse-fréquence dans le signal SMPTE. Toutefois, la seule situation dans laquelle une quantité considérable d'énergie basse-fréquence est présente dans le signal CCIF est celle créée par une forte distorsion (c'est"à-dire supé- rieure à 30% ou -lb dB). Par conséquent, les mesures de dis- torsion sont limitées à moins de 30% et l'énergie basse-fré- quence est mesurée et comparée avec une valeur de référence. Si la teneur en énergie basse-fréquence est supérieure au ni- veau de référence, on en déduit qu'il s'agit d'un essai selon la SMPTE, sinon il s'agit d'un essai selon le CCIF. La compa- raison s'effectue grâce à un comparateur qui commande un dis- 3 4 3 positif de commutation afin de réaliser la commutation né- cessaire des circuits de sortie de l'analyseur de distorsion. Par conséquent, l'un des principautx buts de l'invention consiste à prévoir un analyseur de distorsion qui détermine automatiquement si c'est un signal d'essai SMPTE ou CCIF de distorsion intermodulation qui est présent à l'entrée de l'a- nalyseur. Un autre but de l'invention consiste à prévoir un appareil capaFble de commuter la sortie d'un analyseur de distorsion intermodulation selon le type de signal d'entrée qui lui est appliquée Ces différents butsr avantages et fonctions propres de la presente invention, ainsi que d'autres encores ressortiront plus clairement au cours de la lecture de la description qui suit d'un mode przer& de réalisation de l'invention, étant cependant entendu que ce mode de réalisation n'est donné qu'à titre d'e-xmpe nonlimitatifm Sur le dessin annexé Lt FIGURE 1 montre le schéma synoptique du mode préféré de réalisation de l'invention- La FIGURE 2 montre le spectre partiel des fréquences du signal d'essai SMPTE tel qu'il peut apparaitre sur l'écran d'affichage d'un analyseur de spectre, et La FIGURE 3 montre le spectre partiel des fréquences du signal d'essai CCIF tel qu'il peut apparaitre sur l'écran d'affichage d'un analyseur de spectre. Si l'on se reporte au dessin, on voit sur la Figure 1 un schéma synoptique d'un analyseur de distorsion intermodula= tion réalisé conformément aux principes de l'invention. Le signal d'entrée de l'analyseur d'intermodulation de la Figure 1 est le signal de sortie de l'appareil, élément ou équipement à soumettre a l'essai. Autrement dit, le signal d'entrée est le résultat du passage du signal d'essai soit selon la méthode SMPTE, soit selon la méthode CCIF, à tra- vers l'appareil, élément ou équipement à tester. Ce signal d'entrée est d'abord appliqué à l'amplificateur d'entrée 10. Le signal de sortie à sens unique de l'ampificateur 10 est orienté dans deux directions distinctes. L'une des voies qu'emprunte le signal à la sortie de l'am- plificateur 10 aboutit au démodulateur 30 en passant par le -4- filtre passe-haut 20. Le niveau de la porteuse du signal dé- modulé est fixé par le circuit de réglage de niveau 35. Ce circuit 35 peut etre conditué soit par un simple dispositif de réglage manuel (par exemple un potentiomètre), soit par un circuit de controle automatique, par exemple du genre dé- crit dans la demande conjointe de brevet intitulée "Analyseur Automatique de Distorsion Intermodulation", déposée par le meme Demandeur, et à laquelle il convient de se référer pour une meilleure compréhension de la présente invention. Le si- gnal démodulé est appliqué au filtre passe-bas 25. L'ensemble des composants précités (20, 30, 35 et 25) constitue un ana- lyseur intermodulation du type SMPTE. L'autre voie de sortie de l'amplificateur 10 aboutit à un filtre passebas 60 en passant par un circuit de réglage de niéeau 50 qui peut etre de tout type classique connu. Ces com- posants 50 et 60 constituent un analyseur intermodulation CCIF. La sortie du filtre passe-bas 60 est appliquée au pole B d'un commutateur bipolaire à une direction 90 et la sortie du filtre passe-bas 25 est appliquée à l'autre pole A de ce com- mutateur. Ce dernier peut etre par exemple du type électro- nique, tel qu'un commutateur du type CMOS ou à transistors, ou encore un relais du genre représenté Figure 1, ou tout au- tre moyen équivalent de commutation. En plus d'etre reliée au pole B du commutateur 90, la sortie du filtre passe-bas 60 l'est au comparateur 70 en passant par un redresseur 80. L'au- tre entrée du comparateur 70 est reliée à une source ou à un autre niveau de référence d'énergie basse-fréquence avec le- quel on effectue la comparaison de la sortie du filtre passe- bas 60. Si la sortie de ce filtre passe-bas 60 est inférieure au signal de référence, le commutateur 90 relie à l'aide de l'enroulement 75 la sortie du filtre passe-bas 60 à l'ampli- ficateur de distorsion 40. Cependant, si la sortie du filtre passe-bas 60 est supérieure au signal de référence, le com- mutateur 90 relie la sortie du détecteur de modulation d'am- plitude 30 à l'amplificateur de distorsion 40. Le composant de distorsion ainsi amplifié est alors appliqué au détecteur de valeur efficace et dispositif d'affichage ou de lecture , o la valeur efficace de la distorsion est mesurée et affichée en pourcentage ou lue en dB. -5_ Avant de poursuivre la description du mode de fonctionne- ment de l'analyseur suivant la présente invention, il semble utile de-décrire brièvement les fréquences impliquées respec- tivement dans les essais SMPTE et CCIF, Pour deux fréquences f et f2' les produits d'intermodulation seront composés de termes du second ordre (fl + f2) et (f - f2) de termes du troisième ordre (2f1 + f2), 2f1 - f2), (fl + 2f2) et (f1 - 2f2), et ainsi de suite, pour les fréquences résultantes et différentielles supérieures. La Figure 2 montre une partie du spectre des fréquences, tel qu'il apparait à l'entrée de l'amplificateur 10 lorsqu'on applique le signal d'essai suivant la méthode SMPTE à l'appa- reil ou équipement à tester; des fréquences fondamentales de Hz et 7 000 Hz ne sont utilisées qu'à titre d'illustra- tion. Les autres sont des fréquences résultantes et diffé- rentielles engendrées à l'intérieur de l'appareil soumis à l'essai. On remarquera que la fréquence fondamentale infé- rieure fl est prise en tant qu'amplitude à 100% et que toutes les- autres fréquences sont portées sur le diagramme en fonc- tion de cette fréquence. L'amplitude de la fréquence fondamen- tale f2 est inférieure de 12 dB, ce qui correspond au niveau d'amplitude de 25%. Il s'agit là du rapport d'amplitude cité plus haut, c'est-à-dire de 4: 1. L'amplitude des fréquences résultantes et différentielles dépend de la quantité de dis- torsion intermodulation présente dans l'appareil ou l'équipe- ment soumis à l'essai. Le pourcentage d'intermodulation se rapporte à l'amplitude du signal haute-fréquence. D'autres fréquences supérieures et inférieures à f2 seront engendrées mais elles ont été omises du diagramme de la Figure 2 pour plus de clarté. L'essai selon le procédé CCIF utilise deux fréquences fon- damentales fl et f2 comme dans l'essai selon la méthode SMPTE; toutefois, f1 et f ont la meme amplitude avec une fréquence 1 2 différentielle située quelque part entre 30 et 1 000 Hz. Des produits d'intermodulation sont engendrés dans l'appareil à tester, entre chaque fréquence fondamentale et la seconde har- monique de l'autre fréquence fondamentale. La Figure 3 montre une partie du spectre des fréquences, tel qu'il apparait à l'entrée de l'amplificateur 10 lorsqu'on applique le signal 248O43.P 6- d'essai CCIF à l'appareil en cours d'essai. On utilise des fréquences fondamentales de 14 000 et 15 000 Hz, mais uni- quement à titre d'illustration. Les fréquences représentées sont les fréquences résultantes et différentielles produites par l'appareil soumis au test. On peut constater que les fré- quences f1 et f2 se trouvent toutes deux au niveau de 100% d'amplitude. L'amplitude des autres fréquences dépend de la quantité de distorsion d'intermodulation qui existe dans l'ap- pareil soumis à l'essai. Si l'on compare les spectres des signaux respectivement SMPTE et CCIF, on constate qu'il y aura toujours une quantité considérable d'énergie bassefréquence (moins de 10 000 Hz, par exemple) présente dans les signaux selon l'essai SMPTE. Le seul instant o l'on pourrait constater une quantité im- portante d'énergie basse-fréquence dans le spectre CCIF se- rait quand il y a une distorsion grossière dans l'appareil à tester. Par conséquent, si la partie CCIF de l'analyseur n'est jamais requise pour mesurer une distorsion supérieure à envi- ron 30% ou -10 dB, l'énergie basse-fréquence peut etre détec- tée et comparée à une valeur de référence, comme le montre la Figure 1. Dans l'application pratique de l'invention, le signal de sortie de l'appareil en cours d'essai est amplifié jusqu'à un niveau déterminé par l'amplificateur 10 avant d'être ap- pliqué tant à un analyseur SMPTE qu'à un analyseur CCIF. L'a- nalyseur SMPTE comprend un filtre passe-haut 20, un démodula- teur 30, un circuit de réglage de niveau 35 et un filtre pas- se-bas 25. Pour mesurer les produits d'intermodulation dus au signal SMPTE, il convient d'extraire le composant basse-fré- quence f1 du signal. On obtient cela grace au filtre passe- haut 20. La sortie de ce filtre 20 constitue ce qu'on peut appeler la porteuse et ses bandes latérales résultantes. Cette porteuse est ensuite démodulée par le démodulateur 30. Le ni- veau de la porteuse est réglé soit automatiquement, soit ma- nuellement pour atteindre le niveau de 100%.Cela permet de lire l'analyseur directement en pourcentage de modulation. La sortie du démodulateur est dirigée à travers le filtre passe- bas 25 qui supprime la porteuse et transmet l'enveloppe de mo- dulation au détecteur et lecteur 100 de valeur efficace en passant par l'amplificateur de distorsion 40 si le commuta- teur 90 est sur la position A. L'analyseur CCIF comprend un circuit de réglage de niveau et un filtre passe-bas 60. Le circuit 50 règle effective- ment le ni-veau 100%, ce qui permet une lecture directe de la modulation en pourcentage. Le signal est filtré par le fil- tre passe=bas 60 et appliqué au détecteur et lecteur 100 de la valeur efficace2 à travers l'amplificateur de distorsion , lorsque le commutateur 90 est sur la position B. La sortie du filtre passe-bas 60, qui est essentiellement constituée par les composants de faible fréquence différen- tielle produite par des distorsions asymétriques d'ordre pair produites dans 15appareil ou l'élément soumis à l'essais, est aussi redressée par une diode 80 et appliquée- à une entrée du coî parateur 70. L'autre entrée de celui-ci est constituée par un niveau de r6éfrence 95 représentatif de la teneur caracté- ristique en &nergie basse-fréquence d'un signal d'essai d'in- termcdu!ation selon la méthode SMPTE. Si le signal en prove- nance du filtre passe-bas 60 est supérieur au niveau de réfé- rence 95, la sortie du comparateur 70 fait passer le commuta- teur 90, grace à 'enroulement 75, sur sa position B, ce qui assure le commutation du filtre passe-bas 60 sur l'entrée de l'amplificateur de distorsion 40. Toutefois2 si le signal du filtre passe-bas 60 est supérieur au niveau de référence 95, la sortie du comparateur 70 fait passer le commutateur 90, toujours grace à l'enroulement 75, sur la position A, ce qui produit la commutation de la sortie du filtre passebas 25 sur l'entrée de l'amplificateur de distorsion 40. Ce dernier amplifie alors le signal de distorsion avant qu'il soit mesu- ré par un détecteur de valeur efficace et affiché sur l'écran de lecture. Cet instrument peut etre étalonné en pourcentage de modulation ou en dB. L'utilisation d'un détecteur à lec- ture de moyenne au lieu d'un détecteur de valeur efficace peut etre envisagée dans certains cas. D'après ce qui précède, il est clair que la présente inven- tion permet de réaliser un appareil d'un type nouveau et per- fectionné pour la sélection automatique du circuit de sortie d'un analyseur d'intermodulation bivalent. Cependant, on peut souligner le fait que l'on a volontairement omis dans la des- 24ffO439 -8 - cription qui précède l'inclusion de quantités importantes de détails et d'indications specifiques relatives à des no- tions telles que la temporisation et la polarisation, atten- du qu'elles sont bien connues des spécialistes dans l'art. Il convient également de souligner le fait que le mode particu- lier de réalisation de l'invention décrit et représenté ici ne l'est qu'à titre d'illustration et non de limitation; par conséquent, de nombreuses variantes et modifications pourront venir à l'esprit des techniciens avertis sans qu'ils s'écar- tent cependant des principes de base de l'invention. -9 - REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Appareil pour déterminer automatiquement le pourcen- tage de distorsion intermodulation présen dans un disposi- tif testé en utilisant des signaux soit selon la méthode d'essais de la SMPTE, soit selon la méthode d'essais du CCIF, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: a) un moyen amplificateur d'entrée (10) pour recevoir le signal d'essai en provenance du dispositif à tester; b) un analyseur de distorsion intermodulation (20, 25, 30 et 35) suivant la méthode SMPTE, dont une entrée est reliée audit moyen amplificateur (10); c) un analyseur de distorsion intermodulation (50, 60) suivant la méthode CCIF, dont une entrée est reliée audit moyen amplificateur (10); d) un commutateur (90) pour assurer la commutation entre la sortie de l'analyseur de distorsion intermodulation selon la méthode SMPTE et la sortie de l'analyseur de distorsion in- termodulation selon la méthode CCIF; e) un moyen (70) pour comparer la teneur en énergie basse- fréquence dudit signal d'essai avec un niveau de référence (95) représentant la teneur en énergie d'un signal d'essai SMPTE, ce moyen comparateur étant relié à une borne de comman- de dudit commutateur (90). 2. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen amplificateur de distorsion (40) pour amplifier la sortie dudit commutateur, et un détec- teur et moyen d'affichage (100) de valeur efficace, relié à une sortie dudit amplificateur de distorsion pour détecter et afficher le pourcentage d'intermodulation. 3. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit commutateur comprend un relais (75). 4. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit commutateur est du type CMOS. 5. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit analyseur de distorsion intermodulation selon la méthode CCIF comprend: a) un moyen de réglage du niveau (50) branché de manière à pouvoir recevoir la sortie dudit moyen amplificateur (10) afin pour régler en conséquence le niveau du signal d'essai, et 24O80439 - 10 - b) un filtre passe-bas (60) pour filtrer et éliminer la composante hautefréquence du signal d'essai, la sortie de ce filtre passe-bas (60) étant reliée audit moyen compara- teur (70) et audit commutateur (9o). 6. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit analyseur de distorsion intermodulation selon la méthode SMPTE comprend: a) un filtre passe-haut (20) branché de façon à pouvoir recevoir la sortie dudit moyen amplificateur (10) afin d'ex- traire et éliminer la composante basse-fréquence du signal d'essai; b) un moyen de démodulation (30) pour démoduler la sor- tie dudit filtre passe-haut, et c) un filtre passe-bas (25) pour éliminer les composants haute-fréquence de la sortie dudit moyen démodulateur, ce filtre passe-bas étant relié audit commutateur (90). 7. Appareil selon la Revendication 6, caractérisé en ce que ledit analyseur de distorsion intermodulation selon la méthode SMPTE comprend en outre un moyen de réglage du ni- veau (35) qui sert à régler le niveau de la porteuse du si- gnal d'essai. 8. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen amplificateur de distorsion (40) pour amplifier la sortie dudit commutateur (90).