Métronome
L'objet de la présente invention est un métronome produisant des signaux optiques et acoustiques par commande électrique, comprenant un seul circuit de sortie dans lequel sont connectés une lampe à décharge, destinée à produire les signaux optiques, et un haut-parleur à haute impédance, destiné à produire les signaux acoustiques, ledit circuit de sortie étant commandé par un oscillateur périodiquement bloqué comprenant un transistor.
La revendication du brevet principal définissait textuellement un métronome produisant des signaux optiques et acoustiques par commande électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un seul circuit de sortie dans lequel une lampe à décharge, destinée à produire les signaux optiques, et un haut-parleur à haute impédance, destiné à produire les signaux acoustiques, sont connectés en montage dynamiquement parallèle .
Le brevet principal définissait en outre, comme forme d'exécution particulièrement avantageuse (sous-revendication 3), un métronome selon cette revendication, caractérisé en ce que ledit circuit de sortie est commandé par un oscillateur périodiquement bloqué comprenant un transistor dans le circuit de base duquel se trouvent des éléments de réglage d'une constante de temps .
Un métronome répondant à cette définition laissait cependant encore subsister le problème de la précision d'étalonnage et du défaut de linéarité de l'échelle rapportant la fréquence de battement du métronome à la valeur desdits éléments de réglage constitués dans leur plus simple expression par une résistance réglable. La recherche d'une solution à ce problème constituait la suite logique du développement du métronome selon le brevet principal du fait que l'avantage constitué par la netteté du timbre et la précision de fonctionnement du métronome selon ce brevet implique, pour prendre sa pleine valeur, une possibilité de réglage précis de la fréquence du métronome, chose qui, à son tour, nécessite de réduire autant que possible les défauts de linéarité dans l'étalonnage de l'échelle de réglage de la fréquence.
il faut remarquer d'autre part que, si le problème de la réduction des défauts de linéarité s'avère avoir une relation particulière avec au moins la majeure partie de ce qui caractérise le métronome selon le brevet principal, la solution de ce problème serait naturellement intéressante non pas uniquement quant aux métronomes répondant exactement à la définition donnée dans la revendication du brevet principal, mais également quant à certains types de métronomes, analogues mais non pas identiqes à celui-ci et présentant au moins la plus grande partie des caractères de celui-ci.
On peut noter en particulier qu'un métronome qui ne différerait de celui défini par la revendication du brevet principal que par une connexion de la lampe à décharge et du haut-parleur en un montage différent d'un montage dynamiquement parallèle (ce métronome reprenant par ailleurs les autres caractères énoncés dans la revendication du brevet principal), pourrait bénéficier avec un égal intérêt d'une solution trouvée au problème de la réduction des défauts de linéarité d'étalonnage dans le cadre d'un métronome exactement conforme à la définition donnée par la revendication du brevet principal.
La présente invention vise à assurer la précision d'étalonnage de l'échelle rapportant la fréquence de battement du métronome à la valeur de la résistance réglable qui sert à régler le métronome. On sait que les métronomes de ce genre, qui réalisent en général un étalement linéaire de la période, présentent de ce fait une échelle des fréquences très serrée vers le haut.
On connaît notamment, de par l'exposé de brevet américain No 3271670, un métronome produisant des signaux optiques et/ou acoustiques par commande électrique, comprenant un circuit de sortie dans lequel sont connectés une lampe à décharge, destinée à produire les signaux optiques, et un transducteur destiné à produire les signaux acoustiques, ce circuit de sortie étant commandé par un oscillateur périodiquement bloqué comprenant un transistor dans le circuit de base duquel sont connectés deux résistances variables et un condensateur dont la constante de temps détermine le temps de blocage périodique de l'oscillateur.
Un tel métronome ne présente cependant pas un agencement à réduire les défauts de linéarité dans l'état lonnage de l'échelle de réglage de la fréquence.
Il est également connu, de par le brevet français N < 1255635, de connecter en série deux condensateurs associés à des résistances de façon que la période de fonctionnement du circuit soit déterminée par la somme des tensions aux bornes des condensateurs.
Selon ce brevet français, cette mesure n'est cependant pas appliquée à un métronome et son application n'a pas à satisfaire toutes les exigences particulières qui se posent dans le cas d'un métronome. Le circuit dans lequel cette mesure est appliquée dans le cas de l'objet de ce brevet français n'est pas un circuit du type correspondant à celui d'un métronome tel que défini plus haut, sa conception de même que sa destination étant différentes, et ce circuit ne comportant pas notamment d'éléments inductifs tels que ceux que l'on trouve dans un oscillateur périodiquement bloqué.
Le but de la présente invention est de fournir un métronome réalisant entre autres, par un agencement évolué de ses circuits électriques, I'étalement de l'échelle des fréquences de battement dans le domaine des périodes courtes.
Dans ce but, la présente invention propose un métronome produisant des signaux optiques et acoustiques par commande électrique, comprenant un seul circuit de sortie dans lequel sont connectés une lampe à décharge, destinée à produire les signaux optiques, et un hautparleur à haute impédance, destiné à produire les signaux acoustiques, ledit circuit de sortie étant commandé par un oscillateur périodiquement bloqué comprenant un transistor, caractérisé en ce que deux condensateurs sont connectés dans le circuit de base du transistor de manière que la somme algébrique de leurs deux tensions détermine, en assumant tour à tour deux valeurs critiques, le démarrage et le blocage périodiques de l'oscillateur,
une évolution individuelle en fonction du temps de chacune de ces deux tensions vers une valeur d'équilibre ohmique ramenant chaque fois ladite somme algébrique de ces tensions de l'une de ces valeurs critiques à l'autre.
Une forme d'exécution du métronome selon l'invention est présentée à titre d'exemple au dessin annexé dans lequel:
la fig. 1 est une vue en perspective, de l'appareil;
la fig. 2 en est le schéma électrique;
les fig. 3 et 4 sont des diagrammes explicatifs du fonctionnement du circuit représenté par le schéma de la fig. 2.
Le métronome représenté comprend un boîtier 1 de forme parallélépipédique, dans lequel sont logés un haut-parleur à cristal 2 à haute impédance et une lampe à décharge 3. La face intérieure du boîtier 1 porte une grille 4, pour laisser passer les sons du haut-parleur 2, ainsi qu'un verre diffusé à facettes 5, placé devant la lampe 3. L'énergie nécessaire à l'excitation du hautparleur 2 et de la lampe 3 est fournie par une pile 6 de modèle courant, qu'un couvercle amovible du boîtier 1 permet de remplacer facilement. Le haut-parleur 2 et la lampe 3 sont commandés de façon à produire des signaux brefs. La cadence de ces derniers peut être réglée à l'aide d'un bouton moleté 8 portant une graduation 9 sur sa face visible, qui se déplace en regard d'un index 10.
Un bouton 11, mobile dans une fente 12 du couvercle 7, permet d'actionner un interrupteur 32 (fig. 2) et de mettre ainsi le haut-parleur 2 en circuit ou hors-circuit, au gré de l'usager. Le métronome comprend encore un interrupteur principal 31, commandé comme la résistance de réglage 41, par le bouton 8.
Le schéma de la fig. 2 reprend, pour les éléments qu'on trouve d'une manière semblable dans l'exécution décrite dans le brevet principal les mêmes signes de références que les figures de ce brevet. On voit que le haut-parleur 2 et la lampe 3 sont connectés dans un même circuit de sortie, alimenté par un enroulement 14 et comprenant en outre un condensateur 15. Ce circuit de sortie est commandé par un oscillateur à transistor comprenant un enroulement 16 d'excitation dans le circuit émetteur-collecteur du transistor 17 et un enroulement 18 de commande dans le circuit de base du transistor 17, les enroulements 14, 16 et 18 ayant le même noyau 19.
Dans le circuit de sortie, le haut-parleur à cristal 2 se trouve en parallèle avec la branche de circuit incluant la lampe à décharge 3, une résistance 35 étant montée en série avec la lampe; cette résistance 35 qui est de faible valeur, évite de devoir sélectionner les lampes lorsque l'on fait le montage de l'appareil, elle est sans influence sur son fonctionnement. On voit également un commutateur 32 qui, dans une position coupe le haut-parleur 2 et vient brancher à sa place un condensateur 33 d'une valeur égale à la capacité du haut-parleur.
La présence de ce condensateur 33 n'est pas indispensable, elle permet cependant de compenser le glissement de fréquence de quelques pour-cent qui se produirait sans elle lorsque l'on coupe le haut-parleur 2; dans une exécution économique, ce léger glissement ne serait pas gênant et le condensateur 33 pourrait être suppprimé. On voit encore dans le circuit de sortie une résistance ajustable 34 dont le rôle sera expliqué plus loin.
C'est dans le circuit de l'oscillateur que le métronome ci-décrit se distingue de celui décrit dans le brevet principal. On voit tout d'abord qu'entre un condensateur tampon 22 et l'interrupteur principal 31, une résistance 36 est incorporée; cette disposition sert à rendre le fonctionnement du métronome indépendant de la résistance interne de la batterie 6; étant de valeur nettement supérieure à la résistance interne d'une batterie quelconque, la résistance 36 rend la résistance totale de la source à peu de chose près constante (une variation du simple au double de la résistance interne de la batterie ne se traduit plus que par une variation négligeable de la résistance totale de la source).
Le circuit de temporisation comprend deux condensateurs 37 et 38, la somme algébrique de leur tension étant par l'intermédiaire de l'enroulement 18 et du diviseur de tension formé par la résistance 25 et la résistance ajustable 39, appliquée à la base du transistor 17. Le réseau d'équilibrage ohmique (ou réseau de charge et de décharge) de ces condensateurs 37 et 38 est constitué par une résistance fixe 40, une résistance réglable 41 qui varie lorsque l'on tourne le bouton 8, et une résistance fixe 42; les résistances susmentionnées 25 et 39 de même que l'enroulement 18 du transformateur, participent également à ce réseau d'équilibrage.
Ces différents éléments sont choisis et réglés de façon qu'au moment où l'on ferme l'interrupteur 31, l'oscillateur décrit entre aussitôt en action et produit une première paire de signaux, un signal optique et un signal acoustique, ou uniquement un signal optique, suivant la position du commutateur 32. L'oscillateur ne reste toutefois qu'un très bref instant en service. En effet, dès que l'oscillateur entre en service et pendant tout le temps qu'il fonctionne, la tension induite dans ltenroulement 18, redressée par la diode base-émetteur du transistor 17, fait évoluer vers une valeur plus positive (ou moins négative) la somme des tensions de condensateurs 37 et 38.
Or, cette évolution a pour effet de modifier progressivement le potentiel de la base du transistor 17 jusqu'au point de bloquer ce dernier et d'arrêter par conséquent l'oscillateur. Une fois interrompue l'oscillation ne reprend donc que lorsque la tension des deux condensateurs 37 et 38 a évolué de manière que leur somme algébrique reprenne une valeur qui, divisée encore par la chaîne de résistance (25, 39) soit capable de débloquer le transistor 17. Le fonctionnement décrit reprend et se répète ainsi périodiquement, aussi longtemps que l'interrupteur 31 reste fermé.
Il ressort de ce qui précède que le métronome décrit produit des signaux optiques et acoustiques ou seulement optiques, selon la position du commutateur 32 à des instants réguliers. séparés par des pauses dont la durée dépend exclusivement du temps que les tensions des condensateurs 37 et 38 mettent à évoluer sous l'action de leur réseau d'équilibrage ohmique constitué par les résistances 40, 41, 42, 25 et 39.
L'évolution individuelle des tensions aux bornes des condensateurs 37 et 38 est à peu près exponentielle; admettons qu'elle l'est pour décrire le fonctionnement de ce circuit à l'aide des diagrammes des fig. 3 et 4.
La fig. 3 illustre l'évolution des tensions en fonction du temps dans le cas où l'on n'aurait que le condensateur 38 (ou, ce qui revient au même dans Je cas où le condensateur 37 serait extrêmement grand et où la tension à ses bornes ne varierait pas). La tension V1 est la tension de blocage appliquée à la base du transistor 17 au début de la période de blocage (soit la tension critique de blocage), la tension V est la tension qui provoque le déblocage du transistor (soit la tension critique de déclocage); on a représenté en A. B, C et D, quatre courbes d'évolution exponentielle de la tension aux bornes du condensateur 38 pour quatre valeurs différentes de la résistance d'équilibrage de cette tension, ces quatre valeurs forment une progression linéaire.
La courbe V4' est la courbe de la tension que doit avoir le condensateur 38 pour que la tension critique de déblocage soit atteinte (on fait ici abstraction du diviseur de tension 25, 39). Comme l'évolution de la tension aux bornes du condensateur 37 est nulle la courbe V ' est une droite horizontale de hauteur V2. Les instants TA,
TB, TC et TD où se produit le déblocage sont donnés par l'intersection des courbes A, B, C et D avec la courbe V4 on voit que ces temps TA, TB. Te et T, sont situés également en progression linéaire.
Sur la fig. 4 on admet que le condensateur 37 n'a plus une valeur très grande et que sa tension évolue aussi exponentiellement selon la courbe E; c'est donc la tension totale qu'il y a lieu de considérer maintenant. La tension Vt et les courbes A, B, C et D sont les mêmes que sur la fig. 3, la tension VX est la tension à laquelle le condensateur 37 est initialement chargé (la tension critique de blocage étant alors VI+V4). La courbe V2, est tracée parallèlement à la courbe E à une distance égale à Va, elle est asymptotique à la droite horizontale de hauteur V puisque E tend vers zéro. C'est, comme auparavant.
I'intersection des courbes A, B, C et D avec la courbe V9' qui détermine les instants de déblocage puisque à ces points la tension totale des deux condensateurs est égale à VJ. On voit que ces temps TA, TB, Tc et TD ne se répartissent plus linéairement, mais que par exemple l'espace T, - T,, est nettement plus petit que l'espace Tc - T11.
On voit donc que pour une même variation de résistance, la différence des périodes diminue lorsque ces périodes sont courtes, cela signifie que l'échelle des fréquences de battement aussi sera plus étalée, vers les périodes courtes (donc vers les fréquences élevées), dans le cas de la fig. 4 que dans le cas de la fig. 3. Comme, du fait qu'elles sont l'inverse des périodes, les fréquences se répartissent. avec une échelle linéaire des périodes, selon une échelle qui se serre de plus en plus vers les fréquences élevées, le fait que dans cette zone (comme on le voit sur la fig. 4) une même variation de résistance provoque un glissement de période moins grande, et donc aussi un glissement de fréquence moins grande, tend à améliorer la répartition des fréquences sur leur échelle rapportée à des variations linéaires de résistance.
On obtient ainsi un effet favorable d'étalement de l'échelle des fréquences dans la partie où elle était le plus serré. (Pour que cet effet se manifeste il faut que la courbe E se rapproche de zéro aux environs des points TB et Tc correspondant à un réglage moyen, cela se trouve réalisé lorsque, rapportées à l'inverse des capacités des condensateurs, les résistances d'équilibrage, de la tension du condensateur 37, et de la tension du condensateur 38 lors d'un réglage moyen de la période, soit à peu près équivalentes.)
Sur la fig. 2 la résistance d'équilibrage de la tension du condensateur 37 est celle qui se présente dans la chaîne (masse - rés. 39 - rés. 25 - rés. 42 - rés. 41 - rés.
40 - rés. 36 - masse) entre la masse et le pont (rés. 40 41); la résistance d'équilibrage de la tension du condensateur 38 est celle qui se présente dans cette même chaîne entre les points (rés. 42-25) et (rés. 41-40).
Comme la résistance 39 est très grande et la résistance 36 assez faible, on peut admettre que le réseau d'équilibrage ohmique de la tension du condensateur 37 est formé de la seule résistance 40, tandis que le réseau d'équilibrage de la tension du condensateur 38 est formé de la résistance fixe 42 en série avec la résistance réglable 41. Cette dernière constitue l'organe de réglage de la période de blocage et c'est à sa position que se rapporte l'échelle des fréquences de battement. La résistance 42 est une résistance de faible valeur dont le rôle est uniquement d'empêcher que le condensateur 38 soit court-circuité lorsque la résistance variable 41 prend une valeur nulle.
La phase d'oscillation du transistor 17 ne diffère pas sensiblement de celle décrite pour la forme d'exécution du brevet principal si ce n'est en ce que le condensateur 43 remplace la résistance 21 de cette ancienne forme d'exécution et contribue à améliorer les conditions d'oscillation en accordant le circuit de l'enroulement 16. La limitation en continu du courant dans le transistor, qui, dans la forme d'exécution décrite dans le brevet principal, nécessitait des éléments spéciaux est, dans la présente forme d'exécution, assurée par la résistance 40 même lorsque la résistance variable 41 prend une valeur nulle.
Il y a lieu de remarquer encore que la résistance ajustable 39 permet, par le jeu du diviseur de tension qu'elle forme avec la résistance 25, d'ajuster la valeur de la tension critique de déblocage mentionnée plus haut.
La valeur de la tension critique de blocage est par contre déterminée par les conditions d'oscillation, et plus exactement par la tension induite en cours d'oscillation, dans l'enroulement 18; cette tension alternative de fréquence acoustique vient s'ajouter à celle des condensateurs, et tant qu'en une partie de ses alternances, elle est suffisante pour débloquer le transistor, I'oscillation se maintient, lorsque, la contre-tension des condensateurs étant devenue trop grande, le transistor n'arrive plus à être suffisamment débloqué par cette tension induite, I'oscillation se bloque. C'est justement cette contre-tension critique se présentant à ce moment sur les condensateurs qui définit la valeur critique de blocage susmentionnée.
Lorsque la résistance 39 est ajustée à une valeur plus faible, les valeurs critiques de blocage et de déblocage diminuent, les deux diminutions ne sont cependant pas proportionnelles et il s'ensuit une variation de la période de blocage. L'importance de cette variation suivant la longueur de la période réglée par la résistance variable 41 se trouve déterminée suivant les critères mentionnés lors de l'examen de la fig. 4.
Pour les raisons mentionnées dans cet examen, I'im- portance en valeur absolue des variations sera plus grande pour les fréquences élevées. Cependant, dans le cas d'une variation de la résistance ajustable 39, du fait que, pour les courtes périodes la faible valeur de la résistance 41 permet à la variation de la résistance 39 d'affecter dans une certaine mesure, et dans un sens qui combat l'action principale, l'évolution de la tension du condensateur 37, les variations seront un peu moins fortes qu'elles devraient l'être pour les périodes courtes, donc pour les fréquences élevées. L'ajustement de la résistance 39 est donc utilisé pour ajuster le réglage de la période de blocage surtout pour les fréquences de battement basses.
Il reste à parler de la résistance ajustable 34 ; celle-ci a pour rôle d'ajuster l'absorption de l'énergie d'oscillation, et d'elle dépend donc le moment où la tension reportée sur la base du transistor devient insuffisante (compte tenu du gain du transistor) pour assurer l'oscillation. C'est donc uniquement la valeur critique de blocage qui se trouve influencée par l'ajustage de cette résistance 34. Comme l'effet principal de cette variation n'est pas accompagné d'un effet accessoire sur l'évolution de la tension du condensateur 37, ce sont surtout les fréquences de battement élevées qui s'en trouvent influencées. L'ajustement de la résistance 34 est donc utilisé pour ajuster le réglage de la période de blocage surtout pour les fréquences de battement élevées.
Il ressort de la description précédente que les éléments du métronome sont peu encombrants et peuvent être logés facilement dans un boîtier 1 ayant sensiblement les dimensions d'un paquet de cigarettes. Tous ces éléments sont de type courant et par conséquent de prix modique. Chacun d'eux a notoirement une longue durée de vie, de sorte que le métronome décrit ne risque pas de se déranger. En outre, sa consommation est minime. Des essais ont montré qu'une petite pile de type courant suffisait à alimenter pendant plusieurs centaines d'heures.
Il est clair que l'agencement du circuit de l'oscillateur en particulier la présence de deux condensateurs dans le circuit de base du transistor, permet d'atteindre le but recherché, qui concerne l'étalement de l'étalonnage de l'échelle des fréquences, indépendamment de l'agencement des autres circuits et en particulier de celui du circuit de sortie, concerné par le brevet principal. Ainsi donc l'agencement particulier ci-décrit du circuit de l'oscillateur pourrait être utilisé pour réaliser le but recherché même dans un métronome non çonç;rnç ;?ar
oxlu bl G LIIIIW tlII III6CIIIIIOIIItl 110in le brevet principal.