Brevet FR2586154A1 — publié le 19870213

SYSTEME D'EXPANSION DE LA BASE STEREO POUR APPAREILS DE DIFFUSION ACOUSTIQUE STEREOPHONIQUE La présente invention concerne un système d'expan- sion de la base stéréo pour appareils de diffusion acous- tique stéréophonique. Lorsque la distance entre les deux haut-parleurs d'un appareil de diffusion acoustique stéréophonique est relativement réduite (par exemple 60 à 70 cm), l'effet stéréophonique devient presque imperceptible, et de toutes façons inadéquat, pour des auditeurs situés à une certaine distance des haut-parleurs. Pour simuler l'effet qu'on ob- tiendrait avec des haut-parleurs situés à une distance plus grande l'un de l'autre, il est courant de manipuler les signaux audio d'entrée du système en accentuant leurs ca- ractéristiques stéréophoniques, réalisant ainsi ce qu'on appelle une "expansion de la base stéréo". La méthode conventionnelle permettant d'atteindre ce but utilise une technique "récursive", selon laquelle il est créé une diaphonie croisée en opposition de phase entre les deux canaux audio (gauche et droit), en général en soustrayant le signal de sortie de chaque canal du signal d'entrée de l'autre canal, avec une amplification ou une atténuation adéquates desdits signaux soustraits. Dans la pratique, ladite diaphonie est réalisée seulement sur une partie de la bande totale du signal, afin d'éviter les inconvénients liés à la propagation des ondes acousti- ques et à la physiologie de l'auditeur, inconvénients bien 2 5 8 6 1 5 4 2. connus de l'homme de l'art. Par conséquent, les parcours de croisement des signaux reportés à 1 'entrée comprennent des filtres passe-bande et, le plus souvent, des filtres de correction sont également incorporés dans les deux ca- naux directs. Aussi bien les deux canaux directs que les parcours de diaphonie croisée peuvent donc être considérés comme des filtres (actifs ou passifs) et, lorsque dans la suite de la description il sera question d'amplificateurs, il faudra entendre dans chaque cas que l'amplification réalisée peut inclure aussi un filtrage approprié. Des systèmes du type indiqué ci-dessus sont décrits, par exemple, dans "DIGIT 2000 - VLSI Digital TV System", ITT Semi-conductors, Publication Order n 6251-190-2E, pag. 6.13, août 1982, ou dans "The German Systems and In- tegrated Circuits for 'High-Quality' TV Receivers", de U. Buhse, in IEEE Transactions on Consumers Electronics, Vol. CE-28, N 4, pag. 489, novembre 1982. Ces solutions connues exigent quatre blocs d'ampli- fication (et/ou filtrage), dont deux pour les canaux di- rects (c'est-à-dire pour le pilotage des étages en aval du système) et deux autres pour les signaux envoyés en réac- tion pour réaliser l'expansion. La complexité de ces blocs dépend de la complexité des fonctions de filtrage qu'on veut obtenir. De plus, si onl veut rendre programmable l'importance de l'expansion, la procédure est délicate, car elle exige le réglage parallèle du gain et/ou du fil- trage par deux blocs différents de façon identique. L'invention a pour but de réaliser un système d'ex- pansion de la base stéréo en signaux stéréophoniques, pour appareils de diffusion acoustique stéréophonique, de type récursif, qui, en ce qui concerne les circuits, soit plus simple que les systèmes connus et qui, en particulier, n'exige qu'un seul bloc d'amplification et de filtrage sur le parcours de réaction, de façon à ce qu'il soit plus économique à réaliser dans le cadre d'un circuit intégré et qu'il n'exige qu'un seul réglage de paramètres pour 3. varier l'expansion obtenue. Selon l'invention, ce but est atteint avec un sys- tème d'expansion de la base stéréo pour appareils de dif- fusion acoustique stéréophonique, dans lequel un premier et unl deuxième signal d'entrée constituant une paire sté- réophonique sont amplifiés par des moyens amplificateurs directs pour obtenir un premier et un deuxième signal de sortie, caractérisé par le fait que, pour réaliser l'ex- pansion de la base stéréo, lesdits signaux de sortie sont additionnés par des moyens totalisateurs en relation de phase adéquate, choisie entre concordance et opposition, et le signal d'addition ainsi produit est traité par un bloc de réaction ayant le facteur de transfert adéquat et est ensuite superposé au deuxième signal d'entrée. en oppo- sition de phase, et est superposé au premier signal d'en- trée en opposition ou en concordance de phase selon que lesdits signaux de sortie sont respectivement additionnés en concordance ou en opposition de phase. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réali- sation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma à blocs d'un premier mode de réalisation du système d'expansion de la base stéréo selon l'invention; la figure 2 est un schéma à blocs d'un deuxième mode de réalisation du système d'expansion de la base stéréo selon l'invention; et la figure 3 est un circuit d'une mise en oeuvre pratique conforme à la réalisation de la figure 2 et par- ticulièrement apte à être incorporée dans un circuit in- tégré. L'invention part de la constatation que l'informa- tion stéréophonique d'un signal audio est entièrement contenue dans la composante différentielle des signaux des deux canaux, tandis que leur composante commune ne contient 4. qu'une information monophonique. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un signal audio monophonique (par exemple, la voix d'un présentateur situé au centre de la scène), les deux signaux gauche VL et droit VR sont tous les deux identiques à une même valeur V: V = V. L VR = Vi tandis que, dans le cas d'un signal audio à stéréophonie maximale (par exemple, le son d'un instrument situé à une extrémité de la scène), les deux signaux seront à la limite: V = V. L i R ou VL = Vi/2 + Vi/2 (la) VR = Vi/2 - Vi/2 (lb) Il ressort donc des équations (1) qu'un signal de contenu stéréophonique maximal comprend une première com- posante commune, égale en module et en phase dans les deux canaux, et une deuxième composante différentielle, égale en module à la première, mais en opposition de phase sur les deux canaux. Etendre la base stéréo du signal sté- réophonique équivaut donc à accentuer la composante diffé- rentielle par rapport à la composante commune. Ce principe a été appliqué dans un premier mode de réalisation du système récursif d'expansion de la base stéréo, selon l'invention, représenté sur la figure 1. Le système comprend des entrées 10 et 12 pour les signaux d'entrée, respectivement droit et gauche Rin et Lin, cons- tituant une paire stéréophonique, et des sorties respec- tives 14 et 16 pour les signaux de sortie droit et gauche Rout et Lout. Aux canaux droit et gauche définis respec- tivement entre les entrées et les sorties droite et gauche sont raccordés, respectivement, les amplificateurs droit 5. et gauche 18 et 20, identiques entre eux, chacun ayant un facteur d'amplification B au centre de la bande. Comme il a déjà été précisé ci-dessus, les amplificateurs 18 et 20 peuvent inclure des fonctions de filtrage, par exemple du type passe-bas, pour l'atténuation des tons aigus. Les signaux de sortie Rout et Lout sont appliqus à des moyens de combinaison linéaire 22 aptes à fournir la différence entre lesdits signaux de sortie, et cette différence est appliquée à un amplificateur de réaction 24 comprenant un filtre passe-bande et ayant un facteur d'am- plification A au centre de la bande. Etant donné que le module du facteur d'amplification A du bloc 24 peut être inférieur à 1 (selon les paramètres de construction du système dans son ensemble), le terme "amplificateur" doit être entendu, dans ce contexte, dans le sens d'un bloc de transfert en général, pouvant même se réduire à un simple réseau filtrant passif. Le signal de sortie de l'amplificateur 24 est ap- pliqué, d'un côté, à des moyens de soustraction 26 insérés en cascade dans le canal droit, à l'entrée de l'amplifi- cateur 18, pour être soustrait (ou bien additionné en oppo- sition de phase) du signal d'entrée droit Rin; de l'autre côté, il est appliqué à des moyens d'addition 28 insérés en cascade dans le canal gauche, à l'entrée de l'amplifi- cateur 20, pour s'additionner (en concordance de phase) au signal d'entrée gauche Lin. En exprimant en des termes mathématiques les liens que le système de la figure 1 impose entre les signaux d'entrée et de sortie, on parvient en définitive aux ex- pressions ci-après, o les différents symboles ont les significations déjà définies ci-dessus (1 - 2AB)Lout= B (1 - AB)Li AB2Rin (2a) out in - iB n (1 - 2AB)Ro t= B (1 - AB)Ri - AL (2b) out in - inB Si, compte tenu de ce qui a été exposé par rapport aux équations (1), on exprime les signaux Ri. et Li. sous Iin in 6. la forme L = C + D 1]l R C - D o C est la composante commune et D la composante diffé- rentielle des deux signaux, on peut écrire les équations (2) sous la forme: Lout = BC + DB/(1 - 2AB) (3a) Rout = BC - DB/(1 - 2AB). (3b) Etant donné que A et B ont, au moins au centre de la bande, le même signe, pour des valeurs adéquates de A et B (c'est-à-dire pour AB ( 1/2), la composante diffé- rentielle D se trouve davantage amplifiée que la composante commune, ce qui entraine l'expansion souhaitée de la base stéréo. De préférence, dans la réalisation pratique, la valeur du facteur d'amplification A du bloc 24 est pro- grammable, ce qui permet d'utiliser le même circuit pour des applications diverses exigeant des expansions diffé- rentes. Cela n'empêche pas qu'on puisse rendre également programmables les gains des blocs 18 et 20. Le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, en grande partie similaire à celle de la figure 1, porte, pour les parties correspondantes, les mêmes références augmentées de 100. Le deuxième mode de réalisation se distingue du premier par le fait que les moyens de soustraction 22 sont remplacés par les moyens d'addition 122, et les moyens d'addition 28 sur le canal gauche Lin sont remplacés par les moyens de soustraction 128. Tous les autres éléments sont essentiellement identiques aux éléments correspondants de la figure 1, et les mêmes considérations concernant les amplifications et les fonctions de filtrage restent vala- bles. En se fondant sur les équations qui lient les si- gnaux de sortie aux composantes différentielle et commune 25861 5 4- 7. des signaux d'entrée, on obtient dans ce cas L ot= CB/(1 + 2AB) + DB (4a) ou t R ut= CB/(1 + 2AB) - DB (4b) out Dans ce cas également, étant donné que A et B (au centre de la bande) ont le même signe, l'amplification de la composante différentielle est plus grande que celle de la composante commune et, par conséquent, la base stéréo se trouve étendue. Dans ce cas également, on peut agir sur l'expansion de façon particulièrement efficace, en program- mant le gain du bloc de réaction 124. En se référant à la figure 3, une application pra- tique de l'invention comprend deux amplificateurs opéra- tionnels 200, 202, aux entrées desquels sont appliqués les signaux Ri. et Li correspondants au travers des impédances in5in d'entrée 204, 206 de même valeur Z1. Sur les amplificateurs opérationnels 200,202 sont mises en parallèle les impé- dances 208, 210 correspondantes, de même valeur Z2 Les sorties des amplificateurs opérationnels 200, 202 sont reliées entre elles par deux impédances en série 212, 214, de même valeur Z3, dont le noeud central est raccordé, au travers d'une autre impédance 216, de valeur Z5, au noeud central de deux autres impédances en série 218, 220, identiques elles aussi, de valeur Z4, qui re- lient entre elles les entrées des amplificateurs opératio- nels. Les impédances 212 à 220 constituent un réseau en H. Dans l'application de la figure 3, particulièrement apte à être incorporée dans un circuit intégré, les fonc- tions des blocs 118, 120 de la figure 2 sont assumées, res- pectivement, par les groupes 200, 204, 208 d'une part et 202, 206, 210 d'autre part. Dans chaque cas, le facteur d'amplification équivalant au cas de la figure 2 est: B = Z2/Z1. Le réseau symétrique comprenant les impédances 212, 214, 216, 218, 220 est équivalent au bloc de réaction 124 ensemble avec les moyens d'addition 122, et le facteur de 8. de transfert équivalent est A = - (Z1/4)/(Z3/2 + Z4/2 + Z5) Chacune des valeurs Z1-.. Z5 résultera en général d'une fonction complexe, par exemple une capacité, une résistance, la mise en parallèle d'une capacité et d'une résistance, ou d'autres combinaisons plus compliquées, aptes à fournir les facteurs de transfert A et B néces- saires pour obtenir le filtrage voulu, selon des procédures de construction bien connues de l'homme de l'art. L'impé- dance 216 peut être réalisée extérieurement au circuit intégré et, dans ce cas, de préférence constituée par une résistance variable, ou de toute façon remplaçable, pour programmer l'importance de l'expansion. Si cette program- mation n'est pas souhaitée, l'impédance 206 peut consister en un simple court-circuit, ses tâches pouvant être accom- plies par les quatre impédances adjacentes 212, 214, 218, 220. Si le circuit de la figure 3 est réalisé sous forme de circuit intégré MOS, o il est relativement facile d'obtenir des condensateurs dont les valeurs sont dans un rapport soigneusement défini, tandis qu'il est difficile d'obtenir des résistances d'une précision acceptable, toutes les résistances faisant partie des impédances 204 220 seront de préférence simulées avec la technique des condensateurs commutés, déjà bien connue. Il est à remarquer que dans les deux réalisations décrites est utilisée la technique dite du "tout diffé- rentiel", qui rend toujours disponibles aussi bien les signaux directs que les signaux inversés, et que la réali- sation pratique est particulièrement simple, l'obtention aussi bien de l'addition que de la différence des deux signaux étant également immédiate. Les formes de réalisation préférées de l'invention décrites ci-dessus sont susceptibles de modifications et de variantes équivalentes, dans le cadre des considérations précédentes, sans pour autant sortir des limites de cette invention. 2586 154 9. REVENDICATIONS 1. Système d'expansion de la base stéréo pour appa- reils de diffusion acoustique stéréophonique, dans lequel un premier et un deuxième signal d'entrée (Lin, Rin) cons- tituant une paire stéréophonique sonIt amplifiés par des moyens amplificateurs directs correspondants (20,18; 120, 118) pour obtenir un premier et un deuxième signal de sortie (Lout, Rout), caractérisé par le fait que, pour réa- liser l'expansion de la base stéréo, lesdits signaux de sortie (Lout, Rout) sont additionnés par des moyens de to- talisation (22,122) dans la relation de phase adéquate, choisie entre concordance et opposition, et le signal d'ad- dition ainsi produit est traité par un bloc de réaction (24,124) ayant le facteur de transfert souhaité et est ensuite superposé (26,126) au deuxième signal d'entrée (Ri) en opposition de phase et est superposé (28, 128) au premier signal d'entrée (Lin) en opposition ou en concor- dance de phase selon que lesdits signaux de sortie sont additionnés respectivement en concordance ou en opposition de phase. 2. Système d'expansion de la base stéréo selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bloc de réaction (24,124) comprend un filtre passe-bande. 3. Système d'expansion de la base stéréo selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens amplificateurs directs (20,18; 120, 118) comprennent des filtres passe-bas correspondants. 4. Système d'expansion de la base stéréo selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le facteur de transfert au centre de la bande du bloc de réaction (24,124) est programmable. 10. 5. Système d'expansion de la base stéréo selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est réalisé avec la technique du "tout diffé- rentiel". 6. Système d'expansion de la base stéréo selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chacun des moyens amplificateurs (20,18; 120,128) des premier et deuxième signal d'entrée (Lin, Rin) est un amplificateur opérationnel (202,200) ayant une première impédance en série sur son entrée (206,204) et une deuxième impédance (210,208) qui relie sa sortie avec son entrée. 7. Système d'expansion de la base stéréo selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens d'addition et le bloc de réaction sont constitués par un réseau symétrique à impédances en H, deux bornes externes dudit réseau en H étant reliées aux sorties respectives des amplificateurs opérationnels, les autres deux bornes du réseau en H étant raccordées aux entrées respectives des amplificateurs opérationnels. 8. Système d'expansion de la base stéréo selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'impédance (216) dans le tronçon commun du réseau en H est un court- circuit. 9. Système d'expansion de la base stéréo selon la revendication 7 ou 8, incorporé dans un circuit intégré du type MOS, caractérisé par le fait que les impédances comprennent des résistances et par le fait que lesdites résistances sont simulées avec la technique des condensa- teurs commutes.