FR2485836A1 - Circuit de suppression des effets de modulation en frequences intermediaires dans des compresseurs, des expanseurs et des dispositifs de reduction des bruits - Google Patents

Abstract

LE CIRCUIT SELON L'INVENTION COMPORTE ESSENTIELLEMENT UN COMPRESSEUR 26 AVEC UN FILTRE PASSE-BANDE 22 POSSEDANT UNE FREQUENCE DE COUDE ET UNE PENTE TELLES QUE LES REGIONS D'EXTREMITE DE LA BANDE PASSANTE SONT PRATIQUEMENT EXCLUES DE LA COMMANDE DU COMPRESSEUR. UN CIRCUIT 28 ATTENUE EN OUTRE LES REGIONS D'EXTREMITE DE LA BANDE PASSANTE.

Description

La présente invention concerne d'une façon Réné- rale les circuits qui modifient la plage dynamique de signaux, à savoir les compresseurs qui compriment la pla ge dynamique et-les expanseurs qui dilatent la plage dynamique. Plus particulièrement, l'invention s'applique au traitement de signaux de son, bien qu'elle puisse aus Si S s'appliquer à d'autres signaux.

Des compresseurs et des expanseurs sont normalement utilisés ensemble (système compresseur-expanseur) pour effectuer une réduction des bruits; le signal est compressé avant sa transmission ou son enregistrement et il est expansé après sa réception ou sa restitution à partir du canal de transmission. Mais des compresseurs peuvent oestre utilisés seuls pour réduire la plage dynami- que, c'est-à-dire pour répondre à la capacité d'un canal de transmission, sans expansion ulterieure quand le signal compressé convient au but final.En outre, des compresseurs seuls sont utilisés dans certaine appareils, particulièrement des appareils de reproduction sonore qui ne sont destinés qu'à transmettre ou enregistrer des signaux compressés, diffusés ou enregistrés préalablemente
Des expans.eurs seuls sont utilisés dans certains appareils, particulièrement des appareils de reproduction sonore qui ne sont destinés qu'à recevoir ou à restituer des signaux diffusés ou enrepistrés préalablement et déjà compressés.Dans certains appareils, particulièrement des appareils d'enre.istrement sonore et de reproduction, un même dispositif est souvent réalisé de manière à fonctionner dans un mode commutable, comme un compresseur pour ltenregistrement des signaux et comme un expanseur pour la restitution des signaux compressés, diffuses ou en-rezistrés préalablement.

Il est connu que les canaux de transmission pos redent des caractéristiques qui dépendent de la fréquence. Par conséquent, le spectre de fréquences de signaux reçus ou restitué s est modifié et, lorsque des signaux compressés sont appliqués à un canal de transmission, l'expansion complémentaire de ces signaux est dégradée par les caractéristiques en fréquences du canal de transmission.

Dans les systèmes de réduction des bruits du type à compresseurs-expanseurs, la complémentarité impose non seulement que l'expanseur possède essentiellement des caractéristiques inverses de celles du compres- seur, mais également que le canal-de transmission entre le compresseur et l'expanseur préserve les amplitudes relatives du signal à toutes les fre'quenoes dans la largeur de bande des signaux compressés. A la réception par l'expansqur, les variations des niveaux relatifs produites par le canal de transmission ne peuvent se distinguer du traitement des signaux par le compresseur. Par conséquent, une erreur dans le canal de transmission entrat- ne que les signaux expansés diffèrent des signaux dlen- trée du compresseur.Ces différences peuvent titre notables et audibles, en fonction du contenu spectral des signaux. Avec des taux élevés de compression et dlexpan- sion, les erreurs dans le canal de transmission deviennent plus importantes. En général, l'effet le plus audible n'est pas effet direct sur les signaux eux-mames de fréquences très élevées ou très basses, mais plutôt l'effet de modulation des signaux entre les extrémités de la largeur de bande, entratnée par le fait que les signaux de fréquences extrtmes, hautes et basses, n'atteignent pas l'expanseur. Dans le cadre de la présente description, cet effet sera appelé l'effet de modulation au milieu de la bande.

Dans les compresseurs-expanseurs à large bande une erreur d'amplitude à la fréquence de commande se manifeste au mime degré dans toutes les autres parties du spectre. Gela peut titre acceptable ou non. Dans les compresseurs-expanseurs à bande glissante, qui seront dé- crits par la suite, si les fréquences de commande sont aux extrémités de la largeur de bande, des erreurs à ces fréquences sont multipliées aux fréquences intermédiaires.

(Inversement, si les fréquences de commande sont interme- diaires, comme a l'accoutumée, alors les erreurs aux ex trémités de la bande sont reduites : avantage en faveur des compresseurs-expanseurs à bande glissante).

Dans la présente description, l'expression "canal de transmission" définit toutes les parties d'un système entre un compresseur et un expanseur.

Dans le cas des systèmes de réduction des bruits qui enregistrent des signaux compressés sur un support à largeur de bande relativement étroite, par exemple une bande magnétique à faible vitesse, comme c'est le cas des cassettes, il est particulièrement difficile d'obtenir une expansion complémentaire précise de signaux compressés. Cela est dA à l'incapacité de ce circuit d'offrir une réponse d'amplitude plane du signal, particulièrement aux fréquences basses et élevées. Mais ce problème existe mame dans les systèmes professionnelsde compresseur et d'expanseur.

L'impossibilité apparait après le compresseur
peut résulter de l'enregistreur, de la bande, de l'unité de reproduction ou de la combinaison, y compris les filtres limiteurs de la largeur de bande. D'une fa çon similaire, dans d'autres dispositifs, par exemple de reproduction par modulation de fréquence ou par satellite, les erreurs apparaissent après la compression dans l'émetteur, le -support qui transmet le signal diffusé, le récepteur ou leur combinaisons. Dans la pratique des systèmes à compresseur-expanseur, il s'est avéré nécbs- saire d'introduire des filtres à coupure brusque avant le compresseur et avant l'expanseur. Ces filtres sont au moins des filtres passe-bas mais comprennent de préférence également des sections passe-haut. Ces filtres de limitation de bande ont des fréquences de coude sur les bords ou à l'extérieur de la bande passante utile de l'ensemble afin de ne pas en limiter la largeur de bande. Ces filtres remplissent diverses fonctions:
a) atténuation des composantes de sous-porteuse et de la fréquence pilote à lg kHz utilisée pour la diffusion à modulation de fréquence afin d'éviter les sifflements par battement et les erreurs d' alignement de codage et de décodage des circuits de traitement de réduction de bruit.

b) atténuation de la fréquence de polarisation de l'enregistreur sur bande qui peut fuir vers les circuits de signaux, afin d'Qviter les erreurs d'alignement de codeur et de décodeur.

c) atténuation des composantes à haute fréquence ou supersoniques dans le signal d'entrée du codeur, dont il pourrait autrement résulter des produits d'intermodulation audiblaset/ou des sifflements de polarisation.

d) atténuation des bruits supersoniques de bande ou autres bruits du canal de transmission à l'entrée du décodeur afin d'éviter les erreurs d'alignement de codeur et de décodeur.

e) une définition de la largeur de bande du signal pour faciliter la complémentarité dans la réponse du codeur/décodeur.

Dans des applications professionnelles, il est souhaitable d'utiliser un filtre de limitation de largeur de bande à haute fréquence (par exemple à 20 - 25 kHz) et de préférence également un filtre de limitation de largeur de bande à basse fréquence, par exemple à 20 Hz).

Strictement parlant, si un canal idéal est présent entre le codeur et le décodeur, le filtre d'entrée du décodeur peut titre déconnecté car son introduction peut entratner dans certaines situations du signal, une légère non-complémentarité (le signal du codeur est soumis à un étage de filtrage ; le décodeur est soumis à deux étages de filtrage). Mais la suppression du filtre d'entrée du décodeur n' est pas praticable en raison des considérations a) à e) ci-dessus. Par conséquent, même en présence d'un bon canal entre la sortie du codeur et l'entrée du décodeur, la présence du filtre d'entrée du décodeur, très nécessaire, (pour des raisons de protection) conduit à un système non-complémentaire de par sa nature dans certaines conditions du signal.Pour cette raison, il convient de considérer le filtre entrée de l'expanseur comme une partie intégrante du canal de transmission.

L'invention a donc pour objet de permettre de supprimer les effets nuisibles sur la complémentarité dans des systèmes de réduction de bruits du type à compresseur-expanseur, résultant d'erreurs dans la réponse en amplitude du canal de transmission.

Autrement dit, un objet de l'invention est de permettre la suppression des effets nuisibles sur lacom plémentarité dans des systèmes de réduction de bruits du type à compresseurs-expanseurs, résultant d'erreurs de réponse en amplitude, apparaissant entre le compresseur et l'expanseur.

Un objet particulier de l'invention est de supprimer les effets de non-complémentarité aux fréquences très élevées (basses) qui produisent des effets audibles aux fréquences intermédiaires (pour réduire effet de modulation en milieu de bande). Un autre objet de l'inven- tion est de supprimer des effets nuisibles dans des systèmes dans lesquels la largeur de bande des signaux compressés dépasse la largeur de bande dans laquelle la réponse en amplitude du canal de transmission est relativement plate.

Un autre objet encore de l'invention est desupprimer ces effets nuisibles dans des systèmes de reproduction sonore à bande magnétique utilisant des cassettes ou autres supports de largeur de bande réduite, y compris la partie son des cassettes d'image et des disques d'image.

Un autre objet encore de l'invention est de réduire la modulation non complémentaire des signaux de fréquence moyenne (par exemple 500 Hz à 1 kHz ou environ) de faible niveau lorsqu'ils sont présents avec des signaux de fréquences extrgmement élevées (par exemple au-dessus de 10 kHz) dans aes systèmes à bande magnétique de reproduction sonore.

Un autre objet encore de l'invention est de réduire des effets de non-complJmentaritd introduits par l'utilisation des filtres d'entrée des expanseurs.

Un autre objet encore de l'invention est de réduire des effets précités dans des systèmes a bande glissante du type qui sera décrit par la suite.

Dans des systèmes limités en largeur de bande, la largeur de bande des fréquences des signaux compressés s' approche ou dépasse la largeur de bande utilisable du canal de transmission d'enregistrement et de reproduction et par conséquent, ces systemes sont particulièrement sensibles aux erreurs de réponse en fréquence a l'enregistrement et a la reproduction, particulièrement dans la région des bords de bande à fréquence élevée et à frequence basse.

Ce problème se présente sous deux aspects
I) la largeur de bande de s-ortie du compresseur peut dépasser la largeur de bande dans laquelle la réponse à ltenregis- trement et la reproduction est relativement plate dans les dispositifs de reproduction sonore autonomes, et 2) la largeur de bande de sortie du compresseur du disposi- tif utilisé pour préparer les bandes ou les disques enregistrés préalablement peut dépasser la largeur de bande dans laquelle la réponse de reproduction de l'appareil sonore est plate.

Bien que des erreurs puisent théoriquement apparai-- tre en n'importe quel endroit du spectre, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite, l'invention est orientée sur la suppression des effets des erreurs aux extrémités de la largeur de bande de l'ensemble, particulièrement sur la suppression des effets de modulation en milieu de bande, provoquées par ces erreurs.

L'invention qui apporte la solution du problème de la modulation au milieu de bande es-t plutôt surprenante par sa simplicité. Plus particulièrement, les signaux traités par le compresseur sont soumis à une coupure brusque des fréquences élevées (et/ou basses) avec une fréquence de coude située à l'intérieur de la bande passante utile du système, un peu au-dessous (au-dessus) de la fréquence à laquelle la réponse du canal de transmission ou d'enregistrement/ reproduction introduit des erreurs substantielles.

Ainsi, selon l'invention, une partie (ou des parties) du spectre du signal dans laquelle la reponse du canal de transmission ou de l'enregistrement et de la reproduction contient des erreurs, est (sont) atténuee(s) jusqu 'à un niveau tel que la partie attenuee soit pratiquement exclue de la commande de compression et d'expansion.

De preféyence, les signaux traites par l'expanseur sont soumis à une accentuation complémentaire, de sorte qu'une réponse en fréquence globale constante est maintenue,
Si une réponse en fréquence globale constante n'est pas nécessaire, l'invention peut etxe appliquée uniquement aux parties de compression de l'ensemble de compxesseur-expanseur.

Selon l'invention, le contenu spectral des signaux traités par le compresseur est modifié ou distordu ("dis- torsion spectrale") afin que l'effet du compresseur soit nettement moins sensible à l'influence des signaux au--delà de la fréquence de coupure brusque,
Dans un mode de réalisation de l'invention, un fil tre (ou un réseau) approprié es-t disposé dans le circuit des.

signaux de l'entrée du compres-seux (et de préférence un filtre complémentaire dans le circuit de signaux de la soxo tie de l'expanseur). Cette solution est preférée car elle n'impose qu'une faible quantité de composants de circuits et permet un fonctionnement à tous les niveaux du signal, Cependant, une disposition équivalente consiste à utiliser deux filtres : l'un dans le circuit de commande du compresseur et l'autre dans le circuit de signaux de la sortie du compresseur. D'une façon similaire, dans l'expanseur, un filtre est disposé dans le circuit de commande et l'autre dans le circuit de signaux à l'entrée du compreaseur, D'autres variantes sont possibles dans le cas. d'un compresseur ou d'un expanseur à double circuit (comme le décrivent par exemple les Brevets des Etats Unis d'Amérique UStPS 3 846 7,9 et US-PS Re-28 86) : un filtre approprié peut être disposé seule ment à l'entrée du circuit, ctté processeur, pour agir sur les signaux qui le traversent, et également le circuit de commande du trajet latéral ou la disposition equivalente à deux filtres peut convenir si un filtre est placé dans le trajet du circuit de commande latéral et l'autre dans le circuit de sortie du signal du trajet latéral.

Il est connu dans les systèmes à compresseurexpanseur de prévoir une coupure aux fréquences élevées sur le cYté compresseur de l'ensemble et une accentuation complémentaire sur le côté expanseur de l'ensemble afin de réduire la saturation de la bande magnétique comme cela est décrit par exemple dans les Brevets des
Etats Unis d'Amérique pS-PS 3 846 719, US-PS 4 072 914 et dans la revue Rundfiinktechnia-che Mitteilungen, 22ème année (1978) H.2, pages 63-74. Mais la coupure est progressive et ne suffit pas pour éviter que les signaux de niveau haut aux fréquences élevées (ou basses) dans la région de réponse incertaine de l'ensemble n'affecte le compresseur, comme cela est obtenu selon llinvention.

Il est connu d'après les publications précitées, de placer des filtres anti-saturation en différents points du circuit des signaux; avant et après le compresseur-expanseur et dans le compresseur-expanseur comprenant en meme temps son circuit de commande. Il y a donc de nombreuses positions possibles pour les filtres anti-saturation dans les circuits du compresseur et de l'expanseur, servant à réduire les signaux à fréquences élevées appliquées à la bande magnétique d'enregistrement.

ment. Au contraire, le circuit selon l'invention peut strie positionné de façon plus précise étant donné qu'il affecte le compresseur, et par conséquent l'expanseur, en modificant le spectre de fréquence des signaux que le compresseur traite.

Bien que l'invention ne soit pas orientée sur l'élimination des effets de saturation, elle facilite néanmoins dans une certaine mesure l'élimination de la saturation de labande magnétique. Mais étant donné que la fréquence de coude de coupure brusque est généralement située à une fréquence au-dessus (ou au-dessous) de la région dans laquelle les saturations commencent à apparattre, la saturation de la bande est traitée préférablement par d'autres moyens, comme cela est décrit par exemple dans Audio, Mai 198I, pages 20 à 26.

Comme avec les dispositions connues d'antisaturation, l'invention n'entrain pas une perte d'effet de réduction de bruit dans larégion où les signaux sont brusquement atténués en fonction de la fréquence. Mais la fréquence de coude dela coupure brusque de l'extrémité té des fréquences supérieures de l'ensemble se trouve à une fréquence relativement élevée dans la région à laquelle l'oreille humaine est beaucoup moins sensible aux bruits.En ce qui concerne l'application de l'invention à l'extrémité à basse fréquence de l'ensemble, l'oreille est aussi moins sensible et il n'existe essentiellement aucun bruit audible à ces fréquences dans les sytèmes correctement réalisés, méme avec une moindre réduction des bruits. Ltinvention concerne une distorsion spectrale seulement aux extrémités des fréquences élevées et/ou basses car en pratique, ces zones de fréquences sont les seules dans lesquelles la réponse en amplitude du canal de transmission produit des erreurs notables. Une autre raison est qu'une moindre réduction des bruits peut autre tolérée à ces extrémités, en raison de la réponse de l'oreille humaine.

Dans un autre système connu, un filtre pas se bande à douze dB/octave avec des fréquences de coude d'environ 20 Hz et 10 kHz est utilisé dans le circuit de commande d'un dispositif de réduction de bruit du type à compresseur-expanseur pour un enregistreur sur bande magnétique Stand Public à large bande (diffusé sous le nom de marque "dbx II". Mais cette disposition ne permet pas d'obtenir les résultats de l'invention car aucun filtre n'est prévu dans le circuit des signaux et un signal de haut niveau à fréquence élevée (basse) audelà de 10 kHz (ou au-dessous de 20 Hz) est amplifié en fonction du niveau des signaux qui sont présents dans la bande passante du circuit de commande.Par conséquent, cette disposition apporte une amplification excessive des signaux de haut niveau à fréquence élevée (basse), à l'extérieur de la bande de 20 Hz à 10 kHz, lorsqu'aucun signal de haute amplitude dansla bande de 20 Hz à 10 kHz n'est présent, ce dont il résulte une attaque excessive du canal de transmission.

Il est également connu dans un système de réduction de bruit d'image (brevet des Etats Unis d'Amérique US-PS 3 846 719) d'utiliser un filtre éliminateur de bande à coefficient de surtension variable réagissant au niveau chromatique, centré sur la fréquence de sousporteuse de télévision en couleur afin d'éviter que les signaux chromatiques ne provoquent de choc dans le compresseur-expanseur, éliminant ainsi laréduction des bruits aux fréquences inférieures à celles de la fréquence de sous-porteuse de chrominance. Ainsi , la fréquence centrale du filtre se trouve entre les extrémités de la largeur de bande des signaux et à l'intérieur de la réponse prévisible du canal de transmission du système et en outre, cela n'a pas pour but d'éliminer les erreurs de réponse à l'enregistrement et à la reproduction, but que poursuit l'invention.

Il est également connu que prévoir des filtres passe-bas, passe-bande et passe-haut à 12 dB/octave dans les circuits latéraux des compresseurs et expanseurs à deux circuits (Brevet des Etats Unis d'Amérique
US-PS 3 F46 719; Journal of the Audio Engineering Society, Volume 15, NO 4 Octobre 1967, pages 383-388). Mais ces filtres sont prévus pour un but entièrement différent, à savoir la séparation de bande de l'effet de réduction de bruit dans des circuits latéraux séparés, et n'affectent pas les fréquences extr & es supérieures et inférieures des signaux d'entrée du compresseur.

De même, les filtres de limitation de bande à coupure brusque déjà décrits ont des fréquences de coude situées volontairement à ltextérieur de la bande utile de l'ensemble, car ils ne sont pas destinés à affecter les fréquences extrêmes supérieure s et inférieures de la largeur de bande.

Il a donc été considéré comme indésirable de modifier substantiellement le spectre de fréquences dans la largeur de bande utilisable. Par exemple, dans 1' enregistrement professionnel, il est considéré comme impensable de situer au-dessous de 20 kHz, la fréquence de coude d'un filtre de limitation de bande supérieure.

De façon similaire dans la diffusion en modulation de fréquence, une limite de bande passante supérieure à 15 kHz est xigoureusement maintenue dans tous les étages du signal de son.

Bien que l'invention ne soit pas. limitée à son utilisation avec un type particulier de dispositif de réduction des bruits à compression-expansion et qu'elle améliore le fonctionnement de tous les types de compresseur-expanseur, y compris ceux à large bande, elle convient particulièrement à des systèmes de réduction de bruit à bande glissante. Des exemples de systèmes de ce genre sont donnés dans les Brevets des Etats Unis d'Amérique US-PS Re 28 426 et US-PS 3 757 .654. Dans ces circuits connus à bande glissante, la compression ou l'ex- pansion de signaux de son à fréquence élevée est obtenue en appliquant une accentuation des fréquences élevées (à la compression) ou une coupure (à ltexpansion) au moyen d'un filtre passe-haut avec une fréquence de coude inférieure variable. Quand le niveau du signal dans la bande des fréquences élevées augmente, la fréquence de coude du filtre glisse vers le haut de façon à rétrécir la bande accentuée ou coupée et à exclure le signal utile de l'accentuation ou la coupure.

Dans des dispositifs à bande glissante, un effet des incertitudes de réponse à lenregistrement/reproduc- tion est la modulation qui en résulte des signaux de fréquence moyenne à bas niveau lorsqu'un signal à fréquence élevée dans la région des incertitudes d'enregistrement/ reproduction est présent à l'entrée du compresseur. Dans des dispositifs à bande glissante à double circuit du type décrit dans le Brevet des Etats Unis d@Amérique US
PS-Re 28 426 précité, cet effet peut être supprimé en prévoyant une coupure brusque des fréquences élevées dans le circuit latéral du dispositif.Bien que cette configuration n'apporte de réduction brusque qu'aux niveaux moyens et faibles du signal, elle convient pour largement satisfaire les objets de l'invention dans des dispositifs à double circuit, à la fois du type à bande glissante (Brevet des Etats Unis d1mérique US-PS Re 28 426) et du type à bande fixe (Brevet des Etats Unis d'Amérique US-PS 3 846 719.

D'autres caractéristiques et avantages de lin- vention apparattront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et sur les dessins annexés à titre d'exemplesnullement limitatifs et sur lesquels
Les Figures 1 à 4 sont des schémas simplifiés montrant des variantes de positionnement du ou des circuits de distorsion spectrale selon l'invention,
la Figure 5 est une courbe de réponse montrant d'une façon générale la caractéristique d'un circuit de distorsion spectrale à fréquence élevée et de circuit de rétablissement complémentaire pour un enregistreur/reproducteur sur bande magnétique en cassette,
la Figure 6 est la courbe caractéristique de pondération de bruit selon le standard du comité consultatif international des radiocommunications (CCIR)
les Figures 7 à 10 sont des exemples de courbes de réponse d' enregistreurs/reproducteurs surbande magnétique en cassette,
les Figures 11 à 16 sont des exemples de courbes qui conviennent pour mieux faire comprendre ltinvention.

Les Figures 1 à 4 sont donc des schémas gdne- raux simplifiés qui montrent les différentes positions dans lesquelles peuvent être placés les circuits de distorsion spectrale selon l'invention.

Sur la Figure 1, qui représente le mode de réalisation préféré , et le plus simple, le circuit de distorsion spectrale (comprenant une section de basse ou de haute fréquence) ou les circuits de distorsion spectrale (comportant à la fois des sections de basse et haute fréquence), désignés par 2, est ou sont situés dans le circuit du signal d'entrée vers un compresseur 4 dont le signal de sortie est appliqué à un canal de transmission
N. Sur le côté de la reproduction du canal N, un expanseur complémentaire 6 traite le signal reproduit et l'ap- plique à un ou plusieurs circuits 8 de rétablissement spectral , en option, possédant une ou plusieurs caractéristiques complémentaires de celles du circuit ou des circuits d'entrée du compresseur.Cette position du circuit est particulièrement avantageuse lorsque le compresseur et l'expanseur comprennent chacun deux ou plusieurs dispositifs en série, comme cela est décrit dans Audio, Mai l9BI, pages 1 à 26.

La Figure 2 illustre une configuration équivalente qui, en pratique, n'est pas préférée car elle est plus complexe, impose des circuits supplémentaires et est plus conteuse. Dans cette configuration équivalente, un ou plusieurs circuits 10 de distorsion spectrale sont placés dans le circuit de commande du compresseur et un ou plusieurs autres circuits de rétablis- sement spectral 12 dans le circuit de sortie de signal du compresseur.Si le rétablissement en option est utilisé sur le côté de reproduction, un ou plusieurs circuits complémentaires 14 de rétablissement sont utilisés dans le circuit d'entrée de signal de l'expanseur, et un ou plusieurs circuits de distorsion spectrale 10 avec les mêmes caractéristiques que le ou les circuits 10 du circuit de commande du compresseur sont placés dans le circuit de commande de l'expanseur 6 . Les caractéristiques des circuits 4 et 12 peuvent différer de celles du ou des circuits 2, et peuvent différer entre elles, pour obtenir les mêmes résultats globaux que le ou les circuits 2. Cette observation s'applique également aux circuits 14 et 16.Si le compresseur 4 et l'expanseur 6 comprennent chacun des dispositifs en série, de la manière décrite dans l'article précité, un ou plusieurs circuits 10 de distorsion spectrale ne sont nécessaires que dans le circuit de commande du premier compresseur et un ou plusieurs circuits 12 sont situés seulement dans le circuit de sortie du premier dispositif en série du compresseur alors (qu'en option) un ou plusieurs circuits 14 n'est prévu que dans le circuit d'entrée du dernier dispositif en série de l'expanseur avec un ou plusieurs circuits 16 dans son circuit de commande seulement.

Les Figures 3 et 4 illustrent la position des circuits de distorsion spectrale dans les circuits latéraux de compresseur et expanseur à deux circuits. Ces configurations de compresseur et d'expanseur sont bien connues en elles-moemes et ne seront pas décrites en détail. Mais il existe deux formes principales pour l'autre circuit N (20). Une variante (Figures 7 et 8 du Brevet des Etats Unis d'Amérique NO US-PS 3 846 719) consiste en un filtre suivi par un limiteur commandé qui limite progressivement au fur et à mesure que le niveau du signal augmente, à la commande d'un signal de commande redressé et filtré.Une autre variante (Brevet des Etats Unis d'Amérique US-PS Re 28 86) consiste en un filtre passe-haut à bande glissante dont la bande passante est progressivement rétrécie par le signal de commande de manière à exclure les composantes du signal de grande amplitude à la sortie du filtre.

Des valurs avantareuses de fréquence de coude pour les filtres variables sont de l'ordre de 375 Hz à l'état de repos, mais en rétrécissant progressivement la bande passante supérieure en réponse au signal de commande.

Des compresseurs et expanseurs à deux circuits (séparés ou en série) peuvent aussi autre utilisés dans les confiurations des figures 1 et 2.

Selon la Figure 3, le circuit ou les ciruuits 18 de distorsion spectrale est ou sont placés dans le circuit de signal d'entrée du circuit latéral 20 de réduction de bruit du compresseur 22 et, (en option) de l'expanseur 24. La Figure 3 représente une configuration équivalente conjointement avec un compresseur 26 et un expanseur 28 du type à bande glissante. Dans cette configuration équivalente, un circuit ou plusieurs circuits 28 de distorsion spectrale sont placés dans le circuit de commande du circuit latéral 30, commandant un circuit de filtre 32 à bande passante variable ou à bande glissante.

Un autre circuit 34 de distorsion spectrale est placé à la sortie du circuit latéral. En option, les mêmes circuits sont placés dans le circuit latéral de l'expanseur.

Les configurations des figures 1 et 2 sont préférées à celles des figures 3 et 4 car elles agissent à tous les niveaux du signal et par conséquent réduisent aussi les effets de surcharge du canal ou de saturation de la bande magnétique à l'extrémité ou aux extrémités de la bande.

Bien que les figures 3 et 4 ne montrent qu'un seul circuit latéral, plusieurs circuits latéraux peuvent autre utilisés, comme le décrit par exemple le Brevet des Etats Unis d'Arn8r3iqne NO US-PS 3 846 719 précité. En outre, les circuits latéraux peuvent autre réalisés de manière que le circuit latéral de compresseur présente une configuration en réaction et que le circuit latéral de l'expanseur présente une configuration d'attaque directe comme le décrit par exemple le Brevet des Etats Unis d'Amérique US-PS 3 903 485.Lorsque des dispositifs à deux circuits en série sont utilisés dans un compresseur et un expanseur, par exemple du type décrit dans Audio
Mai l98It pages 20 à 26, il suffit d' utiliser un ou plusieurs circuits de distorsion spectrale dans le premier dispositif en série du compresseur et, en option, dans le dernier dispositif en série de l'expanseur, bien que la configuration de la figure 1 soit préférable.

La caractéristique de distorsion spectrale conprend de préférence:
f) une fréquence de coude de coupure dans la région dans laquelle la réponse du canal de transmission ou de l'enregistreur sur bande, y compris celle du filtre de bande passante de l'expanseur, est raisonnablement strie, c'est-à-dire quelque peu au-dessous (audessus) de la fréquence à laquelle la réponse du canal de transmission ou de l'enregistreu sur bande est incertaine ou commdnqe à décroître.

b) une coupure brusque pour obtenir une limite bien définie des fréquences de commande du circuit.

c) une forme bien définie suivant la coupure de manière à permettre la création facile de la caractéristique inverse pendant la reproduction ou la restitution, et maintenir ainsi une réponse en fréquence globale constante (si cela est désiré).

d) une forme qui tire le plus grand profit de la caractéristique de sensibilité au bruit à bas niveau de l'oreille humaine, c'est-à-dire une chute de réponse en fréquence aussi brusque et aussi profonde que possi ble sans introduction une augmentation sensible du ni- veau de bruit lors de l'utilisation de la caractéristique complémentaire pendant la reproduction.

Bien que la caractéristique de distorsion spectrale réduise de façon efficace l'effet de réduction de bruit au-dessus (au-dessous) de la fréquence de coude brusque, si la fréquence est supérieure à environ 8 kHz (ou inférieure à environ 50 Hz), un bruit accru est pas audible en raison de la réponse de l'oreille humaine aux bruits de bas niveau de fréquence élevée et basse, particulièrement si le niveau de bruit est extrtmement bas comme c1 est le cas lorsque l'invention est appliquée à un compresseur-expanseur d'enregistrement sur bande magnétique. Cet aspect quelque peu surprenant de l'inven- tion a été vérifié expérimentalement.

Une justification de ce traitement peut égal e- ment ressortir de la forme de la courbe de pondération de bruit du Comité Consultatif International de Radiocommunication CCIR, représentée sur la Figure 6. La courbe suit la sensibilité de l'oreille humaine aux bruits de faible niveau. Il faut noter que la sensibilité est faible aux basses fréquences et décrit aussi très rapidement au-dessus d'une crotte à environ 6 à 7 kHz.

Il existe donc un besoin réduit psycho-acoustique de maintenir une réduction substantielle des bruits aux fréquences supérieures à 8 à 10 kHz. C'est la contre-partie aux fréquences élevées de la possibilité observée des systèmes de réduction de bruit d'apporter une réduction de bruit subjectivement importante mQme Si des basses fréquences peuvent ttre que peu traitées, sinon pas du tout. Une bonne réalisation peut éliminer le. ronflement qui, dans l'enregistrement sur bande magnétique en cassette, est le seul bruit à basse fréquence qui soit sélectivement gênant.

Dans les dispositifs professionnels de réduction des bruits, dans lesquels la réduction des bruits à basse fréquence est prévue comme une assurance contre des problèmes de ronflement non prévus, il n'est généralement que peu nécessaire de réduire les bruits au-dessous de la composante de ronflement La plus basse, qui peut apparaître (c'est-à-dire 50 Hz).

Particulièrement à l'extrémité des fréquences élevées du spectre, ltutilisation d'un circuit de distorsion spectrale n'éliniine ni ne remplace un filtre global de limitation de bande, quelque fois appelé de façon populaire un "filtre multiplex" (PI). Les raisons en ont déjà été données. Comme cela a été expliqué, un filtre de limitation de bande généralement uti lisé à L'enregistrement et à la reproduction remplit plusieurs fonctions qui ne sont liées qu'extérieurement à celles décrites dans la présente description. Par conséquent, même dans le cas d'un canal de signaux idéal, il est souhaitable de disposer au décodage et au codage à la fois : 1) de filtres de limitation de largeur de bande; et
2) de circuits de distorsion et de rétablissement spectral.

Le ou les circuits de distorsion spectrale (2, 10, 12, 18, 28, 34) produisent une montée et une descente brusque, comme le montre la Figure 5. Les lignes pointillées sont destinées à montrer que la fréquence élevée finale (réponse à fréquence basse) n'a pas à autre précisément celle représentée en traits pleins.

Une forme appropriée de circuit de distord sion spectrale (2, 1O, 12, 18, 28, 34) est un filtre passe-bas (passe-haut) à coude brusque, avec une pente de 18 dB par octave, et avec une fréquence de coude dans la partie de décroissance rapide de la courbe de pondération de bruit du CCIR (Figure 6) et au-dessous (audes sus) de la fréquence de coupure supérieure du canal de transmission. Un coude ou une fréquence de coupure d'environ 8 à 10 kHz (5V Hz) à l'extrémité des fréquences basses) pourrait convenir pour une platine de bande magnétique de haute quaLité possédant une réponse utile mais incertaine au-delà de 15 kHz environ (ou à l'ex- trémité des fréquences basses à 30 - oO Hz).

Le circuit pourrait également se présenter sous la forme d'un circuit d'accentuation avec environ un seuil à 10 dB comme le montre la Figure j.

Une autre forme de circuit qui convient est un filtre éliminateur de bande avec une fréquence centrale d'environ 2 kHz (20 Hz), un facteur de surtension tel qu'une fréquence de coude d'environ 8 à 10 kHz (40 Hz) soit obtenue, et une profondeur de l'ordre de 10 dB. Un double filtre éliminateur de bande accordé (accord étagé) peut aussi autre utilisé, particulière ment dans les applications professionnelles afin d'obtenir une plus lare bande globale éliminée, la seconde bande étant placée à une fraction d'une octave au-dessus de la première bande (par exemple 1/3 octave ).

Il est apparu expérimentalement qu'une profondeur de l'ordre de 10 à 15 dB élimine l'effet de modulation en milieu de bande dans les cas-les plus difficiles.

Il s'est avéré cependant qu'une profondeur aussi faible que 6 dB apporte une amélioration substantielle de l'effet de modulation en milieu de bande, particulièrement si la coupure est très brusque, par exemple à 18 dB par octave.

Si une réponse globale plate est désire, le même circuit et/ou des circuits complémentaires 8, 10, 14, 18, 28 et 34 sont utilisés dans la partie de reproduction ou de restitution de l'ensemble.

En ce qui concerne particulièrement les caractéristiques des appareils d'enregistrement et de reproduction de son sur bande magnétique en cassette compacte, et pour mieux apprécier l'invention, il y a lieu de se reporter aux figures 7 à 9 qui représentent des courbes mesurées de réponse en fréquences élevées à des niveaux d'entrée suffisamment bas pour éviter la saturation de la bande magnétique dans divers types d'enregistrement sur cassette. La Figure 10 représente des courbes de réponse à fréquences élevées à plusieurs niveaux d'entrée pour un autre type dtenregsistreur sur cassette. Il faut noter que selon la figure 7, la réponse de llenregis- treur décroît rapidement au-delà de -10 kHz.La Figure 8 montre une montée de la réponse, commençant aux environs de lO kHz avec une crotte prononcée à environ 17 kHz.

La réponse de la Figure 9 présente une cette à fréquence élevée, à 15 kHz, avec une décroissance rapide de la réponse au-delà de cette fréquence. La réponse de la figure 10 pour un niveau de -20 dB évitant la saturation, est presque idéale, suffisamment plate jusqu'à 20 kHz. Mais cette bonne réponse est rare.

Ainsi, le choix d'une fréquence de coude d'un circuit de distorsion spectrale de fréquences élevées à environ 10 kHz est un bon choix pour les dispositifs de ce genre car les courbes de réponse des Figures 7 à 10 montre que pour les niveaux au-dessous de la saturation, l'enregistreur courant bien réglé ne présente que peu de déficience de réponse au-dessous de 10 kHz.

Ainsi, le circuit de distorsion spectrale assure à la plupart des niveaux qu'il n'y a pratiquement aucune discordance de niveau dans le signal de commande de lecture résultant d'incertitude de réponse aux fréquences extrtmement élevées. Une fréquence de coude dtenvi- ron 10 kHz est un bon choix pour les dispositifs de ce genre car, en outre, la fréquence se trouve dans la partie de décroissance rapide de la courbe de pondération de bruit du CCIR (Figure 6), et par conséquent, une moindre réduction de bruit peut être tolérée par 1' oreille. humaine.

Dans le choix d'une fréquence de coude appropriée pour un circuit de distorsion spectrale, le réalisateur peut choisir des fréquences approximatives différentes de 13 kHz, sur la base des paramètres de son appareil. Par exemple, dans le cas d'un canal de transmission de plus haute qualité, une fréquence de coude plus élevée peut entre acceptable. En ce qui concerne les appareils à cassette du type dont les caractéristiques sont représentées sur les figures 7 à 10, une fréquence acceptable de coude à haute fréquence peut se situer entre environ 10 kHz et environ ll à 12 kHz.En outre, bien qu'un filtre d'environ 18 dB par octave soit souhaitable pour assurer que des sig- naux delaut niveau à fréquence élevée (basse) ne commandent pas le compresseur, une coupure moindre à 12 dB par octave permet d'atteindre les objectifs de l'invention pour la plupart des signaux. Des atténuations plus brusques que 18 dB par octave présentent des difficultés pour le rétablissement complémentaire et sont plus coûteuses.

Le taux de coupure nécessaire du filtre dépend en partie de la sensibilité du compresseur aux signaux au-delà de la fréquence de coupure du filtre. Il y a lieu d'examiner par exemple le compresseur à bande glis- sante à deux circuits décrit dans le Brevet de Etats
Unis d'Amérique US-PS Re 28 426 précité. Dans ce dispositif, une pre-accentuation des fréquences élevées est utilisée dans le circuit de commande du compresseur, de manière que si un signal tel que celui représenté sur la
Figure Il est appliqué au compresseur (un tel signal peut autre produit par un son de percussion à large bande), la pré-accentuation du circuit de commande entrain pour le signal un spectre d'énergie tel que celui représenté sur la Figure 12.Le spectre du signal pré-accentué comporte une crête . Après redressement, cette cette forme le signal continu de commande de l'effet de bande glissante du compresseur.

La Figure 13 illustre les réponses incertaines en fréquence du canal enregistreur sur bande magnétique, représentées pour quatre enregistreurs sur bande en cassette A, B, C et D. L'effet du spectre de la Figure 12 est dtentratner la présence de quatre spectres différents dans le circuit de commande de llexpanseur (décodeur) dont il résulte quatre signaux continus différents de commande. Il est clair qu'il en résulte des erreurs de décodage.

Dans ce cas, sous l'effet d'une caractéristique souhaitable du circuit de distorsion spectrale, lle:cpan- seur (décodeur) produit le mame signal continu de commande dans chaque cas, par exemple comme le montre la
Figure 15. Une caractéristique de circuit avec une fréquence de coude d'environ 10 kHz, comme le montre la
Figure 5, convient. Il faut noter que le circuit n'élimine pas le glissement de la bande de fréquence; au contraire, elle peut titre seulement légèrement réduite. Mais le glissement (ou la compression comme dans le système à séparation de bande du Brevet des Etats Unis d'Amérique US-PS 3 846 719) devient maintenant récupérable pendant la reproduction.

Il faut noter que l'objet essentiel de l'inven- tion ressort de la Figure 15 -à savoir d'assurer que la mame crate dans le spectre du signal alternatif de commande est présente au point de redressement, à la fois dans le compresseur et dans l'expanseur.

En ce qui concerne les systèmes à bande glissante du type mentionné ci-dessus, le circuit de distorsion spectrale est particulièrement utile en ce qulil supprime la modulation à fréquence moyenne provoquée par la présence de signaux à fréquence élevée et à niveau élevé dans le compresseur, et qui ne sont pas récupérés et apliqués à l'expanseur. Cet effet de modulation qui se présente très rarement dans les sources musicales réelles concerne le fonctionnement de base du dispositif à bande glissante avec des canaux de signaux imparfaits: Un sip- nal prédominant commande de façon effective la caractéristique de fréquence de bande glissante et peut provoquer des effets audibles lorsque ce signal se situe à une fréquence élevée qui n'est pas restituée à la reproduction.Si ce signal prédominant se trouve à une fréquence élevée, nettement au-dessus de la fréquence d'un signal à fréquence moyenne et à niveau bas, l'effet de modulation à fréquence moyenne est audible si le signal à fréquence élevée est intermittent, par exemple des sons de percussion, des frottements de cimbales, par exemple, et cet effet n'est pas reproduit avec le mame niveau par l'enregistreur sur bande magnétique. Dans ce cas, les signaux à fréquence moyenne sont modulés en amplitude, m8me après décodage, car le signal à fréquence élevée entratne une variation de la réponse en fréquence à bande glissante sans expansion complémentaire dans le décodeur de reproduction.Il faut noter que cet effet n'est pas de la nature d'un effet de saturation de la nature d'un effet de saturation de bande magnétique; il peut résulter d'nne polarisation et d'une correction incorrectes ou de pertes dans l'entrefer, une mauvaise orientation, etc. Mais il est clair que l'effet peut titre pire s'il y a également saturation dans la ré gion des fréquences de commande.

Ce problème des effets de modulation à fréquence moyenne, à bas niveau, peut autre bien compris en re
Fard de la Figure 16 qui montre des résultats obtenus lorsqu'une série de courbes de tonalité d'essai utilisant un signal à 15 KHZ à des niveaux de O à -60 dB et au-dessous, et une tonalité dressai à bas niveau de fréquence variable à -65 dB sont enregistrées et restituées sur un système à bande glissante.

Il faut noter que si 11 amplitude d'un signal dominant à 15 kHz augmente de -60 dB à par exemple -50 dB, la sortie du compresseur change d'environ 2 dB.

Ce changement de 2 dB doit Strepréserv exactement dans le traitement d'enregistrement en raison de la dépendance entre la dynamique des fréquences moyennes et ce signal dominant (un changement d'environ 10 dB est produit dans la région des 1 kHz). Ainsi, une erreur de reproduction dans la région des fréquences de commande est multipliée substantiellement dans la région des fréquences moyennes.

Si un dispositif de réduction des bruits traite les fréquences basses, il apparait un effet correspondant sur ces fréquences basses. Un ronflement de fré quance extrtmement basse dans le signal d'entrée du compresseur peut déclencher les circuits de ce dernier.

Si l'enregistreur ne reproduit pas les composantes de ronflement, les effets de modulation de signal à la sortie de l'expanseur sont évidents.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   I - Compresseur de signaux destiné à un dispositif de transmission de signaux dans leque.l un signal compressé est appliqué à un canal de- transmission qui est à son tour connecté à un expanseur, dans lequel la reponse en amplitude relative du signal dans le canal de transmission entre le compresseur et l'expanseur est incertaine dans les régions d'extrémité et fréquences élevées, ou des fréquences basses, ou des deux, de la largeur de bande utile de signaux appliqués au compresseur, le taux de compression du compresseur étant commandé en fonction de caractéristiques de fréquence et de niveau d'amplitude desdits signaux appliqués, carac térisé par le fait que le compresseur (26) comporte des moyens de filtrage (32, 28) tels que lesdites régions d'extrémité de fréquences- élevées ou de fréquences basses, ou les deux, soient pratiquement exclues de la commande dudit compresseur, et que soient atténuées lesdites régions ex trimes de fréquences élevées, ou de frequences--bas-ses, ou les deux, dans le signal compressé,
2. 2 - Compresseur selon là revendication l, caractérisé en ce que les moyens de filtrage comportent au moins un circuit (34) de réjection de bande avec au moins une coupure brusque et une fréquence de coude situées de manière à atténuer lesdites régions d'extrémité de frequences élevées ou de fréquences basses ou les deux.
3. 3 - Compresseur selon la yevendication 2? caractérisé en ce que ledit circuit (34) de réjection de bande comporte une ou plusieurs coupures d'environ 12 à -]8 dB par octave
4. 4 - Compresseur selon la revendication 2 ou 3, carac térisé en ce que ledit circuit de réjection est situé dans le circuit d'entrée de signaux dudit compresseur,
5. 5 - Compresseur de signaux selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit de commande (30) réagissant à la fréquence et à l'amplitude des signaux appliqués en commandant la compression, et que les moyens de filtrage comportent au moins un circuit (28) de réjection de bande disposé dans ledit circuit de commande et au moins un autre circuit (34) de rejection de bande disposé dans le circuit de sortie de signaux dudit compresseur.
6. 6 - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit de réec tion de bande consiste en un filtre passe--bas dans la région d'extrémité des fréquences élevées, ou en un filtre passehaut dans la région d'extrémité des fréquences basses, ou les deux.
7. 7 - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 et 4 à 6, caractérisé en ce que ledit circuit de réjection de bande consiste en un filtre eli.minateur de bande dans la region d'extrémité des fréquences. élevées, ou des fréquences basses ou les deux.
8. 8 - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit circuit de réject tion de bande consiste en un circuit d'atténuation dans la région d'extrémité des fréquences élevées ou des fréquences basses ou les deux.
9. 9 - Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le ou les circuits de réjection de bande ont une profondeur de 6 dB ou dayantage auxdites extrémités des frequences élevées ou des fréquences basses ou les deux.
10. 10 - Compresseur selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 9, en combinaison avec un expanseur destiné à expanser la plage dynamique des signaux compressés par ledit compresseur et reçus par 1' i-ntermédiaire d'un canal de transmission, caractérisé par le fait que l'expanseur comporte un circuit destiné à accentuer les regions d'extrémité atténuees des fréquences élevées ou des fréquences basses, ou les deux, afin d'obtenir une réponse en séquence constante.
11. 11 - Compresseur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, et comprenant un circuit principal de signaux linéaire dans la plage dynamique, un circuit de combinaison dans le circuit principal et un autre circuit dont l'entrée est connectée à la sortie ou à l'entree du circuit principal et dont la sortie est connectée au circuit de combinaison, l'autre circuit produisant un signal qui accentue le signal du circuit principal au moyen du circuit de combinaison, mais qui est limité à une valeur inférieure à celle du signal du circuit principal, les moyens de filtrage n'étant disposés que dans l'autre circuit du compresseur.
12. 12 - Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage comportent au moins un circuit disposé dans le circuit d'entrée de signaux de l'autre circuit,
13. 13 - Compresseur selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit de commande (30) dans ledit autre circuit, réagissant à la fréquence et à l'amplitude des signaux appliqués en commandant la compression, et qu'il comporte au moins un circuit (28) de réjection de bande dans ledit circuit de commande et au moins un autre circuit (34) de réjection de bande dans le circuit de sortie de signaux dudit autre circuit.
14. 14 - Compresseur selon la revendication 12 ou -1.3, caractérisé en ce que ledit circuit de réjection de bande consiste en un filtre passe-bas dans la région d'extrémité des fréquences élevées ou un filtre passe-haut dans la région d'extrémité des fréquences basses ou les deux.
15. 15 - Compresseur selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que ledit circuit de réjection de hante consiste en un filtre éliminateur de bande dans la région d'extrémité des fréquences élevées ou des fréquences basses ou les deux.

    I6 - Compresseur selon la revendication 12 ou ]3, caractérisé en ce que ledit circuit de réjection de bande consiste en un circuit d'atténuation dans la région d'extrémité de fréquences élevées ou des frequences basses ou les deux.