Brevet FR3080728A1 — publié le 20191101

La présente invention est un nouveau procédé d'amélioration de la diffusion des basses fréquences musicales dans les locaux d'écoute de faibles dimensions. En champ libre, les ondes acoustiques perçues par les auditeurs sont similaires à celles crées par les haut-parleurs. Mais dans un local clos de faible dimension comme une pièce d'habitation ou une voiture, les basses fréquences perçues par les auditeurs sont le fruit de résonnances qui en accentuent le niveau de souvent plus de 10 décibels. Or, ces résonnances, ne sont pas instantanées. Leur niveau acoustique augmente progressivement pour atteindre l'équilibre au bout d'un temps qui peut atteindre 100 ms. Dans la figure 1, la courbe du haut est l'oscillogramme d'une salve d'un signal sinusoïdal de fréquence 75 Hz prélevé à la sortie d'un amplificateur de puissance alimentant un haut-parleur de basses situé dans une pièce d'habitation de dimensions courantes et la courbe du bas est le signal recueilli par un microphone situé à 3 mètres de ce haut-parleur. Une division horizontale représentant 10 ms, on voit que le niveau acoustique augmente progressivement pendant 50 ms. La courbe du bas de la figure 5 est l'oscillogramme d'une percussion musicale réelle. La base de temps étant réglée pour que chaque division horizontale corresponde à 25 ms, son niveau maximum est conservé pendant environ 15 ms. Dans ces conditions la courbe du bas de la figure 1 montre que notre installation d'essai reproduira ce maximum avec une atténuation de 12 dB par rapport à une note soutenue d'une durée d'au moins 50 ms. D'où une considérable dégradation de la dynamique de reproduction des basses fréquences. Nous avons proposé dans les brevets français N° 2 683 695 et N° 2 728 426 des dispositifs permettant d'améliorer le niveau des percussions. Dans ces dispositifs, la détection des percussions se fait en comparant le niveau du signal affaibli par un dispositif potentiomètrique SA au niveau du signal freiné par un filtre passe-bas SF. Lorsque le niveau du signal affaibli SA dépasse celui du signal freiné Sr, la modulation est considérée comme 2 une percussion et son niveau est augmenté d'une valeur constante en décibels pendant la durée de la percussion. En opérant de cette manière, d'une part la discrimination des percussions est discontinue et arbitraire et d'autre part la 5 forme de l'onde acoustique produite est différente de la forme du signal électrique qui l'a engendrée. Nous connaissons le brevet américain US 2007/0258603 qui poursuit le même but c'est-à-dire d'augmenter le niveau des percussions, mais il n'apporte aucune précision sur la manière 10 dont est déterminée la valeur de l'augmentation de leurs niveaux. La présente invention est un nouveau procédé d'amélioration de la dynamique dans les basses fréquences permettant de restituer une onde acoustique proche du signal électrique et 15 sans discrimination arbitraire des percussions. Pour corriger l'onde acoustique du bas de la figure 1 de manière à obtenir une onde ayant une forme proche du signal original, il faut corriger le signal électrique afin d'obtenir un signal ayant une forme proche du signal du bas de la figure 3 20 qui produit l'onde sonore du bas de la figure 4 très proche du signal original du haut de la figure 4. Pour cela, dès la détection de la percussion, il faut appliquer une augmentation instantanée du gain, puis le faire décroître suivant une loi proche de la fonction exponentielle 25 inverse de manière à obtenir une courbe de gain ayant la forme de la courbe du haut de la figure 2 qui est la tension de commande de l'amplificateur à gain commandé qui a généré le signal du bas de la figure 3. L'innovation principale de la présente invention réside 30 dans le principe de discrimination des percussions. Suivant la présente invention, les percussions sont discriminées en fonction de leur vitesse de montée, en appliquant au signal de modulation un boost de gain sensiblement proportionnel à cette vitesse. 35 De cette manière les percussions sont discriminées de manière continue en fonction du paramètre qui les caractérise. Il y a plusieurs manières d'évaluer la vitesse de montée des percussions. 3 Une manière qui donne de bons résultats consiste à calculer le rapport entre le signal de modulation S et ce même signal freiné par un filtre passe bas SF, à prendre pour vitesse le S rapport ---, à appliquer à la percussion un gain instantané en SF 5 décibel proportionnel à ce rapport et à faire revenir ce gain à 0 dB suivant une loi exponentielle inverse comme la courbe du haut de la figure 5. Les oscillogrammes des bas des figures 5 et 6 sont des montées de niveau dans les basses fréquences de deux plages 10 musicales et les oscillogrammes du haut de ces figures sont des tensions proportionnelles aux niveaux de boost générés pour chacune des plages musicales par le dispositif conforme au procédé suivant la présente invention que nous avons réalisé pour nos essais. 15 Dans la figure 5 une division horizontale correspondant à 25 ms il s'agit d'une montée rapide qui commence dans un quasi silence et atteint son maximum en 15 ms. Une division verticale représentant 2 volts elle déclenche une amplification de 5 volts comme le montre le l'oscillogramme du haut de cette figure. 20 Dans la figure 6 une division horizontale correspondant toujours à 25 ms et une division verticale toujours à 2 volts il s'agit d'une montée lente du niveau des basses fréquences qui commence sur un fond musical très perceptible pour atteindre son maximum en 50 ms. Elle ne déclenche qu'une amplification de 0,8 25 volts qui sera à peine perceptible à l'oreille. En effet, lorsque le niveau du signal de modulation reste à peu près constant ce rapport est égal à environ 0,25 ce qui déclenche une augmentation du gain de 0,25 dB ce qui est inaudible et lors des percussions des plus rapides ce rapport 30 atteint 12 ce qui déclenche une augmentation de gain de 12 dB ce qui d'après ce que nous avons exposé plus haut est une bonne valeur. La figure 7 illustre le principe du circuit électronique analogique que nous avons réalisé pour nos essais, qui 35 fonctionne très bien et peut servir de prototype à une réalisation commerciale ou au développement d'un circuit spécialisé. 4 Dans ce circuit, les canaux G et D de la modulation stéréophonique sont introduits dans les circuits 1 et 2 qui sont des amplificateurs à gain commandé en tension du type THAT 2181. Les circuits 3 et 4 sont des filtres passe-bas ou passe-bande 5 caractéristiques de la bande des fréquences basses à traiter. Les canaux G et D sont aussi introduits dans les filtres 5 et 6 complémentaires des filtres 3 et 4. Les circuits 7 et 8 additionnent les signaux traités et non-traités des canaux gauche et droit pour fournir les signaux de sortie. 10 Dans une réalisation sophistiquée on pourrait générer des tensions séparées pour commander les amplificateurs 1 et 2, mais si la percussion n'est présente que sur un canal ce qui est très rare dans les basses fréquences, le fait de booster le gain sur les deux canaux ne change rien à l'écoute. 15 Et donc nous avons additionné les signaux d'entrées dans un circuit passe-bas ou passe-bande 9 caractéristique de la bande des fréquences basses à traiter. A la sortie de 9 le signal est redressé par un redresseur positif sans seuil à double alternance 10. 20 Le circuit 13 employé pour calculer le rapport - est un SF circuit ANALOG DEVICE AD633 monté en diviseur de tensions. Par construction, l'AD633 est un circuit multiplicateur de tensions. L'opération de division est obtenue en introduisant l'AD 633 dans la boucle de contre réaction d'un amplificateur 25 opérationnel. Dans le schéma d'application en circuit diviseur de tension de l'AD633 que nous avons reproduit figure 8 le constructeur préconise d'appliquer la tension du numérateur sur l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel associé et la tension 30 du dénominateur sur une entrée positive de l'AD633. En opérant de cette manière on obtient une tension de sortie égale à - 10 fois le rapport des tensions d'entrées quelles que soient les polarités de ces tensions. Lorsque les tensions d'entrées sont toujours positives ce 35 qui est le cas ici, en entrant la tension du numérateur sur l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel associé on 5 obtient en sortie une tension égale à + 10 fois le rapport des tensions d'entrées. En modifiant l'agencement du dispositif de la manière illustrée figure 9, en entrant S sur l'entrée positive de 5 l'amplificateur opérationnel et en la divisant par 10 on obtientS en sortie une tension égale à ce qui est exactement ce que SF nous cherchons à obtenir. S est indépendant de l'amplitude du signal ce qui permet SE d'opérer sur une grande plage de dynamique et il est indépendant 10 de la fréquence du signal ce qui permet d'opérer sur toute la plage des basses fréquences avec les mêmes paramètres. Sous ±15 volts d'alimentation le circuit de la figure 9 délivre une tension maximum de 13,8 volts et nous devons veiller à ce qu'il ne soit jamais saturé. 15 La vitesse de montée maximale d'un signal musical est obtenue en début de salve sinusoïdale. Avec une constante de temps de 100 ms pour SF nous obtenons en sortie du circuit de la figure 9, 12 volts maximum en début de salve sinusoïdale et donc l'assurance de ne jamais le saturer. 20 Pour générer SF le signal de sortie du redresseur 10 est introduit dans un filtre passe bas composé de la résistance 11 et du condensateur 12. S et SF sont introduits dans le circuit 13 de la manière décrite figure 9. 25 La diode 14 élimine d'éventuelles tensions négatives qui pourraient être produites par une dérive du circuit AD633. Le condensateur 15 et la résistance 16 assurent une descente du gain suivant une loi exponentielle inverse. Le circuit 18 est un amplificateur opérationnel agencé pour 30 fournir une tension de commande appropriée aux amplificateurs à gain commandé 1 et 2. Le gain de ces circuits augmentant de 1 dB lorsque leur tension de commande augmente de 0,006 volts, nous avons ajusté 6 le gain de 18 pour obtenir 12 dB de boost lorsque la tension à la sortie de 13 est de 10 volts. Le gain de 18 est alors de : 12 x 0, 006 /10 = 0,0072 . Ce gain est rendu réglable par le potentiomètre 17 pour l'adapter à 5 l'environnement acoustique. Dans cette réalisation lorsque le niveau du signal issu de 13 est inférieur à 0,5 volts la tension issue de 18 est nulle et les gains de 1 et 2 restent égaux à 1. Le circuit 18 étant agencé pour que 1 et 2 aient un gain de 10 12 dB lorsque la tension de sortie de 13 est égale à 10 volts, 0,5 volts correspond à un gain de 0,6 dB ce qui est inaudible et donc la dynamique de notre système est intacte. Dans une réalisation numérique, on pourra reproduire sans difficulté le mode opératoire du dispositif de la figure 7 qui 15 fonctionne en temps réel et donne entière satisfaction. On pourra aussi moyennant un temps de latence, calculer la vitesse de montée exacte de la percussion et en déduire le boost à lui appliquer. Ce procédé pourra faire l'objet d'un REVENDICATIONS1 - Procédé d'amélioration de la dynamique de reproduction des percussions des basses fréquences musicales, caractérisé par le fait que l'amplitude de ces percussions est augmentée instantanément suivant un gain proportionnel à leur vitesse de montée et que ce gain est ramené à 0 dB suivant une loi exponentielle inverse. 2 - Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé 10 par le fait que la vitesse de montée des percussions est évaluée en calculant le rapport - entre le signal de modulation intact SF S et le signal de modulation SF dont la vitesse de montée est freinée par un filtre passe-bas. 3 - Dispositif électronique de traitement de modulations 15 sonores équipé de moyens de traitement du signal et caractérisé par le fait que ces moyens sont configurés pour asservir un signal de modulation sonore conformément à au moins une des revendications précédentes. 4 - Matériel de reproduction sonore équipé d'un dispositif 20 électronique conforme à la revendication 3. 25