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L'invention concerne un détecteur de fréquence servant à détecter l'é- volution d'une fréquence vocale caractéristique, située dans ure bande vocale partielle, dans lequel la bande vocale partielle, sélectée à l'aide d'un filtre, est appliquée à l'entrée du détecteur de fréquence. Pour certaines applications, par exemple pour la synthèse ou l'analyse de la parole, il importe de connaître ces fréquences vocales caractéristiques, c'est-à-dire les fréquences dites de for- mants qui sont déterminées par des fréquences de résonance des cavités résonnantes dans la bouche, le nez et la gorge, ainsi que la fréquence dite fondamentale qui est déterminée par la fréquence de vibration des cordes vocales.
Pendant un signal vocal, la forme de ces cavités de résonance est progressivement modifiée par des mouvements des muscles et, en même temps, elle est excitée au rythme de la fréquence fondamentale située dans la bande des fré- quences d'environ 80-300 Hz par un courant d'air pulsatoire de sorte que, pendant un signal vocal, on engendre un certain nombre de vibrations, de fréquence varia- ble, modulées impulsionnellement en amplitude. Les composantes vocales apparte- nant aux diverses fréquences de formants se trouvent dans diverses bandes de fré- quences partielles indiquées par des gammes de formants, dont les trois premières se trouvent, par exemple dans les bandes de fréquence d'environ 300 Hz - 800 Hz,
800 Hz - 2000 Hz, 2000 Hz - 3400 Hz.
A titre d'illustration, la figure la des des- sins annexés est un diagramme donnant, en fonction du temps, l'évolution des vi- brations correspondant à trois¯phonèmes de la gamme de formants de 800 Hz - 2000Hz.
Dans le cas d'emploi d'un détecteur de fréquence usuel, pour étudier, par exemple à l'aide des vibrations variables impulsionnelles représentées sur la figure la, l'évolution de la fréquence de formant située dans cette gamme de formants, alors que l'évolution de la fréquence est obtenue de la manière usuelle en déterminant le nombre moyen de passages par zéro des vibrations engendrées, on se heurte à de sérieuses difficultés pratiques.
En particulier, pendant les petites amplitudes des vibrations impul- sionnelles, la tension de sortie du détecteur de fréquence est fortement affectée, phénomène qui est dû au fait qu'à ces moments l'évolution des oscillations engèn- drées présente un caractère irrégulier et que les tensions de bruit et les ten- sions pertubatrices qui se produisent à ce moment exercent une assez grande influ- ence. De plus, dans la tension de sortie du détecteur de fréquence se produisent des variations d'amplitude brusques, et de ce fait, le détecteur de fréquence se règle toujours sur la composante de fréquence à plus grande amplitude d'une maniè- re analogue à celle se produisant lors de la réception simultanée d'un certain nombre d'oscillations, modulées en fréquences, d'intensités différentes.
L'invention fournit un détecteur de fréquence du type mentionné dans le préambule, dans lequel les difficultés mentionnées sont éliminées à l'aide de moyens simples.
Suivant l'invention, la bande de fréquences vocales sélectée est ap- pliquée, d'une part, à un réseau différenciant les fréquences de signal situées dans un premier canal, suivi d'un redresseur avec filtre passe-bas correspondant et, d'autre part, à un redresseur inséré dans un second canal avec filtre passe- bas correspondant, alors que le détecteur de fréquence comporte en outre un appa- reil de mesure de rapport, commandé par les tensions de sortie des deux canaux, afin de déterminer le rapport de la tension de sortie du premier canal à celle du second canal, tandis que la tension de sortie du détecteur de fréquence se prélève sur le circuit de sortie de l'appareil de mesure de rapport.
La description des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les parti- cularités qui ressortent tant du texte que des dessins faisant, bien entendu, par- tie de l'invention.
La figure 1 donne quelques diagrammes permettant d'expliquer le fonc- ,tionnement du détecteur de fréquence conforme à l'invention.
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La figure 2 est un schéma synoptique du détecteur de fréquence confor- me à l'invention.
La figure 3 est un diagramme fréquence : tension servant à expliquer le fonctionnement du détecteur de fréquence conforme à l'invention.
La figure 4 est un schéma détaillé d'une forme de réalisation d'un appareil de mesure de rapport utilisé dans un détecteur de fréquence conforme à. l'invention.
La figure 5 montre une forme de réalisation préférée d'un tel appareil de mesure de rapport.
Dans le détecteur de fréquence conforme à l'invention représenté sur la figure 2, et agencé pour détecter l'évolution de la fréquence de formants dans la gamme de formants de 800 Hz - 2000 Hz, les signaux vocaux se prélèvent sur un microphone 1 et, après égalisation d'amplitude dans un réseau différenciant 2, ils sont amplifiés dans un amplificateur basse fréquence 3. A l'aide d'un filtre de bande 4 connecté au circuit de sortie de l'amplificateur basse fréquence 3, on sélecte les vibrations U (t) situées dans la gamme de formants de 800 Hz - 2000 Hz et présentant l'évolution représentée par exemple sur la figure la.
Pour détecteur l'évolution de la fréquence de formant située dans la gamme des formants de 800 Hz - 2000 Hz, les vibrations U (t) sélectées par le fil- tre de bande 4 sont appliquées à un détecteur de fréquence 5, qui comporte deux canaux 6, 7 branchés en parallèle sur le filtre de bande 4. Dans le canal 6, le signal U (t) est différencié dans un réseau différenciant 8 constitué, par exemple par une capacité en série et une résistance transversale à constante mps d'environ 10-5 seconde, ce qui fournit donc un signal S (t) dont l'amplitude est proportionnelle à l'amplitude du signal initial U (t) multipliée par la fréquence w se produisant à ce moment. L'évolution du signal différentié S (t) est illus- trée sur la figure lb.
Dans le canal 6, le signal différencié S (t) est appliqué à un re- dresseur 9 à filtre passe-bas correspondant 10, filtre qui est formé par exemple par une résistance en série et une capacité transversale, tandis que dans le ca- nal 7 le signal original U (t) est également appliqué à un redresseur 11 avec fil- tre passe-bas 12 correspondant ; le montage redresseur 11, 12 est réalisé de la même manière que le montage redresseur 9, 10. Les fréquences de coupure des fil- tres passe-bas 10, 12 sont choisies de façon que même pendant les intervalles des phonèmes il se produit encore une tension à la sortie des filtres passe-bas 10, respectivement 12 ; ces fréquences de coupure sont comprises entre 10 Hz et 50 Hz, dans la forme de réalisation considérée, elles sont d'environ 30 Hz.
Sur les figu- res 1c et 1d les lignes en pointillés constituent l'enveloppante des vibrations représentées sur les figures la et 1b, tandis que les tensions se produisant aux circuits de sortie de filtre passe-bas 10 et 12 sont indiquées par des courbes en traits pleins.
Pour obtenir une tension variant avec l'évolution de la fréquence du formant, les tensions de sortie des filtres passe-bas 10 respectivement 12, com- mandent un appareil de mesure de rapport 13 et, par détermination du rapport de la tension de sortie du canal 6 et de celle du canal 7, on obtient l'évolution désirée de la fréquence de formant, évolution qui est illustrée sur la figure le.
Le rapport de la tension de sortie du canal 6 à celle du canal 7 est initialement réglé à une valeur appropriée à l'aide d'un atténuateur réglable 14, monté devant le redresseur 11 dans le canal 7.
Dans le détecteur de fréquence mentionné, il se produit, par redres- sement dans les redresseurs 9, respectivement 11, et par l'uniformisation ulté- rieure dans les filtres passe-bas 10 respectivement 12, aux bornes de sortie de ces filtres passe -bas 10, respectivement 12, des tensions qui sont égales aux valeurs uniformisées des tensions se produisant à la sortie des redresseurs 9 et 11.
Lorsque l'amplitude de la tension d'entrée au redresseur 11 est, à un moment
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déterminé, a (t), comme il a déjà été mentionné dans ce qui précède, la tension d'entrée au redresseur 9 est proportionnelle au produit de l'amplitude a (t) et de la fréquence se produisant à ce moment, de sorte que, dans la forme mathématique, les tensions de sortie des filtres passe-bas 12, respectivement 10, peuvent être représentées par les valeurs des intégrales.
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considérées sur un temps qui est déterminé par des constantes de temps des filtres passe-bas 10 et 12.
Au circuit de sortie de l'appareil de mesure de rapport 13 se produit donc une tension de sortie qui est proportionnelle au quotient des intégrales (II) et (I)
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L'intégrale au numérateur du quotient (III) montre que, pour déterminer la fré- quence de formant, on attribue à la fréquence w se produisant à un moment détermi- né un poids qui est donné par l'amplitude A (t) du signal se produisant à ce mo- ment. La tension de sortie du détecteur de fréquence est donc essentiellement déterminée par la fréquence de vibration pendant les valeurs d'amplitude maxima des phonèmes dont la fréquence correspond rigoureusement à la fréquence de formant, tandis que de petites valeurs d'amplitude n'exercent qu'une faible influence sur la tension de sortie du détecteur de fréquence.
Par voie expérimentale, on a constaté que la tension de sortie du dé- tecteur de fréquence suit rigoureusement la fréquence de formant, tandis que les effets secondaires perturbateurs sont fortement réduits, par suite du caractère particulier des vibrations vocales.
On peut déterminer le rapport des tensions continues de sortie des fil- tres passe-bas 10 et 12 dans les signaux 6 et 7 en appliquant chacune de ces ten- sions continues à un amplificateur à caractéristique d'amplification logarithmi- que et en comparant les tensions de sortie de ces amplificateurs dans un formateur de différences, de sorte qu'à la sortie du formateur de différences on obtient une tension proportionnelle au logarithme de la tension de sortie du filtre passe-bas 10 diminuée du logarithme de la tension de sortie du filtre passe-bas 12.
A la sortie du formateur de différences se produit donc une tension proportionnlle au logarithme du rapport de la tension de sortie du filtre passe-bas 10 et de la ten- sion de sortie du filtre passe-bas 12, alors que la tension de sortie du forma- teur de différences est appliquée à un amplificateur à caractéristique d'ampli- fication exponentielle, ce qui fournit le rapport désiré.
Au lieu de déterminer directement le rapport des tensions continues représentées sur les figures 1c et !d par les courbes en traits pleins, il s'est avéré avantageux de convertir d'abord les tensions continues de sortie des filtres passe-bas 10 et 12 en tensions alternatives de fréquences f1 et f2 d'amplitude correspondante.
A cet effet, dans les formes de réalisation indiquées, les tensions continues de sortie des filtres passe-bas 10, respectivement 12, commandent des mo- dulateurs d'amplitude 15, respectivement 16, insérés dans les canaux 6 et 7, par exemple des modulateurs push-pull avec les filtres de sortie correspondants 19, respectivement 20, et des oscillateurs d'onde porteuse 17, respectivement 18, dont les fréquences f et f2 sont respectivement de 32 et de 48 kHz. L'appareil de mesure de rapport a utiliser à cet effet sera décrit à l'aide des figures 4 et 5.
On peut ainsi facilement faire en sorte qu'en l'absence d'un signal vocal, l'appareil de mesure de rapport 13 fournit encore une tension de' sortie moyenne ; il suffit en effet de veiller à ce que les vibrations d'ondes porteuses
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f1 et f2 des oscillateurs 17 et 18 se produisent dans un rapport d'intensité approprié à l'entrée de l'appareil de mesure de rapport 13.
A cet effet, dans la forme de réalisation représentée, les circuits de sortie des oscillateurs d'onde porteu- se 17, respectivement 18, sont connectés, par l'intermédiaire d'atténuateurs ré- glables 21, respectivement 22, aux sorties des filtres de sortie 19, respective- ment 20, et par le réglage des atténuateurs 21 respectivement 22, on fait en sor- te qu'en l'absence d'un signal vocal l'appareil de mesure de rapport 13 fournisse une tension de sortie qui correspond à une fréquence située environ au milieu de la gamme de formants en cause. Un tel réglage offre en outre l'avantage que, lors de l'existence d'un signal vocal après un intervalle de paroles le détecteur de fréquence se règle rapidement à la valeur désirée.
Il est évident que le réglage du rapport des fréquences d'onde porteu- se f1 et f2 peut s'effectuer d'une autre manière en l'absence d'un signal vocal, par exemple par une petite modification dans l'équilibre des modulateurs push- pull utilisée 15, 16.
La figure 3 est un diagramme de tensions du détecteur de fréquence re- présenté sous forme de schéma synoptique sur la figure 2 ; cediagramme donne la tension de sortie Vdu détecteur de fréquence en fonction de la tension d'entrée vi pour diverses fréquences de la tension d'entrée.
En l'absence de tension d'entrée, il se produit à la sortie du détec- teur de fréquence, par suite du réglage des atténuateurs 21, 22, une tension de sortie P, qui, dans l'exemple de réalisation'représenté, correspond à une fréquen- ce d'environ 1400 Hz.
Lorsqu'on applique à l'entrée du détecteur de fréquence une oscilla- tion de fréquence constante f, dont on augmente progressivement l'amplitude, par- tant du point de réglage P, la tension de sortie correspondant à cette fréquence f sera déjà obtenue pour une très faible tension d'entrée et restera ensuite pra- tiquement constante lors d'un accroissement de la tension d'entrée. C'est ainsi que les courbes indiquées donnent les variations de la tension de sortie V du détecteur de fréquence en fonction de la tension d'entrée V. pour des fréquences de respectivement 800 Hz 1400 Hz et 2000 Hz.
Un fait remarquable pour le détecteur de fréquence représenté sur le dessin est que la tension de sortie V du détecteur de fréquence est, dans une grande mesure, indépendante de l'amplitude de la tension d'entrée, tandis qu'en outre, comme le montre la figure, dans la bande de fréquences assez large de cette gamme de formants (800 Hz - 2000 Hz), cette tension de sortie varie d'une manière pratiquement linéaire avec la fréquence.
Par voie expérimentale, on a en même temps constaté que, lors de l'ap- plication d'une tension alternative intermittente à l'entrée, la tension de sor- tie du détecteur de fréquence est, dans une grande mesure, indépendante du rapport de la durée et de la distance de ces trains d'ondes (duty cycle).
La figure 4 est le schéma de montage détaillé d'un appareil de mesure de rapport à utiliser dans le détecteur de fréquence représenté sur la figure 2.
Dans cet appareil de mesure de rapport, la tension alternative f1 prélevée sur le canal 6, tension dont l'amplitude est déterminée par le signal d'entrée différencié redressé du détecteur de fréquence, est appliquée, par l'in- termédiaire de la résistance 23 et d'un condensateur de grille 24, à la grille de commande d'une pentode 25 dont la grille de commande est en même temps atta- quée, par l'intermédiaire d'une résistance 26, par la tension alternative f2 pré- levée sur le canal 7 et dont l'amplitude est déterminée par le signal d'entrée redressé.
Pour la mesure du rapport, le circuit anodique de la pentode 25 com- porte deux résistances montées en parallèle 27, 28 et sur une prise de la résis- tance 27 est connecté un filtre sélectif 29 accordé sur la fréquence f2 alors
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que sur une prise de la résistance 28 est connecté un filtre sélectif 30 accordé sur la fréquence f1 L'oscillation prélevée sur le filtre 29, de fréquence f2 est redressée par un redresseur 32 porté à une tension de polarisation provenant d'un diviseur de tension 31 inséré entre la borne de tension positive et la ter- re, tandis que la tension continue ainsi obtenue, de polarité négative, est ap- pliquée, par l'intermédiaire d'une résistance 34, pour le réglage de la pente, à la grille de commande de la penthode 25.
Par suite de ce réglage de la pente, l'amplitude des oscillations de fréquence f2 prélevées sur la sortie de la pen- thode 25 sera maintenue à un niveau pratiquement constant, de sorte que la pente de la pentode 25 variera, pour ainsi dire proportionnellement à l'inverse de l'am- plitude de l'oscillation f2 appliquée à l'entrée de la pentode 25.
L'oscillation de fréquence f ,sélectée par le filtre 30, est redres- sée dans un montage redresseur muni d'un redresseur 35 avec impédance de sortie 36 et est ensuite appliquée, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 37, aux bornes de sortie 38, 39 et la tension continue, prélevée des bornes 38, 39, forme la tension de sortie de l'appareil de mesure de rapport. Par le réglage de la pen- te, on obtient que les oscillations de fréquence f1 sont amplifiées9 dans le pen- thode 25, d'une manière proportionnelle à l'inverse de l'amplitude de l'oscilla- tion f2 appliquée à l'entrée de la pentode 25, de sorte que, de ce fait, la ten- sion prélevée sur les bornes 38, 39 est proportionnelle au rapport d'amplitude de la tension de signal du canal 6 de la tension de sortie du canal 7.
Tout comme dans l'appareil de mesure de rapport représenté sur la fi- gure 4, dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, les tensions de sortie des canaux 6 et 7 sont appliquées, respectivement par l'intermédiaire de résistances en série 40, 41 et d'un condensateur de grille 42, à la grille de commande d'une pentode 43, mais la détermination du rapport d'amplitude s'effec- tue non pas par un réglage de la pente, mais par une limitation d'amplitude.
Au circuit de sortie de la pentode 43 muni d'un circuit oscillant 44 transmettant les oscillations f1 et f2, on a connecté à cet effet un limiteur d'amplitude comportant deux redresseurs 45, 46 laissant passer du courant en sens inverse, alors que sur le circuit de sortie du montage limiteur est connecté le circuit oscillant 47 qui transmet les oscillations f2 et f1 tandis que le noeud des redresseurs 45, 46 est relié au noeud d'un diviseur de tension inséré entre la borne de tension positive 48 de la source de tension d'alimentation et la ter- re, diviseur de tension qui fournit un courant dans le sens du passage des re- dresseurs 45, 46.
Chaque fois que la tension au circuit anodique de la pentcde 43 dépas- se la tension au noeud des redresseurs 45, 46, le redresseur 45 est bloqué, la résistance 49 du diviseur de tension 49, 50 est rendue assez grande et est tra- versée par un courant d'intensité constante via le redresseur 46, vers l'impé- dance de sortie 47, tandis qu'inversement, lorsque la tension de sortie de pentode 43 est plus basse que la tension au noeud des redresseurs 45, 46, le redresseur 45 est conducteur et le redresseur 46 bloqué, de sorte qu'il ne cir- cule pas de courant vers l'impédance de sortie 47. Le limiteur est dimensionné de façon qu'une limitation complète se produit déjà pour des signaux de faible amplitude.
Dans le dispositif décrit, la tension de sortie du dispositif limi- teur est appliquée, en vue d'amplification, à un pentode 51, et à l'aide d'un filtre sélectif 52 inséré dans le circuit de sortie de la pentode 51, l'oscilla- tion f est sélectée; après un redressement dans un étage redresseur avec redresseur 53 et impédance de sortie 54, suivi d'une uniformisation dans un filtre pas- se-bas 55, cette oscillation fournit la tension de sortie du détecteur de fré- quence, qui est prélevée sur les bornes de sortie 56, 57.
Lorsque, dans le montage spécifié, on a fait en sorte que l'amplitu- de de l'oscillation f1 prélevée sur le canal 6 soit plus petite que celle de l'oscillation f2 provenant du canal 7, il se produit, dans le circuit de sortie
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du dispositif limiteur, des impulsions de courant à fréquence de répétition f2 tandis que la durée de ces impulsions de courant dépend de l'amplitude de l'os- cillation de fréquence f1La grandeur de ces variations de durée est déterminée par le rapport d'amplitude des oscillations f1 et f , de sorte qu'après la sélection de l'oscillation f1 dans le filtre 52 et le reressement ultérieur dans l'é- tage redresseur 53, 54 et l'uniformisation dans le filtre passe-bas 55, il se pro- duit, aux bornes de sortie 56, 57,
une tension continue qui varie avec le rapport d'amplitude des oscillations f1, f2 appliquées à l'entrée de la pentode 43. Afin d'obtenir une relation linéaire entre la tension continue prélevée des bornes de sortie 56, 57 et le rapport d'amplitude de l'oscillation f1 et de l'oscillation f2 l'entrée de la pentode 43, l'amplitude de l'oscillation f est choisie par exemple à 4 à 5 plus petite que celle de l'oscillation fais Il y a lieu de no- ter encore que dans le circuit de sortie du limiteur, on peut utiliser, au lieu de l'oscillation à fréquence f , la fréquence d'image de f2 par rapport à f1 c'est-à-dire la fréquence f2 f2 f1 boutre les appareils de mesure de rapport mentionnés dans ce qui pré- cède, on peut évidemment en utiliser d'autres.
C'est ainsi qu'à cet effet, les tensions de sortie des filtres passe-bas dans les canaux 6 et 7 peuvent être con- verties en tensions alternatives de même fréquence, après quoi la'tension alter- native de sortie du canal 6 est dépassée de 90 et est ensuite ajoutée à la ten- sion alternative du canal 7. La phase de la gamme de tensions ainsi obtenue varie alors suivant le rapport des amplitudes de la tension de sortie du canal 6 et de la tension de sortie du canal 7, de sorte qu'on obtient le rapport désiré par une mesure de la phase.
Comme il a déjà été mentionné, le détecteur de fréquence indiqué peut également être utilisé pour détecteur l'évolution de la fréquence fondamentale; à cet effet, une bande partielle vocale appropriée, comportant la fréquence fonda- mentale, est appliquée à l'entrée du détecteur de fréquence. Cette bande vocale partielle peut être sélectée directement du signal vocal ou bien cette bande par- tielle de fréquence peut être obtenue par détection d'amplitude, de préférence d'une ou de plusieurs gammes élevées de formants.