Brevet FR2599539A1 — publié le 19871204

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ENGENDRER DES SIGNAUX ELECTRIQUES PERIODIQUES La présente invention concerne les procédés et dispositifs pour engendrer des signaux électriques, et plus particulièrement des signaux périodiques à fréquence variable, notamment dans l'application à la commande de convertisseurs électro-sonores comme des hauts-parleurs. II existe actuellement des dispositifs qui permettent d'engendrer des sons de différentes fréquences comme, par exemple, ceux émis par des orgues électroniques. Dans ce genre de dispositifs, les sons sont généralement produits par des hauts-parleurs alimentés par des générateurs de signaux aptes à délivrer tous les signaux à la fréquence désirée, pour obtenir toute la gamme de signaux sonores permettant de reproduire, dans le cas de l'orgue, la musique programmée Actuellement, pour obtenir ces signaux électriques avec les fréquences nécessaires, il existe plusieurs dispositifs. Un de ces dispositifs est constitué par un générateur de signaux dits "en dents de scie" avec une pluralité d'harmoniques, des filtres commanda- bles alimentées par le générateur qui permettent d'obtenir à leur sortie, en fonction de leur commande, le signal à la fréquence désirée. En modulant la commande des filtres, il est donc possible de reproduire les sons voulus. Ce dispositif est assez complexe e. onéreux, du fait notarr.n^.ent du nombre important de filtres nécessaires pour couvrir toute la plage des fréquences désirées. II existe un autre dispositif qui comporte un très grand nombre d'oscillateurs sinusoldaux et un additionneur sélectif de tous les signaux, pour obtenir une synthèse, notamment celle désirée, en commandant ou modulant I'additionneur. Ce dispositif, lui aussi, est complexe et onéreux, car il nécessite ur grand nombre d'osci!lateurs. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de rr,ettre en oeuvre un procédé et ae rir;isr u dispositif permettant d'engendrer des signaux électriques périodiques modulables en fréquence, notamment pour la cornman- ae ae générateurs sonores tels que des hauts-parleurs, qui soient d'une conception des plus simples, peu onéreux et d'une commande souple et facile. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour engendrer des signaux périodiques, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en mémoire une onde d'une forme périodique désirée, sous la forme d'une pluralité de valeurs de signaux échantillons suivant un ordre détermi- né, les différentes valeurs des amplitudes desdits signaux échantillons, suivant ledit ordre, étant une fonction de la courbe de ladite onde périodique sur au moins une période, et ensuite à émettre, à une fréquence donnée, lesdites valeurs des signaux échantillons, de façon successive, suivant ledit ordre déterminé. La présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il conr.por- te - une mémoire contenant une pluralité de signaux échantillons mémorisés, les amplitudes des différents signaux échantillons, suivant un ordre donné, étant réparties sur la courbe d'une onde de forme périodique sur au moins une période, - un lecteur, commandable en fréquence, du contenu de ladite mémoire, apte à émettre à sa sortie des signaux fonction de la valeur des dits signaux échantillons, et - un organe de signaux de fréquence de commande dudit lecteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif, rr,ais nullement limitatif, dans lequel - la Figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé pour engendrer des signaux de fréquences périodiques selon l'invention, et - la Figure 2 représente un schéma d'une courbe permettant d'expliciter le procédé selon l'invention et le fonctionnerr.ent du dispositif représenté sur la Figure 7. Le . dispositif représenté sur la Figure 1 comporte un oscillateur 1, comme, par exemple, un générateur à quartz délivrant des impulsions à 1 MHz. La sortie 2 de 'oscillateur 1 est reliée à l'entrée 3 d'un diviseur prograrr.rr.able 4.A titre d'exemple de réalisation, le diviseur progranr,rr.able corr.porte un premier étage de diviseur 5 dont l'entrée 6 constitue l'entrée du diviseur 4 de façon que l'on obtienne, en sortie, des signaux de fréquence de l'ordre du kHz, un mul'iplicateur 7, par exemple par 256, du type à circuit PLL, un second étage de diviseur par deux, 8, qui alirrente un multiplicateur 9 dont les états de la sortie 10 sont une fonction du code de com- mande qui lui est appliqué c son entree 11. Le diviseur 4 comprend en outre une r.-ér.-oire progran-.nr.able 12 du type connu par les techniciens sous le non; de "PROM", qui permet d'obtenir une modulation dans la valeur des différentes fréquences en fonction d'un ordre donné par un organe de conirr.ande 13 comme, par exemple, un clavier. Dans un mode de réalisation, le clavier est géré par un micro-processeur qui affecte les valeurs de chaque fréquence en fonction des touches enfoncées. Le dispositif comprend, en sortie du diviseur 4, un compteur d'adresse 20. L'entrée 21 du compteur d'adresse 20 est reliée à la sortie 10 du multiplicateur 9 constituant la sortie du diviseur 4. Le compteur d'adresse 20 est agencé de façon que, dans le mode de réalisation tel qu'illustré et décrit ci-dessus, il soit à 12 bits dont les quatre premiers sont maintenus à l'état logique "1" après une première lecture en début de fonctionnement, de façon à ne lire qu'une certaine valeur du contenu de la mémoire, comme il sera explicité ci-après, soit les 256 derniers moments. Le compteur d'adresse comporte plus particulièren;;ent un compteur 22, deux bascules monostables 23 et 24 dont les sorties sont décodées par quatre portes "OU" 25-28. Les sorties 29 du compteur d'adresse 20 sont reliées aux entrées 31 d'une mémoire 30 constituée par une série de plusieurs unités de mémoire 32, 33... connues par les techniciens sous le sigle "ROM". Les sorties 34, 35... de la mémoire 30 sont reliées aux entrées 41 d'un convertisseur digital analogique 40 dont la sortie 42 du signal sous forme analogique est reliée à l'entrée 43 d'un convertisseur électro-sonore 44 con-,n^.e, par exemple, un haut-parleur. Le convertisseur 40 est essentiellement constitué par un réseau de résistances 45, 46... montées en parallèle, connectées en sortie de chaque unité de mémoires 32, 33... Les valeurs des deux résistances en parallèle sont le double i'une de l'autre. La sortie de ces réseaux est reliée à un an-.plificcteur 47 con;rrande en tension et piloté par la charge d'un condensa- teur d'entrée 48 pour obtenir un gain n;axinîal. Une sortie de l'amplificateur 47 est reliée au haut-parleur 44 mais aussi, à travers une constante de temps 49 constituée d'un condensateur-résistance, à un comparateur 50 constitué, par exerrple, par un amplificateur différentiel dont la sortie est reliée aux entrées de commande de remise à zéro de la bascule 24 et du compteur 22. Le disposit f décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. L'explication du fonctionnement du dispositif illustré sur la Figure 1 sera faite en s appuyant aussi sur la courbe illustrée sur la Figure 2, plus particulière ment dans le cas d'une application à un instrument de musique comme un orgue électronique. Il est tout d'abord rappelé que les sons, pour un orgue, sont essentiellement caractérisés par un timbre qui corr;porte une quantité importante d'harmoniques, une attaque qui est un bruit correspondant au passage de l'air dans les tuyaux, essentiellement au début de l'alimentation en cet air, avant que celle-ci ne soit stabilisée, et enfin par un souffle qui est le bruit que fait l'air en entrant dans les tuyaux d'orgue. En fait, un dispositif comme décrit ci-dessus, dans le cas d'une application à un orgue, permet de remplir les trois conditions mentionnées. Les signaux échantillons 101 qui sont mémorisés dans les mémoires 32, 33... sont représentés sur la courbe de la Figure 2, les amplitudes 100 (a) des différents signaux 101 étant réparties suivant une courbe périodique du type sinusoidal. Dans ce mode de réalisation, ces signaux sont mémorisées sous forme numérique dans les "ROM" 32, 33. Il est fort avantageux d'augmenter au maximum le nombre de ces signaux échantillons, pour optimiser la définition du signal en sortie, bien entendu dans les limitation, compatibles avec la valeur de la fréquence de lecture. Dans une forme avantageuse, chaque échantillon est représenté électroniquement par un mot de huit bits, ce qui - permet d'obtenir 256 niveaux discrets pour définir leur magnitude, et de plus de gérer l'ensemble de l'électronique par un micro-processeur de huit bits que l'on trouve couranr.n^lent sur le marché. Chacun sait que l'on trouve, dans les sons musicaux, les octaves. Pour obtenir cette différence, au lieu de mettre en mémoire une période comme représentée sur la Figure 2, il y a une niaise en mémoire sur les deux périodes pendant le même temps, si l'on utilise la même fréquence de lecture, ou alors lecture du signal sur une période avec une fréquence double. Pour obtenir l'attaque définie ci-dessus, on utilise par exemple des n-én-.oires numériques qui ont des capacités de 4 090 octets dont 256 sont utilisés pour la forme d'onde selon la Figure 2. Dans ce cas, il reste 3 040 octets pour mémoriser le signal représentant l'attaque telle que définie cidessus. Dans ce cas, I'adresse 3 040 est lue une première fois pour donner l'attaque et ensuite les adresses 3 040 à 4 096 sont lues cycliquement pour émettre la forme d'onde mémorisée. Bien entendu, il est aussi possible de programmeur la vitesse de lecture du contenu de la mémoire pour, par exemple, lire très vite les signaux correspondant à l'attaque et moins vite ceux pour le son continu. Enfin, quant au souffle, il peut être produit en superposant, aux signaux d'oriaine numériques, des signaux analogiques. En fait, er ce qui concerne le fonctionnement des moyens dans le cadre des explications ci-dessus, les mémoires "ROM" 32, 33. .. sont cimentées p & le compteur d'adresse 10 sur douze bits (4 096 octets) dont les quatre prerr.iers sont bloqués au "1" logique après une prerr.ière lecture, pour ne lire, comme explicité ci-dessus, que les 256 derniers rr.orr,ents de la mémoire et autant de fois qu'il est nécessaire pour la durée d'émission du son, en maintenant la touche de commande du clavier 13.Les touches du clavier 13 commandent l'émission du diviseur 4 pour obtenir la fréquence de lecture des signaux échantillons à la valeur désirée pour donner la fréquence de la forrre d'onde 100 mémorisée. Bien entendu, les mémoires sont du type numérique et les signaux qu'elles délivrent sont convertis dans le convertisseur digital analogique 4O, par exemple par un réseau R-2R 45, 46... Les signaux analogiques obtenus à la sortie du convertisseur sont alors éventuellement amplifiés en 47 pour aller commander, par exemple, le haut-parleur 44. Chaque son correspondant à une fréquence doit pouvoir être arrêté après un certain temps. Cette constante de temps est donnée essentiellement par la décharge d'un condensateur 49. Ainsi, quand un son est émis, le condensateur 49 est chargé, et le reste tant que le son est maintenu par la pression sur la touche correspondante du clavier 13. Quand la touche est relâchée, le condensateur 49 se décharge. Quand il est pratiquement déchargé, l'amplitude de sortie, notarr.rr.ent à la sorties du comparateur 50, délivre un signal qui commande la remise à zéro du compteur d'adresse 20. Con;n;e décrit ci-dessus, I'oscillateur de fréquence commandable 1 comporte une horloge à quartz de 1 MHz et les fréquences de corr,rr.ande de lecture sont obtenues notamment au moyen de la "PROM" 12 et, si nécessaire, du diviseur 9. REVENDICATIONS 1. Procédé pour engendrer des signaux périodiques, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il consiste à mettre en mémoire une onde d'une forme périodique désirée, sous la forrr.e d'une pluralité de valeurs de signaux échantillons suivant un ordre déterminé, les différentes valeurs des amplitudes desdits signaux échantillons, suivant ledit ordre, étant une fonction de la courbe de ladite onde périodique sur au moins une période, et ensuite à émettre, à une fréquence donnée, lesdites valeurs des signaux échantillons, de façon successive et suivant ledit ordre déterminé. 2. Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il corriporte - une mémoire (30) contenant une pluralité de signaux échantillons (101) mémorisés, les amplitudes des différentes signaux échantillons, suivant un ordre donné, étant réparties sur la courbe d'une onde de forme périodique (100) sur au moins une période, - un lecteur (20, 40), commandable en fréquence, du contenu de ladite mémoire, apte à émettre à sa sortie (42) des signaux fonction de la valeur desdits signaux échantillons, et - un organe -(1, 4, 13) de signaux de fréquence de corrnr.ande dudit lecteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ladite mémoire (30) est constituée d'une pluralité de circuits "ROM". 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit lecteur (20, 40) est constitué par un compteur d'adresse (20) dont la sortie (29) est reliée aux entrées de lecture (31) de ladite mémoire (30) et par un convertisseur (40) dont l'entrée (41) est reliée à la sortie d'émission (34, 35) de ladite mémoire. 5. Dispositif selon la revendication 4, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit compteur d'adresse (20) est du type douze bits. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit convertisseur comporte un circuit R-2R et des moyens d'amplification de sortie (47). 7. Dispositif selon la revendication 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit convertisseur (40) comporte des moyens (49, 50) de remise à zéro dudit compteur d'adresse (20). 8. Dispositif selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE lesdits moyens de remise à zéro comportent, en série, une constante de temps (49) commandable et un comparateur (50) dont une entrée est reliée à ia sortie de ladite constante de temps. 9. Dispositif selon l'une des revendication 2 à 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit organe de commande est constitué par une horloge (1) de signaux de fréquence, un diviseur commandable (4) dont l'entrée (3) est reliée à la sortie (2) de ladite horloge, et d'un clavier de commande (13) dudit diviseur. 10. Dispositif selon la revendication 9, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit diviseur (4) comporte une mémoire programmable du type "PROM" (12) coopérant avec des étages de division et de multiplication (5, 7, 8, 9), ledit clavier (13) étant géré par un micro-processeur.