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Rocío Velázquez Saavedra
1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 knúmero de publicación: kint. Cl. 6 : GK 1/02 A61B /12 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 knúmero de solicitud europea: k Fecha de presentación : k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Procedimiento y sistema para producir una señal analógica de síntesis. k Prioridad: FR k 73 Titular/es: ETAT FRANCAIS Représenté parledélégué Général pour l Armement 14, rue St. Dominique 7007 Paris 7ème, FR k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Boisrayon, Michel y Briolle, Françoise k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Polo Flores, Carlos ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid
2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Procedimiento y sistema para producir una señal analógica de síntesis. La invención se sitúa dentro del campo de la síntesis de señales analógicas a partir de señales numéricas. Las señales artificiales o sintéticas se utilizan corrientemente en particular para producir sonidos que se propagan por el aire o por el agua. Dentro del campo de la acústica aérea, son bien conocidos los sintetizadores y los órganos electrónicos, que han sido objeto de desarrollos industriales importantes, ya que afectan a un amplio público. En acústica submarina, se emplean las señales artificiales para recrear un entorno virtual y para que los personales navegantes identifiquen situaciones operativas complejas. En la mayor parte de los casos, se utilizan señales numéricas contrastadas, siendo cada muestra un número representativo de la amplitud de la señal y que conserva un mismo valor durante el período de contraste. Se conoce así la patente GB que describe un procedimiento para producir una señal analógica sinusoidal de síntesis a partir de una señal numérica generada por un contador, consistente en utilizar el bit de mayor peso como entrada de un multiplexor analógico apto para transformar la señal de entrada en una señal analógica y los otros bits para accionar un atenuador apto para modular la señal analógica. Actualmente, las señales numéricas se calculan habitualmente por medio de un ordenador por métodos muy variados. Se transforman a continuación en magnitud analógica, es decir en una magnitud que varía continuamente en función del tiempo. Esta magnitud puede ser por ejemplo una señal eléctrica, magnética o una presión acústica. Esta transformación se realiza por unos aparatos llamados convertidores numérico-analógico Ṡe calculan las señales por medio del ordenador, muestra por muestra, para representar su evolución temporal, con una precisión mayor o menor. Estas muestras se transmiten, por ejemplo, por intermedio de un bus, al convertidor numérico-analógico que convierte las muestras numéricas en magnitudes analógicas para suministrarensalidalaseñal analógica. La precisión de la restitución de la señal analógica depende de las características del convertidor numérico-analógico. Una de estas características es el número de grados de calificación, es decir, el número de niveles discretos de que se dispone para representar la señal analógica. Este número condiciona la resolución del convertidor. Cada nivel discreto se expresa generalmente por un número binario compuesto por un número determinado de bits. Así, la imprecisión sobre el valor de un espécimen corresponde al valor representado por el bit de bajo peso del número binario representativo del espécimen. Esta imprecisión, habitualmente denominada ruido de cuantificación, lleva a definir una relación señal/ruido directamente ligada al número de bits utilizados para representar el espécimen. Así pues, cuando la amplitud de la señal sintetizada es importante, se utiliza toda la dinámica del convertidor numérico-analógico, cuya relación señal/ruido es elevada. Por el contrario, las señales de baja amplitud se representan con menos precisión, al utilizar la codificación menos bits. En consecuencia, disminuye la relación señal/ruido y aumenta la distorsión. La técnica actualmente utilizada para aumentar esta relación señal/ruido consiste en utilizar convertidores numérico-analógico de mayor resolución, que por tanto tienen un mayor número de bits, dentro de los limites autorizados por la tecnología. Esta solución presenta sin embargo el inconveniente de necesitar convertidores de alta resolución para poder sintetizar señales de una dinámica importante. Por ello, la invención tiene como fin evitar este inconveniente proponiendo un procedimiento de síntesis de señales analógicas con una resolución óptima, al tiempo que se utilizan convertidores de más baja resolución. Con esta finalidad, la invención tiene por objeto un procedimiento para producir una señal analógica de síntesis a partir de una señal numérica, consistente: -enponerdichaseñal numéricabajolaforma de una primera señal numérica de forma de onda representada por como máximo un número predeterminado de bits superior a 1 y de una segunda señal numérica de amplitud, - en convertir dicha primera señal numérica en una tercera señal analógica por medio de un convertidor numérico-analógico dimensionado para convertir números binarios que comprendan un número de bits igual como máximo al citado número predeterminado y - en modular dicha tercera señal analógica por dicha segunda señal numérica mediante por lo menos un atenuador programable que reciba dicha tercera señal analógica por su entrada analógica y dicha segunda señal numérica por su entrada numérica de programación de atenuación. Ventajosamente, el atenuador se dimensionará para permitir una atenuación de por lo menos decibelios, con una precisión de por lo menos centésimas de decibelio. La invención tiene igualmente por objeto un sistema de síntesis para la realización del procedimiento antes definido. Se caracteriza el sistema porque comprende: - una unidad de cálculo para elaborar dicha primera y dicha segunda señales numéricas, - un convertidor numérico-analógico, - una primera conexión paralela que une la citada unidad a la entrada de dicho convertidor numérico-analógico para transmitir la citada primera señal numérica,
3 3 ES T3 4 - una segunda conexión paralela que comunica dicha unidad con la entrada numérica de programación del mencionado atenuador para transmitir dicha segunda señal numérica y porque la salida del convertidor numérico-analógico está conectada a la entrada analógica del atenuador. El procedimiento y el sistema de síntesis según la invención tienen una aplicación particularmente interesante dentro del campo de las pruebas auditivas o psico-acústicas. En estas aplicaciones, la señal de síntesis sirve para activar un transductor electroacústico, del tipo casco o análogo, que lleva el usuario que es sometido a la prueba. Aparecerán otros aspectos y ventajas de la invención en el texto que sigue de la descripción, con referencia a las figuras. - La figura 1 ilustra un procedimiento de síntesis de señales según el estado actual de la técnica. - La figura 2 es un esquema de principio de un convertidor numérico-analógico. - La figura 3 representa las variaciones en función del tiempo de la amplitud de una señal sintetizada. - La figura 4 esquematiza el procedimiento de síntesis según la invención. - La figura representa una variante del procedimiento según la invención. - La figura 6 representa un sistema de síntesis según la invención, aplicado a pruebas psico-acústicas. Como se ha representado en la figura 1, una señal para sintetizar se presenta generalmente bajo la forma de una señal numérica binaria S constituida por un número de bits determinado. Este número queda impuesto por la elección de la unidad de cálculo que elabora la señal numérica S. De este modo, con los microordenadores actualmente disponibles, la señal S puede definirse sobre 8, 16 ó32bits. La solución ideal para producir una señal analógica de síntesis a partir de tal señal numérica estaría pues en utilizar un convertidor numérico-analógico capaz de convertir números binarios que comprendan un número de bits igual por lo menos al que constituye la señal numérica. Sin embargo, por razones de coste o de limitación impuesta por la tecnología, es preciso generalmente utilizar convertidores de una resolución inferior. Se llega pues a la solución representada en la figura 1, en la que solamente se aplican los n bits de peso fuerte b1, b2,..., bn de la señal numérica disponible a la entrada del convertidor 1. El resultado es que los p bits de peso bajo de la señal S no son tomados en cuenta en la conversión. La figura 2 muestra un esquema de principio clásico de los convertidores numérico-analógico habitualmente utilizados. Se puede fácilmente verificar que la señal analógica v que suministra es una tensión proporcional a la señal numérica S1 formada por los bits de peso fuerte b1-bn. La señal v es igualmente proporcional a una tensión de regulación EO. Han sido propuestos convertidores fundados sobre el principio del esquema de la figura 2 por diversos fabricantes. En la práctica, la realización prevé por supuesto medios de filtro de las armónicas de contraste, así comolaposibilidad de suministrar tensiones negativas. A titulo ilustrativo, diremos que la figura 3 muestra las variaciones en función del tiempo de una señal v obtenida tras la conversión de una señal numérica sinusoidal S. La señal v que sólo se define para valores discretos, sufre pues un ruido de cuantificación que permite definir una relación señal/ruido que caracteriza la conversión efectuada. Se considera en general que la relación señal/ruido es igual a tantas veces 6 decibelios como bits se hayan utilizado para la conversión. Así pues, el método que queda presentado no permite restituir con precisión las bajas amplitudes de las señales de gran dinámica. Esta solución no será pues fácilmente utilizable para realizar por ejemplo pruebas psico-acústicas en las que la relación de las amplitudes, expresada en decibelios, de las señales de fuertes y débiles amplitudes puede ser del orden de 1 decibelios. Aunque la síntesis numérica permita asumir perfectamente las características de las señales (características espectrales, precisión de amplitud) la resolución de los convertidores numérico-analógico no es suficiente para restituir así señales de baja amplitud con una precisión adecuada. Como la dinámica del sistema auditivo es más elevada que la de los convertidores corrientemente disponibles, se encuentra igualmente este tipo de problema en todas las aplicaciones que implican señales sonoras como la síntesis de las señales musicales o la simulación de entorno en los submarinos. La figura 4 representa de manera esquemática el procedimiento de síntesis conforme a la invención. La señal numérica S que se trata de sintetizar se configura como una señal de forma de onda S0 asociada a una señal de atenuación A. La señal S0 es aplicada a la entrada de un convertidor numérico-analógico 1 que suministra la señal analógica v0 de forma de onda correspondiente. A continuación se aplica la señalv0ala entrada analógica de un atenuador programable 2 cuya entrada numérica de programación recibe la señal numérica de atenuación A. El atenuador 2 suministra en salida la señal analógica de síntesis v. El convertidor 1 funciona siempre con resolución constante. Como la señal S0 queda definida sobre un número de bits reducido pero suficiente para representar la forma de la señal, es posible utilizar convertidores corrientes poco onerosos. Como, por otra parte, un atenuador programable es un aparato que opera sobre señales analógicas, su precisión y su zona de regulación para el accionamiento numérico A no están sometidas a las limitaciones de un convertidor numérico-analógico. El resultado de ello es que el procedimiento permite sintetizar señales de muy alta dinámica con una resolución óptima. La elaboración de las señales de forma de onda 3
4 ES T3 6 S0 y de atenuación A se efectúa ventajosamente por una unidad de cálculo, tal como un microordenador, programado en función de la aplicación considerada. Los valores de atenuación A pueden programarse previamente por ejemplo en el caso de una serie de pruebas previstas por anticipado, o bien impuestos por el operador desde el teclado del microordenador. La figura representa esquemáticamente una variante del procedimiento según la invención. Conforme a esta variante, se efectúa la atenuación por medio de varios atenuadores 2A, 2B montados en cascada y accionados respectivamente por señales numéricas de atenuación A1, A2. Esta realización modular permite ampliar a voluntad las zonas de variación de la atenuación utilizando circuitos standard. La figura 6 muestra un ejemplo de realización detallada de un sistema que permite la realización del procedimiento según la invención. Esta realización se presenta dentro del marco de una aplicación a pruebas psico-acústicas. La unidad de calculo 3 es un microordenador dotado de un microprocesador que trabaja sobre palabras de por lo menos 8 bits. El microordenador está conectado por un bus B1 al convertidor numérico-analógico 1. La salida v0 del convertidor 1 está conectada a la entrada analógica del atenuador programable 2, que suministra en salida la señal de síntesis v. Por otra parte, el microordenador 3 está conectado a la entrada numérica de programación del atenuador 2 por intermedio de una tarjeta de interfaz paralela 4 y de un segundo bus B2. Los buses B1, B2 constituyen dos conexiones paralelas que sirven para conducir respectivamente las señales de forma de onda S0 y de atenuación A. La tarjeta de interfaz paralela 4 tiene como fin mantener constante el valor de la atenuación A. En la práctica, la tarjeta 4 y el convertidor 1 quedan conectados en el fondo del microordenador y reciben sus informaciones por un bus conforme al nivel previsto para el microordenador. Para efectuar las pruebas psico-acústicas, se completa el sistema con una sumadora 9, una primera entrada de la cual recibe la señal de síntesis v y una señal denominada de máscara, constituida por un ruido de amplia banda de frecuencia, de amplitud fija suministrada por un generador deruidoblanco8. Lasalidadelasumadora9alimenta un transductor electro-acústico, del tipo de casco de escucha. El casco 6 lo lleva el oyente dentro de un local insonorizado en el cual se ha situado un terminal comunicado con el microordenador 3 por una conexión en serie 7. Para efectuar una experiencia de psico-acústica destinada a medir los rendimientos de filtrado del sistema auditivo, se mezcla la señal de máscara b y una señal de síntesis v de forma sinusoidal cuya amplitud y frecuencia varían en el curso de la experiencia. La amplitud debe ser extremadamente precisa (tolerancia típica de 0,1 decibelio) y considerablemente variable (80 decibelios). La frecuencia de esta señal está igualmente regulada con precisión. Las señales v y b combinadas en la sumadora 9 son presentadas al oyente que debe indicar si detecta la señal sinusoidal. Según sea su respuesta, debe modificarse la amplitud de la señal. Esta modificación puede efectuarse por el usuario mediante el terminal. Este terminal podrá utilizarse igualmente para captar las respuestas del usuario y transmitirlas al microordenador 3 por la conexión 7. La experiencia puede ser así totalmente regulada por ordenador. Atítulo de ejemplo no limitativo, daremos finalmente unas referencias de materiales utilizables para constituir el sistema de la figura 6. El ordenador 3 es el modelo Mackintosh IIx de la Sociedad APPLE, conectado al convertidor 1 por una conexión NuBus. El convertidor 1 es el modelo NB-A20 de la Sociedad National Instruments cuya plena resolución (16 bits) puede ser utilizada. El atenuador programable 2 está comercializado por la Sociedad Wilsonics Patt y la interfazparalela4eselmodelonb-dio32de National Instruments
5 7 ES T3 8 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para producir una señal analógica de síntesis (v) a partir de una señal numérica (S) que consiste: -enponerdichaseñal numérica (S) bajo la forma de una primera señal numérica de forma de onda (SO) representada por, como máximo, un número predeterminado (n) de bits (b1, b2, bn) superior a 1 y de una segunda señal numérica de amplitud (A), - en convertir dicha primera señal numérica (SO) en una tercera señal analógica (v0) por medio de un convertidor numérico-analógico (1) dimensionado para convertir números binarios que comprendan un número de bits igual como máximo a dicho número predeterminado (n) y - en modular dicha tercera señal analógica (v0) por la citada segunda señal numérica (A) por medio de por lo menos un atenuador programable (2, 2A, 2b) que recibe la mencionada tercera señal analógica y la citada segunda señal numérica (A) en su entrada numérica de programación de atenuación. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas primera y segunda señales numéricas (SO, A) son producidas por una unidad de cálculo (3) dotada de por lo menos un micro-procesador que opera sobre palabras de porlomenos8bits. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2,caracterizado porque el citado atenuador programable (2, 2A, 2B) está dimensionado para permitir una atenuación de por lo menos decibelios. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el citado atenuador programable (2, 2A, 2B) se ha previsto para lograr una precisión mejor que centésimas de decibelio.. Sistema de síntesis de una señal analógica (v) para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende: - una unidad de cálculo (3) para elaborar dichas primera y segunda señales numéricas (SO, A), - un convertidor numérico-analógico (1), - una primera conexión paralela (B1) que comunica la citada unidad (3) con la entrada de dicho convertidor numérico-analógico (1) para transmitir dicha primera señal numérica (SO), - una segunda conexión paralela (B2) que comunica la citada unidad (3) con la entrada numérica de programación del mencionado atenuador (2, 2A, 2B) para transmitir la citada segunda señal numérica (A) y porque la salida del convertidor numérico analógico (1) está conectada a la entrada analógica del atenuador (2, 2A, 2B). 6. Sistema de síntesis según la reivindicación, caracterizado porque la citada unidad de cálculo es un microordenador y porque dicha segunda conexión paralela (B2) comprende una tarjeta de interfaz paralela (4) insertada entre una salida paralela de dicho microordenador y la entrada numérica de programación del atenuador (2, 2A, 2B). 7. Aplicación del sistema de síntesis según una de las reivindicaciones ó 6, para efectuar pruebas psico-acústicas, sirviendo dicha señal analógica de síntesis (v) para activar un transductor electro-acústico (6), del tipo casco o análogo, que se coloca un usuario. 8. Aplicación del sistema de síntesis según la reivindicación 7, caracterizado porque la citada segunda señal numérica (A) es modificable por el usuario. 9. Aplicación del sistema de síntesis según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizada porque la mencionada señal de síntesis (v) puede mezclarse a una señal de ruido (b) antes de aplicarse al referido transductor (6). 0 6 NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva.

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