Brevet FR2514595A1 — publié le 19830415

POSTE TELEPHONIQUE "MAINS LIBRES" A GAINS COMMUTABLES SUR LES DEUX VOIES DE PAROLE. L'invention concerne un poste téléphonique "mains li- bres" dans lequel, entre une borne de la voie émission et une borne de la voie réception, se trouve formé un premier trajet comportant au moins le circuit de couplage avec la ligne d'abonné et un amplificateur à gain réglable, un deuxième trajet étant connecté entre les deux bornes du premier trajet et comportant au moins un autre amplificateur à gain ré- glable commandé par un régulateur linéaire de façon à maintenir cons- tant son signal de sortie en fonction de son signal d'entrée, le gain dudit amplificateur du premier trajet étant asservi sur le gain dudit amplificateur du deuxième trajet, des moyens d'amplification et/ou d'at- ténuation étant prévus dans l'un et/ou l'autre trajet pour que le gain dans le deuxième trajet reste supérieur au gain dans le premier trajet dans la bande de fréquences o des oscillations de boucle peuvent se pro- duire. Dans un tel poste téléphonique décrit dans la demande de brevet français 81 09 190 déposée le 8 mai 1981, au nom de la deman- deresse, des oscillations entretenues d'amplitude contrôlée par le régu- lateur linéaire de façon à être non gênantes et en particulier inaudi- bles, se produisent dans la boucle comprenant le trajet acoustique entre le haut-parleur et le microphone du poste et-se refermant par le deuxiè- me trajet précité; en même temps, on empêche de se produire des oscil- lations entretenues gênantes, dites oscillations de Larsen, dans la bou- cle électroacoustique se refermant par le premier trajet comprenant le circuit de couplage du poste, par suite d'imperfections de ce circuit de couplage ou par suite d'un couplage acoustique dans le poste d'abonné- distant. Dans d'autres postes téléphoniques "mains libres", par exemple celui décrit dans le brevet français 2 376 576, pour évi- ter la naissance d'oscillations de Larsen gênantes, on utilise un pro- cédé différent utilisant la commutation de gain par la parole et né- cessitant généralement une détection des signaux de parole dans la voie émission et dans la voie réception du poste pour déterminer la voie o le signal de parole est le plus élevé; une commande d'augmentation de gain est effectuée dans cette voie et une commande de diminution de gain est effectuée dans l'autre voie, ces deux variations de gain étant complémentaires pour que le gain total dans la boucle o les oscilla- tions de Larsen peuvent se produire reste inférieur à un. Bien que le système décrit dans la demande de brevet précitée N O 81 09 190 n'utilise pas la commutation de gain par la paro- le pour éviter les oscillations de Larsen gênantes, il peut être utile, pour d'autres raisons, d'effectuer une commutation de gain manuelle ou commandée par la parole Par exemple, lorsque le poste "mains libres" est utilisé dans un local très bruyant, on peut avoir intérêt à ren- forcer le gain de la chaîne réception, afin d'avoir une écoute plus confortable, et à diminuer le gain de la chaîne émission, quitte à par- 1 er plus fort ou plus près devant le microphone Cette commutation de gains peut être mise en route manuellement ou directement commandée par la parole Dans cette deuxième hypothèse, lorsqu'on ne parle pas devant le poste "mains libres", le gain de la chaîne réception doit être augmenté, ce qui rend l'écoute plus confortable, et le gain de la chaîne émission doit être diminué, ce qui évite au correspondant d'en- tendre à niveau relativement fort le bruit ambiant du local dans le- quel est placé le poste "mains libres" Par contre, dès que l'on parle devant le poste "mains libres", les gains des chaînes émission et ré- ception doivent reprendre leurs valeurs nominales. Or le système décrit dans la demande de brevet N O 81 09 190 permet, de façon inattendue, la mise en oeuvre d'un moyen extrêmement simple pour effectuer ces commutations de gains. Selon une première alternative de l'invention, si l'am- plificateur à gain réglable du premier trajet est disposé sur la voie réception, un troisième amplificateur à gain réglable est disposé sur 14595 la voie émission entre le microphone et la borne d'entrée commune au premier et au deuxième trajet, lesdits moyens d'amplification et/ou d'atténuation sont ajustés de façon que la boucle électroacoustique se refermant par le deuxième trajet soit en permanence le siège d'oscilla- S tions non gênantes de faible amplitude, une variation provoquée du gain dudit troisième amplificateur déterminant une variation de gain en sens inverse dans la voie réception. Si les amplificateurs à gain réglable du premier trajet et du deuxième trajet sont identiques et commandés par le même signal, 1 l on obtient des variations de gain exactement complémentaires dans la voie émission et dans la voie réception, en commandant seulement une variation de gain du troisième amplificateur de la voie émission. Selon une autre alternative de l'invention, si l'ampli- ficateur à gain réglable du premier trajet est disposé sur la voie émission, le troisième amplificateur à gain réglable est disposé sur la voie réception entre la borne de sortie commune au premier et au deu- xième trajet, et le haut-parleur Dans les mêmes conditions que dans la première alternative, on peut alors obtenir des variations de gain exactement complémentaires dans la voie émission et dans la voie récep- tion, en commandant seulement une variation de gain du troisième ampli- ficateur de la voie réception. Dans les deux alternatives de l'invention, on peut ef- fectuer une commutation automatique des gains dans les deux voies en utilisant un détecteur du signal de parole du microphone, pour comman- der la variation de gain du troisième amplificateur. Pour ne pas alourdir la description détaillée de l'in- vention, on se place par la suite dans le cas de la première alternati- ve de l'invention, c'est-à-dire substantiellement dans le cas o l'am- plificateur à gain réglable du premier trajet est disposé sur la voie réception et o le troisième amplificateur à gain réglable est disposé sur la voie émission, à l'endroit indiqué ci-dessus A partir de cette description, les changements à effectuer pour obtenir la deuxième al- ternative n'offrent pas de difficulté pour le spécialiste. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. 14595 La figure 1 représente un schéma du poste téléphonique "mains libres" conforme à l'invention. La figure 2 montre la caractéristique du régulateur li- néaire utilisé dans ce poste. Dans le poste téléphonique "mains libres" de la figure 1, on a représenté le circuit de couplage l qui couple la ligne télé- phonique 2, d'une part à la voie émission 3 du poste munie du mitropho- ne 4 et d'un amplificateur de microphone 5, et d'autre part à la voie réception 6 du poste munie de l'amplificateur d'écoute 7 et du haut- parleur 8 Entre le haut-parleur et le microphone, il existe un certain couplage acoustique caractérisé par un coefficient de couplage B étant l'atténuation de la puissance acoustique émise par le haut-par- leur et atteignant le microphone. Par suite des imperfections inévitables du circuit de couplage 1 et/ou par suite d'un couplage acoustique dans le poste télé- phonique distant, une fraction du signal apparaissant sur la voie émis- sion 3, en provenance du microphone 4, peut se retrouver sur la voie réception 6 Quelle que soit l'origine du couplage intempestif entre la voie émission et la voie réception du poste, on peut définir un dispo- sifit 9 inséré entre ces deux voies et ayant un gain G défini comme le module du rapport entre le signal apparaissant sur la voie émission 3 et le signal en résultant, apparaissant sur la voie réception 6 On ne change rien à la généralité de la définition de ce dispositif 9, si l'on y insère en série avec le circuit de couplage 1, un amplificateur 10, le gain G 1 incluant alors le gain de cet amplificateur ID. Le couplage acoustique entre le haut-parleur 8 et le microphone 4 et le couplage engendré intempestivement par le circuit de couplage 1 entre les voies émission 3 et réception 6 du poste détermi- nent une boucle électroacoustique dans laquelle peuvent prendre nais- sance des oscillations si le gain de la boucle est supérieur ou égal à un Ces oscillations ont une fréquence indéterminée, située dans la bande passante des éléments inclus dans la boucle et une amplitude éle- vée qui n'est limitée que par la saturation des éléments de la boucle. Pour éviter ces oscillations de Larsen intempestives, pouvant rendre pratiquement impossible l'usage du poste, la demande de brevet no 81 09 190 propose le dispositif décrit ci-après Un amplifi- 14595 cateur 11 de gain g 1 réglable est inséré dans la voie réception 6 du poste Aux bornes A et B d'un premier trajet C 1 incluant le dispositif 9 et l'amplificateur 11 à gain réglable, est connecté un deuxième tra- jet dans lequel sont insérés en cascade un amplificateur 14 de gain G 2 un amplificateur 12 de gain 92 réglable et un circuit atténuateur 15, de gain A Le gain g 2 de l'amplificateur 12 est commandé par le régu- lateur linéaire 13 qui reçoit le signal de sortie W de l'amplificateur 12 et qui fournit un signal Vg 2 de commande de gain, de façon à mainte- nir constant le niveau de ce signal de sortie W au-delà d'une certaine valeur de son signal d'entrée x La figure 2 représente la caractéris- tique du signal de sortie W en fonction du signal d'entrée x de l'am- plificateur 12 commandé de cette manière Au-delà d'une valeur x du signal d'entrée x, le signal de sortie W reste constant et égal à une valeur W Pour une valeur x > x 0, le point de fonctionnement de l'am- plificateur s'établit en M et le gain de l'amplificateur 92 = x dimi- nue quand x augmente. L'amplificateur Il du premier trajet C 1 est commandé par un signal de commande de gain v l issu du régulateur 13 de façon que son gain 91 soit asservi sur le gain 92 de l'amplificateur 12 du deuxième trajet C 2 Le gain g 1 de l'amplificateur 11 est alors à chaque instant proportionnel au gain 92 de l'amplificateur 12 Si ces deux am- plificateurs 11 et 12 sont construits de la même manière, les deux si- gnaux de commande V gl et Vg 2 peuvent être égaux et peuvent provenir de la même sortie du régulateur 13 comme l'indique la figure 1; dans ce cas, les gains g 1 et 92 sont à chaque instant égaux. Pour éviter des oscillations de Larsen gênantes, la de- mande de brevet précitée N O 81 09 190 préconise que le gain dans le deuxième trajet C 2 reste supérieur au gain dans le premier trajet C 1 dans toute la bande de fréquences o des oscillations sont susceptibles de se produire On voit aisément d'après la figure 1 que cette-condi- tion peut s'écrire G 21 * 9 > G ( 1) Les gains variables g 1 et 92 restant égaux ou propor- tionnels, si l'on se fixe le gain G 1 du dispositif 9 et le gain 1 de l'atténuateur 15, cette condition ( 1) peut être aisément respectée en ajustant le gain G 2 de l'amplificateur 14. Pour montrer que les oscillations de Larsen gênantes - produites par le couplage acoustique entre le haut-parleur 8 et le mi- crophone 4, peuvent alors être évitées, il est commode de définir le gain G d'un circuit électroacoustique 16 comprenant le haut-parleur 8 et son amplificateur 7, le microphone 6 et son amplificateur 5, enfin le trajet acoustique entre haut-parleur et microphone, défini par le coefficient de couplage ô Ce gain G peut se définir comme le module du rapport entre le signal v appliqué à l'amplificateur 7 et le signal u en résultant à la sortie de l'amplificateur 5. Des oscillations entretenues ne peuvent prendre naissan- ce que dans la boucle auxiliaire constituée par le circuit élect-roacous- tique 16 refermé sur le deuxième trajet C 2, puisque, d'après la condi- tion ( 1), le gain dans ce deuxième trajet C 2 reste toujours supérieur au gain dans le premier trajet C 1 La présence ou non d'oscillations entretenues dans cette boucle auxiliaire dépend du gain total dans cette boucle, qui peut être exprimé par le produit G Q 2 G 192- On n'a pas d'oscillations dans la boucle auxiliaire et, a fortiori, pas d'oscillations dans la boucle principale constituée par le circuit 16 refermé sur le trajet C 1, si le gain dans la boucle auxi- liaire est inférieur à 1, c'est-à-dire i: G.G 1 9 Ceci se produit pratiquement quand le coefficient de couplage acousti- que S entre microphone et haut-parleur est faible, puisque le gain G $ 1 est proportionnel à ce coefficient - Si le coefficient de couplage acoustique augmente, le gain G augmente et, au-delà d'une certaine valeur de ce coefficient, c'est-à-dire pratiquement au-dessous d'une certaine distance entre mi- crophone et haut-parleur, l'inégalité ( 2) n'est plus respectée Il en résulte la naissance d'oscillations entretenues dans la boucle auxiliai- re constituée par le circuit 16 refermé sur le deuxième trajet C 2 Ce régime d'oscillations étant établi, une augmentation du coefficient de couplage acoustique 1 produit une augmentation du signal x à l'entrée de l'amplificateur 12; cette augmentation du signal x produit, grâce 14595 au régulateur 13, une diminution du gain 92 de l'amplificateur 12, de façon que l'amplitude des oscillations à la sortie de cet amplifi- cateur reste limitée à la valeur W O Si le gain 1 du circuit atténua- A 2 teur 15 a été choisi suffisamment faible, le signal d'oscillations A 2 qui est appliqué au circuit électroacoustique 16 peut être suffisamment faible pour qu'aucun des éléments de la boucle, notamment les amplifi- cateurs 5 et 7, ne travaille en régime de saturation, et pour que ce signal soit inaudible pour un usager du poste à l'écoute au haut-par- leur 8 Pour ce régime d'oscillations, le gain total dans la boucle au- xiliaire s'établit à la valeur 1, c'est-à-dire que l'on peut écrire 2.A 2 92 = 1 ( 3) En même temps que se produit une diminution du gain 92 de l'amplificateur 11 (engendrée par une augmentation du coefficient de couplage il se produit une diminution égale ou proportionnelle du gain g 1 de l'amplificateur 11, ce qui permet de respecter en toutes circonstances la condition ( 1) Cette condition ( 1) étant respectée, le gain total dans la boucle principale constituée par le circuit 16 refermé sur le premier trajet C 1 reste toujours inférieur à 1, de sorte que ce premier trajet C 1 ne contribue pas à produire des oscillations de Larsen de forte amplitude et gênantes aux bornes du circuit électro- acoustique 16 Les seules oscillations pouvant être engendrées aux bor- nes du circuit 16 proviennent du second trajet C 2 dans lequel elles sont contrôlées et limitées en amplitude de façon à ne pas être gênan- tes. Pour éviter que les signaux de parole issus du micro- phone 4 ne traversent le deuxième trajet C dans lequel ils peuvent perturber la régulation de l'amplitude des oscillations par le régula- teur 13, il est avantageux de disposer sur le deuxième trajet C 2, avant l'amplificateur 12, un filtre 17 à bande passante très étroite Ce filtre a été représenté en trait pointillé Le gain G 2 inclut alors les gains de l'amplificateur 14 et du filtre 17 De cette manière le gain G 2 est augmenté sélectivement dans la bande passante du filtre 17 et les oscillations dans la boucle auxiliaire s'établissent pratiquement à la fréquence centrale de cette bande passante, quel que soit le cou- plage acoustique entre haut-parleur et microphone; en même temps, les 14595 signaux de parole dans le deuxième trajet ont un niveau très faible vis à vis des oscillations de boucle et ne perturbent pratiquement pas la régulation de l'amplitude de ces oscillations. La présente invention fournit un moyen simple pour réa- liser des variations de gain complémentaires dans les voies émission et réception d'un poste téléphonique "mains libres" utilisant le systè- me que l'on vient de décrire pour éviter les oscillations de Larsen gênantes. Dans les postes téléphoniques connus, pour obtenir des variations de gain complémentaires dans ces deux voies, il est néces- saire d'effectuer à l'aide d'un amplificateur de la voie émission, une variation de gain dans un sens et d'effectuer en même temps à l'aide d'un amplificateur de la voie réception une variation de gain de même amplitude, mais dans l'autre sens Pour effectuer une commutation de ces gains par la parole, on utilise souvent deux détecteurs de parole dont les signaux-de sortie sont utilisés pour la commutation de gain. La présente invention permet des variations de gain ri- goureusement complémentaires dans les deux voies du poste, en ne com- mandant le gain que d'un seul amplificateur Cet amplificateur est l'amplificateur 5 que l'on suppose maintenant à gain variable et qui est situé dans la voie émission entre le microphone 4 et l'entrée A commune au premier trajet C 1 et au deuxième trajet C 2 Comme le poste téléphonique envisagé est du type "mains libres", le microphone 4 et le haut-parleur 8 sont à une distance fixe l'un de l'autre et le coeffi- cient de couplage acoustique est pratiquement constant Dans ces con- ditions, le gain G du circuit électroacoustique 16 ne dépend pratique- ment que du gain variable A de l'amplificateur 5 Si, pour la valeur minimale du gain de l'amplificateur 5, c'est-à-dire la valeur minimale du gain G, on règle, comme on l'a déjà expliqué, le gain des éléments du deuxième trajet C 2 de façon que des oscillations entretenues non gê- nantes se produisent seulement dans la boucle auxiliaire constituée par le circuit 16 et le deuxième trajet, on est certain que ces oscilla- tions non gênantes se produisent aussi pour toutes les autres valeurs du gain A de l'amplificateur 5 Pour toutes les valeurs du gain A, le gain total dans la boucle auxiliaire reste égal à 1, ce qui est expri- mé par le formule ( 3) ci-dessus. 14595 Comme les oscillations traversant le circuit 16 ont une amplitude très faible, les éléments de ce circuit travaillent en régime linéaire et le gain G du circuit 16 est pratiquement proportion- nel au gain A En posant G = KA, K étant un coefficient fixe, la for- mule ( 3) peut donc s'écrire K.A g 2 VA 1 ( 4) Dans le cas o les deux amplificateurs 11 et 12, à gains réglables g 1 et 92 sont identiques et commandés par le même si- gnal, on a 91 = 92 et la formule ( 4) peut s'écrire K A-91 A = 1 ( 5) On en déduit qu'à toute variation provoquée du gain A de l'amplificateur 5 amplifiant le signal du microphone 4, correspond automatiquement une variation de même amplitude et de sens contraire du gain g 1 de l'amplificateur 11 amplifiant le signal reçu dans le poste. Dans le cas o l'asservissement des gains g 1 et g 2 est tel que g 1 = a 92 ' il est facile de voir qu'à toute variation du gain A de l'amplificateur 5, correspond dans la voie réception une variation de gain de sens contraire et d'amplitude divisée par a. On doit remarquer que pour obtenir des variations de gain de sens contraire dans les voies émission et réception on doit agir sur un amplificateur, tel que l'amplificateur 5, situé sur la voie émission entre le microphone 4 et la borne d'entrée A commune aux deux trajets C 1 et C 2 Une variation de gaineà un autre endroit de la voie d'émission, par exemple une variation de gain de l'amplificateur 10, ne produirait aucune variation de gain dans la voie réception De même, une variation provoquée du gain en un endroit quelconque de la voie ré- ception, par exemple une variation de gain de l'amplificateur 11 ou 7, ne produirait aucune variation de gain dans la voie émission. La variation du gain de l'amplificateur 5 peut être ef- fectuée de façon progressive ou par un saut entre deux valeurs de gain. Elle peut être commandée par exemple par un détecteur de signal de pa- role 40, pour réaliser automatiquement "la commutation de la parole" dans le poste Lorsqu'un abonné parle devant le microphone 4, sa paro- le détectée par le détecteur 40 sert à commander un gain normal de 14595 l'amplificateur 5 Il en résulte automatiquement pour l'amplificateur il un gain g 1 de faible valeur et donc un faible signal d'attaque du hautparleur 8 Lorsque l'abonné cesse de parler devant le microphone 4, le détecteur 40 commande un gain faible de l'amplificateur 5 Il en résulte automatiquement pour l'amplificateur Il un gain g 1 de valeur plus élevée qui détermine un signal d'attaque normal du haut-parleur 8. On peut bien entendu prévoir des réglages manuels à la disposition de l'abonné, pour lui assurer le meilleur confort d'écoute. Si l'on utilise la deuxième alternative de l'invention, l'amplificateur à gain réglable 1 l du premier trajet est disposé sur la voie émission 3 du poste et le troisième amplificateur à gain réglable peut être l'amplificateur 7 disposé entre le haut-parleur 8 et la borne de sortie B commune au premier et au deuxième trajet; pour la commuta- tion automatique de la parole, on peut utiliser le détecteur de parole 40, commandant le gain de l'amplificateur 7 Le fonctionnement du poste téléphonique dans le cas d'utilisation de la deuxième alternative de l'invention peut aisément être déduit de la description ci-dessus. 14595 REVENDICATIONS 1 Poste téléphonique "mains libres" dans lequel, entre une borne de la voie émission et une borne de la voie réception, se trouve formé un premier trajet comportant au moins le circuit de cou- plage avec la ligne d'abonné et un amplificateur à gain réglable dispo- sé sur la voie réception (ou la voie émission), un deuxième trajet étant connecté entre les deux bornes du premier trajet et comportant au moins un autre amplificateur à gain réglable commandé par un régulateur linéaire de façon à maintenir constant son signal de sortie en fonction de son signal d'entrée, le gain dudit amplificateur du premier trajet étant asservi sur le gain dudit amplificateur du deuxième trajet, des moyens d'amplification et/ou d'atténuation étant prévus dans l'un et/ou l'autre trajet pour que le gain dans le deuxième trajet reste supérieur au gain dans le premier trajet dans la bande de fréquences o des oscil- lations de boucle peuvent se produire, caractérisé en ce qu'un troisiè- me amplificateur à gain réglable est disposé sur la voie émission (ou la voie réception) entre le microphone (ou le haut-parleur) et la borne d'entrée (ou la borne de sortie) commune au premier et au deuxième tra- jet, en ce que lesdits moyens d'amplification et/ou d'atténuation sont ajustés de façon que la boucle électroacoustique se refermant par le deuxième trajet soit en permanence le siège d'oscillations non gênantes de faible amplitude, une variation provoquée du gain dudit troisième am- plificateur déterminant une variation de gain en sens inverse dans la voie réception (ou émission). 2 Poste téléphonique selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les amplificateurs à gain réglable du premier trajet et du deuxième trajet sont identiques et commandés par le même signal, de sorte que ladite variation de gain en sens inverse a la même amplitude que ladite variation de gain provoquée du troisième amplificateur. 3 Poste téléphonique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation du gain du troisième amplificateur est commandée par un détecteur du signal de parole engendré par le mi- crophone.