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Installation de diffusion par haut-parleurs pour endroits troublés par divers bruits.
La-présente invention concerne une installation de diffu- sion par haut-parleurs destinée à fonctionner en un lieu troublé par divers bruits.
L'intensité des signaux transmis par une telle installa- tion doit être d'autant plus grande que le niveau perturbateur est élevé si l'on désire obtenir des conditions optimales d'intelligibi- lité.,Ainsi celle de la parole sera optimale pour un rapport déter- miné entre l'intensité du signal et celle de la perturbation. La fig. 1 représente une série de valeurs déterminées expérimentale- ment, dans laquelle le niveau de la parole est indiqué par LN, le niveau perturbateur par LS tous deux exprimés en phones.
La courbe indique le rapport nécessaire entre le signal et le bruit, pour l'obtention d'une intelligibilité maximale V qui est indiquée en pour cent sur la dite courbe.
Par exemple la parole est absolument inintelligible si son niveau est de 94 phones alors que l'intensité du bruit correspond à 120 phones. L'intelligibilité augmente jusqu'à 41 % lorsque le
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niveau de la parole est porto à 114 phones, alors qu'une nouvelle augmentation de sa puissance ne provoque qu'une diminution de l'intelligibilité.
Lorsque l'intensité du bruit est réduite à 40 phones, l'intelligibilité pour un niveau de la parole de 114 phones est de 70 %. Les conditions sont encore meilleures lorsque l'on réduit judicieusement le niveau de la parole. Pour 74 phones l'intelli- gibilité atteint la valeur de 93 %, celle-ci diminue à nouveau pour une nouvelle diminution de l'intensité de la parole.
L'intelligibilité maximale de 93 % pour un bruit d'une intensité de 40 phones sera obtenue avec un niveau de la parole de 74 phones. Pour un bruit de 120 phones le maximum d'intelligi- bilité de 41 sera obtenu avec un niveau de la parole de 114 phones.
Le réglage manuel de 1.'intensité du signal destiné à créer les conditions d'intelligibilité optimales telles que représentées dans la fig. 1 se heurte à quelques difficultés lorsqu'il s'agit d'effectuer un réglage du signal alors que l'intensité du bruit est soumise à des fluctuations rapides. Ces difficultés sont encore accrues dans les installations importantes que l'on a actuellement tendance à centraliser de plus en plus.
Le réglage manuel devient impossible lorsqu'il doit être effectué d'un point pour plusieurs canaux soumis à des conditions de perturbations différentes.
La présente invention concerne l'appareillage destiné à une installation électroacoustique, caractérisé par un système effectuant automatiquement le réglage de l'intensité de la parole en fonction du bruit régnant au lieu de reproduction de faon à obtenir constamment des conditions optimales d'intelligibilité.
Le bruit est caractérisé par son-niveau (intensité,
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puissance) et par le spectre de ses fréquences.
Il estparticulièrement indiqué de pourvoir l'installation d'un ou de plusieurs appareils qui captent le son au lieu de la reproduction et d'un appareil de réglage qui sera commandé par la partie du son capté correspondante au bruit régnant au lieu de reproduction, en tenant compte de caractéristiques des per- turbations et des rapports nécessaires entre le niveau de la parole et le bruit pour l'obtention du maximum d'intelligibilité.
Le microphone utilisé pour la transmission est relié à des appareils de reproduction tels que des haut-parleurs par l'in- termédiaire d'un canal contenant entr,'autre l'élément de réglage qui est,actionné par le canal de réglage. Celui-ci peut former un circuit fermé : capteur de son, élément de réglage, canal et haut-parleur de reproduction.
Pour distinguer les bruits parasites des paroles diffusées on désignera par la suite ces dernières sous le terme de son utile.
Trois cas sont à considérer: 1. Le microphone capteur ne reçoit que des bruits perturbateurs.
Des circonstances locales telles que les conditions de rayonnement du ou des haut-parleurs, les propriétés acoustiques de l'espace où règnent les bruits parasites et la répartition de ceux-ci peuvent créer des conditions telles qu'il est possible de placer le microphone capteur de manière à exclure toute action des sons utiles sur ce dernier.
2. Les conditions de rayonnement du ou des haut-parleurs et les propriétés acoustiques du lieur où règnent les bruits parasites peuvent créer des conditions telles qu'une partie au moins du son utile vienne frapper le microphone de réglage. Les bruits pa- rasites constitués par un mélange présentant la particularité de ne pas contenir de fréquences communes avec le son utile.
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3. Les conditions sont les mêmes que pour les cas précédents, mais les bruits parasites et les sons utiles contiennement des fréquences communes.
L'installation faisant l'objet de l'invention doit être spécialement connue pour remplir les conditions ci-dessus que l'on rencontre le plus souvent.
Il y a lieu de distinguer entre les moyens servant à produire la grandeur réglante et ceux qui déterminent le rapport des fréquences de telle sorte que cette grandeur constitue un critère des bruits parasites seuls. Ces moyens peuvent différer selon les trois cas ci-dessus tandis que les premiers peuvent demeurer indentiques.
Il est clair qu'on est pas tenu', lors du réglage du volume des sons utiles, de suivre les variations de l'amplitude de chacune des fréquences du spectre des bruits parasites. On se contente de suivre avec une certaine approximation les variations moyennes de l'intensité de ces der nier.
L'installation de diffusion sera munie de moyens permettant d'exercer sur le réglage une influence qui soit uns fonction du temps et agisse dans le sens d'un certain retardement, respective- ment d'un certain aplanissement de la courbe de réglage. On désigne sous le terme de période de réglage la durée qui s'écoule entre les passages sucessifs de la grandeur réglée par la valeur maximale et minimale admissible. On peut donc parler également d'une fréquence de réglage. Celle-ci change en général continuellement avec le temps. Lors du réglage du volume il est important que la fréquence de réglage demeure sensiblement; en-dessous de la fréquence audible la plus basse, soit 16 périodes par oeconde, faute de quoi le réglage introduirait dans l'audition un effet acoustique gênant.
D'autre part, la période de réglage ne doit pas non plus être trop
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longue sans quoi l'intelligibilité en souffrirait. L'expériance a démontré que la période de réglage la mieux appropriée a une durée de 60 à 100 millisecondes ce qui correspond à la durée d'émission de 11/2 syllabe et à une fréquence de réglage de 5 à 8 périodes par seconde.
La grandeur réglante due aux bruits parasites peut être de nature électrique ou mécanique. L'élément de réglage peut comporter aumoins un organe au moyen duquel le volume du son utile puisse être réglé conformément à une courbe déterminée, ceci afin que la grandeur dont dépend ce réglage agisse non seulement en dépendance des propriétés des bruits parasites, mais encore en fonction du rapport des niveaux de ces derniers et des sons utiles. Une telle courbe a été décrite plus haut en regard de la fig. 1. quelques formes d'exécution de l'installation selon l'in- vention seront maintenant décrites en regard des figures suivantes.
La fig. 2 représente une telle installation dans ses grandes lignes. Un canal de transmission reliant le microphone d'émission 1 aux haut-parleurs de diffusion 11 placesdans un local 13 où règnent des bruits parasites, passe par les organes 2, 3, 4, 6, 8 et 9. Dans ce même local se trouve un organe 14 capteur de bruits parasites. Un spectre de fréquences correspondant à ces dernier est amené par le canal de réglage à un appareil convertisseur 15 où il est transformé en une grandeur réglante qui commande l'élément de réglage 4 (fig. 2) où elle agit sur le courant de transmission. Un amplificateur 6 est intercalé dans le canal.
L'organe capteur 14 peut être un microphone ou tout autre appareil électromagnétique, électrodynamique, électromécanique ou mécanique-électroacoustique. Plusieurs haut-parleurs 11 et 12 peuvent être disposés dans le local de diffusion 13 manière à ob- tenir la meilleure intelligibilité pour le plus grand nombre possible d'auditeurs. Ils peuvent être reliés individuellement ou par
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groupes à des barres collectrices auxiliaires 8 à l'aide d'inter- rupteurs 9 et 10.
Il peut aussi y avoir plusieurs locaux de diffusion 13 dans chacun desquels règnent des bruits parasites de nature et d'intensi- tés différentes. Le volume de son utile doit alors être réglé séparément pour chacun de ces locaux en faisant usage d'un élément de réglage 4, resp. 4' et d'un convertisseur 15, resp. 15' alimentant chaque groupe de haut-parleurs.
Le volume de son utile doit alors être réglé de manière différente pour chacun de ces locaux. On fera usage pour chacun d'eux -en particulier d'un régulateur 4, resp. 4' et d'un convertisseur 15 resp. 15' avec les accessoires nécessaires, 6 resp. 6', 8 resp: 8', 9 resp. 9' et 10 resp. 10' coopérant avec les groupes de haut-parleurs 11 et 12, resp. Il' et 12'. Tous les élément de réglage (4, resp. 4') peuvent être alimentés à partir d'une barre collectrice commune 3.
Dans la forme d'exécution selon la fil. 2 les amplificateurs terminaux 6 et 6' sont branchés après les élément de r4jl.a.je 4 resp. 4'. Une autre forme d'exécution représentée par la fig. 3, se distingue de la précédente essentiellement par la disposition relative des amplificateurs terminaux et des éléments de réglage, les premiers étant réunis en une unité 7 branchée avant la barre collec- trice. Selon les circonstances il peut être nécessaire d'avoir recours à un élément de réglage d'une conception différente et que l'on décrira plus loin.
Le canal de réglage est représenté schématiquement par la Fig. 4. Il comporte aumoins un redresseur 18 et un dispositif retarda- teur 19, par exemple un filtre passe-bas. Selon les besoins on prévoira un amplificateur microphonique 16 et un amplificateur de ligne 17 comportant, cas échéant, un élément de réglage auxiliaire.
La fig. 5 représente l'équipement d'entrée 2 du canal de transmission, auquel est encore adjugé, dans la forme d'exécution
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indiquée à la fig. 3, un amplificateur terminal. L'équipement 2 comporte aumoins un microphone 1 capteur de la parole (son utile) et, cas échéant, un préamplificateur 20 et un amplificateur 21.
Le but des filtres 22 et 23 représentés en fig. 4 et 5 sera exposé plus loin.
Les moyens de production de la grandeur réglante peuvent être constitués, par exemple, par un redresseur 18 et un filtre passe-bas 19 ainsi qu'il ressort de la fig. 4. Les courants dûs au spectre des bruits parasites sont redressés dans l'appareil 18.
Les courants redressés peuvent être assimilés, à l'aide des inté- grales de Fourrier, à une suite de signaux non périodiques conte- nant en général d'une manière continue toutes les fréquances entre 0 et l'infini. Les harmoniques d'ordres supérieurs sont éliminés par le filtre passe-bas ayant par exemple une fréquence de coupure de 20 périodes par seconde. Il en résulte un aplanissement et un retardement des variations des bruits parasites. Dans la fig. 6 le redresseur 2 et la cellule résistance-capacité 4-5 correspondent respectivement au redresseur 18 et au filtre passe-bas 19 de la fig. 4.
-En lieu et place des élément 18 et 19 on peut tout aussi bien faire usage d'autre moyens tels que des convertisseurs thermo-électriques ou des systèmes mécano-électrostatiques., Des relais, encliquetages ou commutateurs à gradins avec commande par moteur électrique dont le principe est issu de dispositifs indi- cateurs de conseption connue peuvent être utilisés comme moyens de réglage. Des dispositifs analogues à ceux des appareils des mesure comme par exemple des voltmètres électrostatiques peuvent tout aussi bien remplir les conditions requises pour les organes 18 et 19.
Dans l'exemple de la fig. 2 les régulateur 4 peuvent s'inspi- rer des méthodes usuelles de réglage, sous réserve toutefois que
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l'amplification doit augmenter lorsque la tension réglante croit et non décroître comme c'est le cas dans les régulateurs dits anti-fading de construction habituelle. Le réglage peut s'effec- tuer d'une manière continue ou par échelons successifs.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 3 il ne peut plus être fait usage d'un régulateur 4, tel que celui de la fig. 2 car celui-ci comporte, en particulier dans les étages de préamplification des tubes électroniques à caractéristiques variables qui ne peuvent généralement être utilisés que pour des tensiones de grille réduites si l'on veut que l'intelligibilité ne soit pas diminuée par les distorsions qui seraient dues aux courbures inévitables des caractéristiques des lampes.
L'élément de réglage 5 peut comporter des montages à relais influencés par la grandeur réglante. Ces relais actionnent des contacts au moyen desquels le volume des sons utiles est réglé par la connection du ou des haut-parleurs à des prises intermédi- aires d'un transformateur ou d'un diviseur de tension.
Il est particulièrement indiqué de compléter les organes de réglage par des dispositifs auxiliaires ajustables à l'avance.
Ainsi, par exemple, dans un montage à relais, ceux-ci seront muni de résistances additionelles variables permettant d'ajuster exacte- ment les courants d'attraction dans les limites assez larges.
De plus, il est avantageux de pouvoir ajuster toutes ces résistances indépendament les unes des autres car on peut ainsi facilement adap- ter les conditions de réglage du volume à une courbe prédéterminée.
De plus, il s'est révélé utile pour la qualité de l'intelligibilité de concevoir les organes de réglage de manière à ce qu'ils réagissent à des tensions basses pour une diminution plutôt que pour une élévation de la grandeur réglante. On obtient ainsi une allure de réglage du volume aux haut-parleurs analogue à une courbe d'hystéré- sis conforme au pouvoir d'adaptation de l'oreille aux diverses in-
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tensités des sons.
La fig. 6 représente un exemple pratique d'un élément de réglage de volume. La tension de réglage est appliquée aux bornes 1 et 1' et redressée par une valve 2. Le point 3 se trouve normale- ment à un potentiel 0 ou voisin de 0. Les organes de réglage, au cas particulier, des relais A1, A2, A3, A4 ' ... An sont reliés à la valve 2, qui peut être un redresseur monté en couplage de Graetz. D'autres redresseurs tel que V1, V2, V3, V4, ... Vn sont branchés en série avec les relais auxquels sont en outre adjointes des résistances R1, R2,R3, R4 , ... Rn ajustables individuelle- ment. Le circuit à courant continu se trouve bloqué pour une direction par les redresseurs 2 et V1à Vn. Si le potential du point 3 de- vient plus négatif les relais A1à An réagissent successivement suivant l'augmentation de la tension.
Les contacts dé@relais insèrent alors dans les circuits du ou des haut-parleurs plus ou moins de gradins du translateur de sortie ou d'un diviseur de tension approprié, cas échéant des deux simultanément. Un ajustage adéquat des prises des résistances et un choix judicieux des caractéristiques de$relais permettent d'obtenir une courbe de réglage répondant à des conditions préétablies. Il est de même possible, toujours grâce aux mêmes moyens, d'influencer la vitesse de relâchement des relais et d'ob- tenir un réglage conforme au pouvoir d'adaptation de l'oreille.
Les moyens de réglage désignés par 5 en fig. 3 peuvent aussi être conçus sous la forme d'un diviseur de tension exécuté comme un transformateur à gradins ou à curseur dont la commande s'effectue mécaniquement. Les moyens mécaniques de commande adoptés peuvent être placés soit sous l'influence d'un dispositif électrique agissant par l'intermédiaire du redresseur 18 et du retardateur 19 de la fig. 4 soit sous l'influence d'un système électrostatique ou électrodynamique.
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Afin de compenser l'influence subjective résultant du volume de la voix de l'orateur ou de sa position par rapport au microphone transmetteur il est indiqué de prévoir un dispositif de réglage auxiliaire inséré dans le canal de transmission. Ceci permet de maintenir constante dans certaines limites la valeur efficace de la tension de transmission à l'entrée des éléments de réglage du niveau de reproduction, par exemple au barres collectrices 3, (fig. 2,3 et 5).
Un tel dispositif de réglage à effet rétroactif est représenté en fig. 5 où il est désigné par 21. Son montage ressort de la fig. 7. Les bornes l' et 1" du quadripôle qu'il constitue sont raccordées aux bornes de sortie de l'amplificateur microphonique.
Un redressement opéré en un-9 point de travail adéquat de la ' caractéristique permet d'obtenir une courbe de réglage telle que celle de la fig. 8 dans laquelle la tension d'entrée Ve est portée en abscisses et la tension de sortie Va en ordonnées. La tolérance admissible de réglage a le long de la plage 1-2 dont l'étendue correspond à l'amplitude de la grandeur réglante restante peut varier considérablement suivant les circonstances. La période de ce réglage auxiliaire ne doit pas non plus tomber dans le domaine des fréquences audibles. Pour la même raison que dans le cas du réglage principal le quadripôle régulateur auxiliaire est muni d'un filtre passebas, par exemple une cellule résistance- capacité 3-4 jouant le même rôle que le passe-bas mentionné plus haut.
Lors de l'emploi d'un amplificateur de bruits parasites tel que 17 dans le cas de la fig. 4, il est également indiqué de faire intervenir un réglage auxiliaire. L'allure de la grandeur réglante en fonction du niveau perturbateur peut être influencée dans une mesure telle que tout surréglage par le régulateur de volume soit exclu. Le régulateur automatique peut être par exemple conçu à l'instar d'un couplage à tubes électroniques servant à la compen- sation automatique du fading, avec cette différence, toutefois,
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qu'on ne règle pas de façon à obtenir un niveau de sortie constant, mais de telle sorte que la grandeur réglante subsiste encore entre des limites désirables.
L'effet du réglage auxiliaire est tel que la sensibilité des amplificateurs à l'égard des variations du niveau perturbateur soit beaucoup plus grande pour les niveaux faibles que pour les niveaux élevés. Une manière très simple d'obtenir cet effet consiste à brancher à la sortie des préampli- ficateurs de bruits parasites les bornes 1' et 1" d'un élément 3 de résistance variable en fonction de la tension, ainsi qu'il ressort de la fig. 9. Un tel élément peut consister en deus redresseurs branchés en parallèle et en opposition, le tout étant en série avec une résistance 4. La sortie 2' - 2" de cet élément est raccordée à la grille de l'amplificateur terminal de bruits parasites.
La caractéristique tension d'entrée-tension de sortie d'un amplificateur équipé d'un tel élément de résistance variable a précisément l'allure de la courbe de la fig. 8.
Pour chacun des trois cas définis plus haut on peut prévoir les exécutions suivantes:
Dans le premier où aucune fréquence du son utile n'atteint l'organe capteur de bruits parasites les moyens décrite jusqu'à maintenant suffisent pour obtenir le réglage désiré du niveau de reproduction.
Dans le second où, en plus du bruit parasite, une partie du son utile vient frapper le microphone 14 il est possible que le son utile influence le réglage dans le sens d'une élévation indési- rable du niveau de reproduction. Le régulateur fonctionne alors tout de suite au point le plus élevé de la caractéristique de réglage. Pour éliminer cet inconvénient il faut que les fréquences du son utile soient éliminées de la grandeur réglante afin que le régulateur ne soit plus influencé par celles. L'installation de diffusion doit alors être équipée de moyens tels que seules les fréquences des bruits parasites captés à l'endroit de reproduction @
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soient transformés en grandeur réglante.
Ces moyens peuvent con- sister en au moins un filtre approprié intercalé dans le canal de réglage et qui ne laisse passer que les fréquences contenues dans les bruits parasites à l'exclusion de toutes celles qui appartiennent au son utile. Le filtre peut être soit électrique, ainsi qu'il ressort de la fige 4, soit acoustique ou mécanique.
On peut aussi obtenir un certain filtrage en modifiant les propriétés de l'organe capteur à l'égard des fréquences captées. Les filtres doivent être en tous cas dimensionnés de manière à ce que les fréquences passantes fournissent une image aussi fidèle que possible des bruits parasites.
Dans le troisième cas, qui se distingue du second par le fait que les spectres des sons utiles et des bruits parasites comportent des fréquences communes, il est nécessaire d'extraire du spectre des fréquences parasites toutes celles qui fournissent une image suffisemment exacte des bruits parasites. Les moyens de filtrage insérés dans le canal de réglage doivent donc être dimensionnés pour laisser passer tout un groupe de fréquences. Si ce dernier tombe dans la plage des fréquences des sons utiles, les fréquences correspondantes appartenant aussi au son utile doivent être éliminées par des filtres supplémentaires placés dans le canal de trans- mission pour éviter qu'elles ne passent du haut-parleur au micro- phone capteur de bruits parasites et de là au régulateur en formant un circuit fermé.
Les filtres provoquant une réaction supplémen- taires peuvent être soit électriques, comme ceux que désigne le nombre 23 de la fig. 5 soit acoustiques ou mécaniques. Il seront insérés dans le canal de transmission. Leur rôle peut aussi être tenu par le microphone transmetteur ou par le ou les haut-parleurs conçus, dans ce cas, d'une manière adéquate quant à leur comporte- ment à l'égard des fréquences du son utile à éliminer.
Les plages d'amortissement et de libre passage des filtres ainsi que la pente des parties correspondantes de la courbe d'amortissement @
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dépendent de la position des fréquences utiles et parasites importantes dans le spectre et seront avantageusement ajustées de manière à garantir une qualité de reproduction irréprochable tout en assurant un réglage de celle-ci conformément à une courbe du genre de-celle de la fig. 1.
La stucture des filtres électriques ou acoustiques insérés soit dans le canal du réglage, soit dans celui de transmission, soit encore dans tous les deux, dépend des propriétés acoustiques de local de diffusion aussi bient que de la disposition des appareils capteurs de bruits parasites, de transmission et de reproduction ainsi que de leurs plages de fréquences propres. Sur la base de mesures des bruits parasites, qui varient d'un endroit à l'autre, on peut diviser la totalité de la plage des fréquences audibles en plage passante et plage bloquée. Le réglage automatique du niveau de reproduction dans la transmission de signaux et des messages en télégraphie modulée s'obtient d'une manière remarquable du fait que le son utile de ceux-ci ne comportent que relativement peu de fréquences.
Ces dernières sont séparées par filtrage du mélange des fréquences parasites.
La nature et les causes des bruits parasites sont très diverses. Les plus fréquentes sont dûes au fonctionnement de machines ou de véhicules, particulièrement lors du freinage de ceux-ci, à de grands rassemblements de personnes, etc. Leurs spectres comportent en général toutes les fréquences possibles.
L'amplitude de chaque fréquence composante peut varier dans le temps d'une manière quelconque. Les appareils de reproduction, les auditeurs et les sources de bruits parasites peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres. Pour pouvoir adapter l'installation de diffusion aux conditions acoustiques locales il est indiqué de prévoir des filtres avec amortissement et pla- ges passantes réglables.