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BREVET D*INVENTION au nom de la
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Société dite 08ociété de Recherches et d'Applications Techniquesn Procédé et dispositifs applicables notamment au oinéma, à la radio- diffusion et à la télévision, et permettant en particulier d'obtenir la reproduction stéréophonique du son.
Priorité d'une demande de brevetdéposée en France le 19 février 1944
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et d'une demande de certificat d'addition déposée le 29 QW'sz+ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯------------------------------- La présente invention due à Monsieur Joseph CORDONNIER, a pour objet un procédé et des dispositifs dont le but est de permettre d'obtenir dans la reproduction sonore, directe ou enregistrée, une qualité voisine de celle de l'audition directe et des sensations auditives comparables à celles obtenues dans la réalité ou mieux susoeptibles d'ajouter à l'impression de vérité recherchée.
L'invention se réfère, en particulier, aux procédés de re- production) du son en relief.
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On-%ait que, dans le mécanisme de l'audition naturelle, qui' permet à l'homme àe lodaliser une source sonore suivant S coordonnées: la distance, la direction dans le plan horizontal (azimut), l'éléva- tion par rapport à ce plan (site), la préémiaenoe revient sans contre-
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dit à la sensation de direction due à l'audition wbinauriculaire*, Cette sensation constitue un élément essentiel de la sensation audi-
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tive de l'homme puisqu'elle permet d'indiquer non seulement la direo- tion d'Où vient un son mais encore l'identification d'un son parmi un grand nombre d'autres.
Or, tandis que la notion de distance de la source sonore mentionnée plus haut, subsiste dans les méthodes actuelles de reproduotion et peut être réglée au moyen du rapport son direct/ somme des sons réfléchis captés par le microphone, la sensation de direction disparait par contre totalement. C'est ainsi qu'à l'audition d'un con- oert, par exemple, alors que l'auditeur perçoit bien distinctement
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chaque instrument ou famille dtinstruments, chaque plan sonore qui se détache de la masse grâce aux impressions angulaires, à la repro- duotion au contraire, la source sonore étant devenue ponotuelle, toutes les impressions auditives se trouvent définitivement brouillées cependant que l'effet de masse disparait également en grande partie.
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.
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Pour conserver, à la reproduction, cette sensation direc- tionnelle, on a eu recours à une méthode de reproduction sonore connue sous le nom de reproduction stéréophonique. Cette méthode est basée sur les observations suivantes:
Le son provenant d'une direction formant un angle 0( avec le plan médian de la tête d'un auditeur (fig.l), atteint d'abord une oreille et n'agit sur l'autre qu'un certain temps après, d'Où des différence de temps.
Le son, par diffraction autour de la tête, subit une oer- taine atténuation ce qui orée des différences d'intensités aux oreil- les. Ces différences d'intensité perçues entre deux oreilles, qui se trouvent relevées sur la courbe de la fig.2 en fonction de l'an- gle [alpha] dépendent de la fréquence da son puisque les ondes sonores ne sont influencées par un obstacle que si les dimensions de cet obstaole sont du même ordre de grandeur que la longueur d'onde.
Ce caractère séleotif des différences d'intensités est exprimé par les courbes de la fig. 3 qui représentent l'affaiblisse- ment relatif à l'une des oreilles en fonction de la fréquence. Les courbes I-II- et III qui se rapportent à une source sonore pour des angles [alpha] 30, 60 et 90 , montrent que le son, pendant sa diffusion autour de la tête passe par une sorte de filtre dont la courbe de fréquence varie pour les divers angles [alpha] *
La fig. 4 représente le schéma d'une installation réalisa- ble dans un cinéma et qui est d'un type actuellement utilisé.
Le son est capté dans le studio au moyen d'une tête artifioielle de formes comparables à celles de la tête humaine et possé- dant pour oreilles deux microphones alimentant respectivement, par l'intermédiaire de voies de transmission convenables, deux haut- parleurs 1 et 2 placés à droite et à gauche de l'auditeur P. La tête artificielle est disposée de façon telle que les plans médians de la tête artificielle et de la oamera coïncident. Pour une position dé- terminée de l'artiste les intensités aux oreilles de la tête artifi- cielle sont entre eux dans un rapport donné par la courbe de la fig.
2. Le même rapport existe entre les intensités sonores formées par les deux haut-parleurs de la fig.4 à l'endroit où se trouve l'auditeur., Dans ce cas, les auditeurs perçoivent bien à droite le haut parleur de droite et à gauche le haut parleur de gauche mais ils perçoivent en même temps, quoique avec un certain affaiblissement q le son du haut parleur contraire. De sorte que pratiquement chaque oreille en- tend le son qui lui est destiné plus une fraction affaiblie du son destiné à l'autre oreille, l'affaiblissement dépendant de l'angle sous lequel le haut parleur attaque la tête.
Finalement le rapport effeotif X des intensités aux deux oreilles de l'auditeur n'est pas 2 mais x - p + q
1+pq
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La différence d'intensité aux oreilles de l'auditeur est: donc toujours plus petite que oelle aux oreilles de la tête artifi- cielle , ce qui revient à dire que l'angle apparent [alpha] correspondant à X est plus faible que l'angle réel [alpha]correspondant à p et ce d'autant plus que l'affaiblissement q sera plus faible o'est à dire que l'angle sous lequel les haut parleurs attaquent la tête de l'au- diteur sera plus faible. Il en résulte que.l'effet stéréophonique recherche n'est pas atteint ou est atteint d'une façon insuffisante.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention permet d'obtenir convenablement l'effet stéréophonique recherché. Ce procède basé sur les différences d'intensité sélectives qui se produisent lors de l'audition naturelle, oonsiste à compenser la réduction de l'angle sonore apparent, provoqué par le système de reproduction par haut-parleurs .exposé ci-dessus en oréant une différence d'intensité aux oreilles de l'auditeur supérieure à oelle de l'audition naturelle.
Niant donné qu'il existe une relation bien définie entre les rapports d'intensités et les angles, le procédé suivant l'invention peut con- sister à agir sur l'angle de oaptation sonore pour créer les diffé- renoes d'intensités reoherohées.
Suivant une autre oaraotéristique principale de l'invention le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé défini ci- dessus est constitué par une tête électrique comportant deux micro- phones dont les propriétés directives sont essentiellement sélectives oest à dire présentent un angle de oaptation du son diminuant avec la fréquence.
Suivant l'invention, on peut prévoir un correcteur spécial unique permettant de jouer simultanément sur les oourbes de fréquence des deux canaux de transmission en vue, suivant le besoin, d'accentuer ou de diminuer l'impression angulaire.
Dans tout ce qui précède, il n'a pas été tenu oompte du com plément d'impression angulaire dû à la différence de temps aux oreilles d'un auditeur mais l'erreur ainsi introduite dans le calcul des effets de localisation peut être considérée comme étant sans importanoe.
Par contre, on sait que lors de l'enregistrement dans un studio de radiodiffusion, de grands orchestres par exemple, il impor- te pour réaliser une bonne émission de réduire la dynamique o'est , dire le rapport entre l'amplitude des tensions maxima et celle des tensions dépassant le niveau des tensions perturbatrices (bruits de fond).
. Dans la reproduction plastique d'un orchestre où l'impression de vérité est reoherohée il devient au contraire nécessaire de réta- blir cette dynamique telle qu'elle se présente réellement et par suite d'augmenter très sensiblement sa valeur.
Suivant une caractéristique essentielle de l'invention,cette augmentation de la dynamique est reproduite au moyen d'un dispositif basé sur le prinicipe bien connu de la compression expansion, mais réalisée dans des conditions telles que ce n'est plus le courant modulé
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d'un "oanal" ou voie de modulation qui commande la compression et 1''expansion mais au contraire une combinaison dépendant des deux cou- rants modulés des deux canaux utilisés et de Pelle manière que des deux modulations, c'est toujours celle dont la crête est à un instant donné la plus élevée qui commande le système de compression-expansion,
Suivant un mode de réalisation de ce dispositif appliqué à l'enregistrement sur film le courant de commande est enregistré sur une piste auxiliaire spéciale (ou combinée avec la piste principale) dont il est ensuite filtré pour commander l'amplification de la chat- ne reproductrice.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description complémentaire faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La fig.5 montre l'angle de localisation ou l'angle que fait la direction apparente du son avec la normale à la tête.
La fig. 6 représente schématiquement les angles de looalisa- tion caloulés pour une salle de oinéma donnée. les fig.7, 8 et 9 sont relatives à un dispositif de oorreo- tion d'angle sonore.
La fig.10 représente les caractéristiques d'un microphone présentant une directivité sélective.
La fig.ll représente les différences d'intensité entre mi- orophones d'une tête constituée de deux éléments présentant des carac- téristiques de la fig.10.
La fig.12 représente les angles d'incidence du son par rap- port au microphone d'une tête éleotrique.
La fig.13 représente le sohéma de principe de la compression expansion appliqué au cas d'un film sonore et son mode de réalisation.
La fig.14 représente la caractéristique de fonctionnement de l'un des limiteurs.
La fig.15 représente le système de reproduction.
Les fig.16, 17 et 18 représentent des diagrammes correspon- dant à d'autres particularités de l'invention.
Les fig.19 et 20 représentent schématiquement des dispositifs du type conforme à l'invention, oomportant deux voies de transmission.
Les fig.21 à 23 représentent schématiquement des dispositifs à trois voies suivant l'invention.
Comme il a été indiqué ci-dessus, le procédé qui fait l'ob-
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jet de l'invention et qui est basé sur les différences d'intensités sélectives qui se produisent lors de l'audition naturelle, oonsiste . oompenser la réduction de l'angle sonore apparent, due à la présence des deux haut-parleurs de reproduotion, en oréant aux oreilles de l'au- diteur une différenoe d'intensités supérieure à celle de l'audition naturelle.
comme, d'autre part, les rapports des intensités aux oreil- les sont liés aux angles qui les provoquent, l'invention pput oonsister à agir sur la valeur de ces angles pour obtenir des différences d'inten sites correspondant à lteffet stéréophonique recherché,
Conformément à l'invention, on peut en particulier oapter le son sous un angle double de l'angle de prise de vues* L'expérience montre alors que le spectateur occupant une place médiane dans une salle de oinéma perçoit des impressions sonores angulaires correspon- dant exactement à celles de l'opérateur de prise de vues. Autrement dit, dans ce cas on réalise exaotement l'effet de relief du son oorres- pondant à l'audition naturelle.
Le même résultat peut être obtenu si la oonstitution même de la tête électrique est telle que les éoarts d'intensité en décibels à la sortie des microphones sont doubles de ceux créés par l'audition naturelle. moyens On peut du reste utiliser une combinaison de ces deux moyens, est à dire agir sur l'angle de oaptation des sons et sur les écarts d'intensités des microphones de la tête électrique.
Il oonvient d'observer à ce sujet que la directivité séleo- tive des microphones, considérés autrefois comme un défaut, est au contraire, suivant le procédé de l'invention, pratiquement reoherchée et accentuée en vue de réaliser l'une des combinaisons précédentes*
Une courbe de directivité sélective telle que celle-désirée peut être obtenue soit par la constitution même du microphone: com- binaison d'éléments h pression et à vitesse, cavités, eto.., soit au oontraire par diffraction.
Dans ce dernier cas on peut accentuer la sélectivité de la réponse angulaire soit en augmentant le volume du microphone, soit en utilisant des éorans disposés par exemple dans le plan de la faoe sensible si l'on utilise un microphone à bobine mobile ou à condensa- teur. éventuellement on peut compléter les effets obtenus par l'une ou l'autre de ces dispositions en faisant usage de matéraux absorbants, tels que feutres ou velours, reoouvrant partiellement les microphones de faço à introduire une absorption supplémentaire sur les fréquenoes aiguës pour les angles d'attaque importants.
Comme on vient l'exposer, le procédé suivant l'invention permet de donner à un spectateur médian, 0 est à dire occupant une position médiane, des impressions de localisation sonores identiques à celles du speotateur médian assitant à une audition directe ou encore identiques à celles d'un opérateur de prise de vues, En jouant
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sur l'angle de oaptation, il est facile, dans ce dernier cas, de te- nir oompte de la variation focale des objectifs, des cameras ou pro- jecteurs de façon à obtenir une bonne correspondance entre le son et l' image.
Ces impressions sonores qui, pour le spectateur médian à la reproduction sont exactement celles du speotateur à l'émission, restent encore naturelles pour les autres spectateurs de la salle si celle-ci a les dimensions et la forme habituelles. La fig.5 est relative à un spectateur Pn situé en dehors de l'axe de la salle. Ce spectateur a l'impression d'entendre une seule source sonore qu'il looalise virtuellement sous un certain angle x qui est l'angle que fait la direction apparente du son avec la normale N à la tête. Cet angle x dépend du rapport effectif X des intensités sonores aux oreilles. Il n'y a plus dans ce cas correspondance exacte entre l'an- gle sonore à l'enregistrement et l'angle de localisation à la reproduc- tion.
Cependant, comme le montre la fig.6, il existe une correspondan- ce convenable entre ces angles qui conduit à l'obtention d'un effet très naturel.
Soit en effet S l'emplacement sur l'écran d'une source so- nore virtuelle pour le spectateur médian placé en Po et pour lequel l'angle de localisation xo est égal à l'angle de oaptation A, Le spectateur Pl ne voit plus l'image sous l'angle xo mais sous un angle x1 plus petit que xo et pour qu'il y ait correspondance entre le son et l'image ce n'est plus xo qui est l'angle souhaitable, mais x1. De sorte que oest la correspondance entre l'angle visuel xn et l'angle sonore x, obtenu pour la position Pn ,qu'il faut vérifier.
Or on constate que l'on obtient une bonne correspondance entre les angles x et xn sauf pour les points Pn par trop voisina des haut parleurs (zones hachurées de la fig.6), de sorte que l'on peut dire que l'on obtient une impression de relief sonore analogue celle de l'audition naturelle.
Eventuellement on peut améliorer la correspondance entre le son et l'image au cours du réenregistrement dont l'emploi est aujour- d'hui généralisé dans la technique du film sonore. Le niveau de modu- lation sur chaque voie, de même qu'un correcteur spécial pourra jouer simultanément sur les courbes de fréquence des deux canaux de trans- mission en vue d'accentuer ou de diminuer l'impression angulaire.
La fig.7 représente schématiquement une telle disposition.
Chaque voie de modulation arrive respectivement à un préamplificateur A1 A2 puis à un filtre F1 F2 et à un amplificateur d'enregistrement A3 A4 pour arriver à une machine à enregistrer E1 E2 Les courbée de fréquence 8 et 9 représentent respectivement les caractéristiques d'affaiblissement introduites par les filtres et les différences d'in- tensités correspondantes*
Un tel correcteur comprend par exemple plusieurs plots et une graduation angulaire correspondante.
La position de repos est graduée 0 et à droite et à gauche de ce plot peuvent être prévuse par exemple trois ou quatre plots respectivement gradués 10, 20, 30,
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40 , -10, -20. -30, -40 correspondant aux angles d'incidence droite
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et gauohe. '-
A chaque angle oorrespondal'introduotion symétrique de deux déformations inverses dans la courbe de fréquence de la chaîne de re- production:
l'une relevant les hautes fréquenoes, l'autres,les atté- nuant et ce dans des conditions telles que les différences d'intensités ainsi introduites entre les deux voies de modulation correspondent exaotement à celles introduites entre les oreilles par l'audition na- turelle sous des angles d'incidence correspondants,
Il est même possible éventuellement de raccorder au montage oertains éléments de film enregistrés avec ce procédé stéréophonique avec d'autres éléments enregistrés avec une seule piste, à l'extérieur par exemple, cette piste unique alimentant au réenregistrement deux voies de modulation entre lesquelles le correcteur introduit les dé- calages angulaires nécessaires.
La tête artifioielle utilisée jusqu'à ce jour dans les ins- tallations de reproduction du son à l'aide de deux haut-parleurs avait pour but de provoquer entre les microphones (oreilles) des rapports d'intensités présentant à toutes fréquences une valeur sensiblement égale à celle de l'audition directe,
La tête électrique utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de reproduction stéréophonique objet de l'invention produit ces mêmes différences non plus au moyen de la diffraction provoquée par un volu- me analogue à celui de la tête, mais au moyen des p ropriétés directives de deux microphones. A cet effet; oeux-oi présentent une directivité
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essentiellement aélective# o'est à dire un angle de captation du son diminuant avec la fréquence.
La fig.10 donne à titre d exemple non limitatif les caractéristiques d'un microphone de ce type.
De tels microphones, disposés d'une façon analogue à celle des oreilles sur la tête, o'est à dire à une distance de l'ordre de 20 om avec un angle [alpha] de l'ordre de 10 à 30 ; présentent pour un son d'incidence donné, un rapport d'intensité aisément calculable depuis les courbes de directivité. La fig.ll donne à titre d'exemple non limitatif les différences d'intensités en fonotion de l'angle d'incidence obtenues pour une tête électrique constituée avec deux microphones ayant des caractéristiques telles que oelles de la fig.10
Xn effet, si A est l'angle d'incidence du son par rapport à la tête éleotrique, AG et AD les angles d'incidence par rapport aux microphones gauche et droit (fig.12) on a :
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2 n - d, - À .
JM a yr (J ' Â et les courbes des fig.10 et 11 donnent à chaque fréquence les inten- sites qui correspondent aux deux angles. Leur rapport p - IG dépend :
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a) des propriétés directives du microphone choisi b) de l'angle Ó c) dans uhe certaine mesure de D.
En jouant sur ces trois quantités il est facile d'obtenir aux différents angles un rapport p en fonction de la fréquence, voisin de celui qui existe aux oreilles dans l'audition naturelle.
La néoessité d'augmenter la valeur de la dynamique, afin d'ajouter à l'impression de vérité recherchée conformément à la pré- sente invention, a été exposée plus haut. Cette augmentation de la dy- namique s'effectue au moyen d'un dispositif basé sur le prinoipe bien connu de la compression expansion dans lequel, conformément à l'inven- tion, on contr8le l'enregistrement,et la reproduction au moyen d'un seul courant de commande provenant à un instant donné non pas d'une voie de modulation donnée mais de celle qui présente momentanément le niveau de modulation le plus élevé.
On a représenté sur la fig.13 du dessin annexé un mode de réalisation de ce dispositif appliqué au cas de l'enregistrement sur film photographique utilisé pour le cinéma. Sur cette figure, A1 et A2 désignent deux chaînes d'amplification identiques correspondant aux deux canaux de modulation, Li et L2 deux étages fonctionnant en "limi- teurs" de modulation, Dl et D2 deux systèmes détecteurs constitués par exemple par des doubles diodes commandées par le courant modulé après passage dans l'étage limiteur. A3 représente un amplificateur du cou- rant de oontr8le et L3 est la liaison à l'enregistreur.
Lorsque le niveau de modulation dépasse une certaine valeur prédéterminée, les tensions de contre-polarisation transmises par les résistances Ri R'1 et R2 R'2 sont surmontées et un courant redressé apparaît aux bornes de C,R, qui jouent le rôle de filtre et détermi- nent la constante de temps du système.
Les plaques de Dl et D2 attaquent en parallèle le circuit C R et les variations du potentiel,oontinu en 0 sont transmises simulta- nément aux deux étages limiteurs L1 L2 constitués par exemple par des lampes à pente variable dont la polarisation se trouve ainsi modifiée de telle façon que l'amplification est réduite.
Soit OPQ (fig.14) la caractéristique de fonctionnement de 1' un des limiteurs (0 est à dire la caraotéristique de la tension de 'ortie Us en fonction de la tension d'entrée Ue) P le point critique 0 est à dire le point au delà duquel l'angle Ó oesse de définir l'amplifi- cation du système, op la tension d'entrés correspondante. Si oml est la tension correspondant à une crête sur la ohaine d'amplification A1, la tension de sortie correspondante est M1M1 et l'amplification de l'étage est définie par Ó 1.
Si maintenant on réalise le montage de la fig.13 et que oml soit à uh moment donné la crête la plus élevée sur les deux chaînes
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e'est la tension redressée produite par omi qui définira à cet instant le point de fonctionnement Ml et le nouveau coefficient d'amplification Ó des deux étages limiteurs.
A ce moment se produit en effet sur la chaine A2 une crête de modulation om2 qui par hypothèse est infé- rieure à oml, et à oette 'orête om2 correspond non pas la tension de sortie m2M2 (qui se produirait si .La travaillait isolément) mais seu- lement m2 M'2 correspondant à la droite OK d'amplification Ó Si par la suite c'est orna qui devient supérieur à omi, le phénomène s'in- verse et il se produit un nouveau ooeffieient d'amplification Ó qui règle les tensions de sortie sur les deux chaînes.
Les sorties 81 et S2 des deux limiteurs sont alors oonneo- tées aux amplificateurs d'enregistrement B1 B2 qui attaquent respecti- vement deux modulateurs Ml, Ma de lumière traçant sur le film deux pistes séparées. les différenossd'amplitude entre les modulations sur les deux chaînes n'étant jamais très considérables et l'action de limita- tion n'apparaissant que pour un niveau de modulation relativement élevé la réduction dmamplification de la voie la plus modulée n'entraîne pas sur l'autre voie une réduction telle que le bruit de fond apparaisse.
Parallèlement à l'inscription des pistes de modulation se fait également délie du courant de contrôle de la limitation qui est amplifiée directement ou module une fréquence porteuse en vue de l'ins- oription d'une troisième piste.
A la reproduction les deux pistes principales après lecture par les cellules c1 c2 et préamplification AC1 AC2 attaquant doux étages limiteurs AP1 AP2 analogues aux précédents, mais qui ,fonction- nent de façon exactement inverse. Le oourant de contrôle obtenu après lecture c3 de la troisième piste et détection en AD s'il y a lieu attaque en parallèle les deux étages limiteurs de reproduction, de telle sorte que l'impulsion de courant qui introduisait , l'enregis- trement tina diminution de m décibels dans le gain d'un amplificateur introduise après lecture une variation identique de m décibels, mais en sens contraire, c'est à dire en augmentation.
Les rapports des intensités respectives sont alors repro- duites fidèlement par les deux chaînes et l'augmentation effective de la dynamique correspond sensiblement à la réduction de gain admis- sible sur le limiteur d'enregistrement.
Le dispositif proposé n'a bien entendu auoun caractère li- mitatif et d'autres exemples d'application basés sur le même principe -sont faciles à concevoir. En effet, le contrôle des deux pistes au moyen de l'enregistrement d'un unique courant de commande correspon- dant à une même réduction de gain sur les deux chaînes est applicable quel que soit le mode de réàlisation du système compresseur limiteur.
En particulier l'étage de limitation peut être réalisé par des lampes à pente variable ou par des résistances ou redresseurs.De même la détection peut se faire par doubles diodes, ou,même par les deux sor- ties d'une diode unique si l'on néglige le caractère dissymétrique de la modulation.
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11 en .., le OU du système de reproduotion qui peut être constitué par n'importe quel oompresseur-limiteur pourvu que ce der- nier présente effectivement la caractéristique inverse de celui de la ohaine d'enregistrement et que bien entendu l'on ait toujours une par- faite symétrie de constitution et de fonctionnement entre les deux canaux de modulation.
Au lieu d'utiliser trois canaux de transmission comme indi- qué ci-dessus, on peut également, conformément à l'invention, utiliser seulement deux canaux de transmission ou au contraire conserver les trois canaux de transmission, mais en les utilisant de façon plus fa- vorable à l'extension de la dynamique.
Pour réaliser la transmission au moyen de deux voies seule- ment, on opère, conformément à l'invention, de la façon suivante:
L'une des deux voies de modulation (dont la fig.16 représen- te la caractéristique des fréquences), qui transmettent normalement de gamme 30 à 12.000 périodes environ, est amputée de toutes les fré- quenoes pour lesquelles l'effet stéréophonique est peu marqué, otest à dire toutes les fréquences qui sont perçues aux oreilles avec une intensité sensiblement égale quel que soit l'azimut et l'espace ainsi libéré est utilisé pour les signaux de commande du niveau.
Le schéma de la fig.17 montre la disposition ainsi adoptée.
A la reproduction, les hauts parleurs droit 1 et gauche 2 qui produi- sent l'effet stéréophonique comprennent des éléments séparés affectés les uns la-2a à la reproduotion des fréquences basses, et les autres lb-2b , la reproduction des fréquences moyennes et aiguës. Les éléments la-2a sont alimentéspar les signaux à basse fréquence contenus dans la.modulation non tronquée enregistrée sur la piste I et les éléments lb-2b sont alimentés par les signaux de fréquences moyennes ou aiguës respectivement contenues dans les deux voies de modulation L et II.
Chaque haut parleur reproduit donc bien la totalité de la modulation, oependant que les différences d'intensité sélectives néoes- saires pour recréer les impressions de localisation sont intégralement maintenues aux seules fréquences où elles se produisent, otest à dire aux fréquences moyennes et aiguës.
Les signaux de compression-expansion dont la partie figurant la gamme est représentée sans hachures sur la fig.17 sont par ailleurs extraits de la piste convenable, o'est à dire la piste II dans l'exem- ple considéré, par un filtrage approprié et utilisés pour contrôler la dynamique sur les deux voies de modulation.
Le schéma de la fig.18 montre l'autre disposition, conforme à l'invention, qui est adoptée dans le cas où on conserve trois pistes I. II et III et qui permet d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit, c'est à dire une meilleure dynamique (ou une dynamique égale pour une largeur de piste plus faible), en distribuant de façon diffé- rente les courants modulés.
Les éléments la-2a basses-fréquences des hauts parleurs 1
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2 pouvant être alimentés à partir de l'une quelconque des deux voies de modulation, on extrait de l'une quelconque des deux voies de modu- laion, ou des deux, les fréquences inférieures 350 périodes en vue de les enregistrer sur la piste III en même temps que les courants de compression-expansion (dont'la gamme est représentée' sans haohures sur la figure), Ces signaux peuvent se trouver sur une partie quelconque de la bande des fréquences supérieures à 250 ou 350 périodes.
Les deux autres pistes I et II sont alors uniquement utili- sées pour l'enregistrement des fréquences supérieures à 350 périodes se trouvant respectivement dans les deux voies de modulation.
Avant de décrire ces applications, on rappellera qu'il est connu que, pour améliorer le rendement et la répartition de l'énergie rayonnée, on réalise généralement les hauts- parleurs modernes au moyen de deux éléments spécialement adaptés l'un la reproduction des fréquences basses, l'autre à la reproduction des fréquences moyens nes et aig#es. Un filtrage présentant une courbe analogue à celle de la fig.16 sépare à cet effet les courants modulés à la sortie de l'am- plifioateur de puissanoe et les envoie respectivement sur les éléments appropriés du haut-parleur. La coupure du filtre n'est pas brutale et le point de raccordement des deux oourbes se situe vers 300 périodes.
Si l'on utilise de tels hauts- parleurs conformément au pro- cédé de reproduction faisant l'objet du brevet principal; on constate que les éléments à basse fréquence des hauts parleurs droite et gauche sont parcourus par des courants identiques, ce qui est normal puisque les différences d'intensité dues à l'angle d'incidence sont pratique- ment négligeables au-dessous de 350 périodes.
Il n'y a donc aucun inconvénient à alimenter, partir d'un même courant, pris sur l'une ou .l'autre voie de modulation, les éléments à basse fréquence des deux hauts-parleurs de droite et de gauche, pour- vu que les éléments aigus soient parcourus par les courants appropriés respectivement issus des voies de modulation droite et gauche. Si les niveaux respectifs entre basses et aiguës sont respectés, l'effet stê- réophonique n'est pas modifié.
Dans la fig.l9, P M1 et P M2 sont les deux préamplificateurs miorophoniques alimentés respectivement par les microphones ml et m2, l1 et La, les deux amplifioateurs limiteurs utilisés pour la compres- sion, El et E2 les deux amplificateurs d'enregistrement, Dl le déteo- teur commun parcouru par les courants de oompression. Ce dernier modu- le le courant d'un osoillateur 0 donnant une fréquence de l'ordre de 100 à 150 périodes.
Les courants issus de L1 et de 0 sont, après passages dans les filtres passe-bandes appropriée, mélangés l'entrée de l'amplifi- cateur Itl pour être enregistrés sur une piste unique p1 Cette piste contient donc dans les fréquences inférierues à 350 : le courant por'- teur à 125 périodes modulé, et dans les fréquences supérieures à 350 : la modulation de la voie p1. Les filtres passe-bandes F et F' servent à éviter les mélanges des deux sortes de courant.
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A A la reproduction, la sortie du préamplificateur de la cel- lule P c1 est filtrée en vue de séparer ces deux derniers. Le courant porteur modulé est envoyé sur un détecteur D2 qui donne à sa sortie le courant de commande destiné aux expanseurs cependant que le oourant modulé oontenant les fréquences supérieures à 350 est dirigé sur l'entrée de l'amplificateur expanseur Ei.
Dans ce système, la compression de Li et de L2 est donc commandée directement par le courant issu de D1 qui est sensiblement égal à celui issu de D2
Dans une variante du dispositif, la commande de la compres- sion peut se faire par le courant d'un détecteur D3 placé sur la sor- tie du filtre F' de façon à ce que les courants de compression et d' expansion soient rigoureusement identiques (fig.20).
Les sorties détendues des expanseurs E'1 et E2 (fig.19) attaquent les filtres F1 et f2 qui alimentent les hauts-parleurs 1 et 2,
F1 donne uniquement les fréquences aigues de la voie, F1 et F2 donne d'une part les fréquences aiguës de la voie F2, et. d autre part, les fréquences basses des deux oanaux de modulation. Un réglage de niveau approprié restitue les rapports d'amplitude entre fréquences basses et aiguës, cependant que l'ensemble des deux chaînes de modulation est réglé pour que le gain à 1.000 périodes soit identi- que sur les deux voies.
La fig.2I,relative à la transmission avec trois pistes, donne un exemple de montage dans lequel la séparation des fréquences graves est faite avant limiteur, ces fréquenoes étant enregistrées en mélange aveo le courant de compression, et reproduites au moyen d'un amplifioateur séparé. Ce dispositif permet d enregistrer sur X1 et E2 le maxi- mum d'énergie haute fréquence, le signal étant, d'une part comprimé puis étendu et, d'autre part, modifié en courbe de fréquences en A1 et Bi et A2 et B2 de telle sorte que l'enregistrement se fasse pour une modulation musicale avec des amplitudes sensiblement constantes en fonction de la fréquenoe.
La piste P3 contient alors, d'une part, un courant porteur à 1.000 ou 2.000 périodes modulé par le signal de compression et, d'autre part, la partie fréquences basses de la modulation. Il est moins nécessaire de prendre des précautions pour le bruit de fond de cette dernière puisque la piste est toujours impressionnée par le si- gnal de compression en l'absence de toute modulation, et que 1+on peut délibérément couper les fréquences supérieures à 300 périodes à la sortie B3 de l'amplificateur de reproduction correspondante
La fig.22 dorne une variante du même dispositif dans laquelle les.fréquences graves sont séparées après compression de la modulation ce qui impose soit de repasser par l'un des amplificateurs expanseurs à la reproduction, soit, au contraire,
de reproduire les fréquences graves à travers un troisième expanseur commandé en même temps que les deux autres (fig. 23),
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Dans les deux cas, .il est également intéressant d'utiliser en Al et B1 et A2 et B2 des filtres tels que ceux utilisés couramment dans l'industrie.cinématographique pour enregistrer sensiblement à niveau constant en fonction de la fréquence gist et post égaliseurs) REVENDICATIONS
1) Procédé applicable notamment aucinéma, à la radio- diffusion et à la télévision et permettant d'obtenir dans la reproduc- tion sonore une qualité voisine de oelle de l'audition directe notam- ment par réalisation de l'effet stéréophonique,
ce procédé étant du type autant lequel on utilise à la prise de sons deux microphones qui alimentent par deux canaux de transmission deux hauts-parleurs pour l'audition et étant caractérisé par le fait que l'on orée aux oreilles de l'auditeur une différence d'intensités sonores supérieure à celle de l'audition naturelle.
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INVENTION PATENT in the name of
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Society known as 08ociété de Recherches et d'Applications Techniquesn Method and devices applicable in particular to cinema, radio broadcasting and television, and making it possible in particular to obtain stereophonic reproduction of sound.
Priority of a patent application filed in France on February 19, 1944
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and a request for a certificate of addition filed on 29 QW'sz + ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯ ------------------------------- The present invention due to Mr. Joseph CORDONNIER, relates to a process and devices the purpose of which is to make it possible to obtain in the sound reproduction, direct or recorded, a quality close to that of direct hearing and auditory sensations comparable to those obtained in reality or better able to add to the impression of sought-after truth.
The invention refers, in particular, to methods of reproducing raised sound.
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It is believed that, in the mechanism of natural hearing, which allows man to lodize a sound source according to S coordinates: distance, direction in the horizontal plane (azimuth), elevation by in relation to this plan (site), the preemium returns without
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said to the sense of direction due to wbinauricular hearing *, This sensation is an essential part of the auditory sensation.
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tive of man since it makes it possible to indicate not only the saying where a sound comes from but also the identification of a sound among a large number of others.
However, while the concept of distance from the sound source mentioned above remains in current reproduction methods and can be adjusted by means of the direct sound / sum of reflected sound ratio picked up by the microphone, the sense of direction disappears on the other hand. totally. This is how when hearing a con- oert, for example, when the listener clearly perceives
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each instrument or family of instruments, each sound plane which stands out from the mass thanks to angular impressions, to reproduction on the contrary, the sound source having become ponotual, all the auditory impressions are definitively scrambled while the mass effect also largely disappears.
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.
NOT A WORD/ '
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To maintain this directional feeling in reproduction, a method of sound reproduction known as stereophonic reproduction has been used. This method is based on the following observations:
The sound coming from a direction forming an angle 0 (with the median plane of the head of a listener (fig.l), first reaches one ear and does not act on the other until a certain time later, Hence the time difference.
The sound, by diffraction around the head, undergoes a certain attenuation which creates differences in intensity at the ears. These differences in intensity perceived between two ears, which are found on the curve of fig. 2 as a function of the angle [alpha] depend on the frequency of the sound since the sound waves are only influenced by an obstacle. if the dimensions of this obstaole are of the same order of magnitude as the wavelength.
This selective character of the differences in intensities is expressed by the curves of FIG. 3 which represent the relative attenuation of one of the ears as a function of frequency. The curves I-II- and III which relate to a sound source for angles [alpha] 30, 60 and 90, show that the sound, during its diffusion around the head passes through a kind of filter whose frequency curve varies for various angles [alpha] *
Fig. 4 represents the diagram of an installation which can be produced in a cinema and which is of a type currently in use.
The sound is picked up in the studio by means of an artificial head of shapes comparable to those of the human head and having for ears two microphones supplying respectively, through suitable transmission channels, two loudspeakers 1 and 2 placed to the right and to the left of the listener P. The artificial head is placed in such a way that the median planes of the artificial head and of the oamera coincide. For a given position of the artist, the intensities at the ears of the artificial head are between them in a relation given by the curve of fig.
2. The same relationship exists between the sound intensities formed by the two loudspeakers in fig. 4 at the place where the listener is located., In this case, the listeners perceive the right loudspeaker on the right and on the left the left speaker but they perceive at the same time, although with a certain attenuation q the sound of the opposite speaker. So that almost every ear hears the sound intended for it plus a weakened fraction of the sound intended for the other ear, the attenuation depending on the angle at which the speaker attacks the head.
Finally, the effective ratio X of the intensities at the listener's two ears is not 2 but x - p + q
1 + pk
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The difference in intensity at the listener's ears is: therefore always smaller than at the ears of the artificial head, which amounts to saying that the apparent angle [alpha] corresponding to X is lower than the real angle [alpha] corresponding to p and all the more so as the attenuation q will be lower, ie the angle at which the loudspeakers attack the listener's head will be lower. As a result, the sought-after stereophonic effect is not achieved or is insufficiently achieved.
The method which is the object of the present invention makes it possible to obtain the desired stereophonic effect suitably. This procedure, based on the selective intensity differences which occur during natural hearing, consists in compensating for the reduction in the apparent sound angle caused by the loudspeaker reproduction system set out above by adjusting a sound angle. difference in intensity at the listener's ears greater than that of natural hearing.
Denying that there is a well-defined relation between the intensity ratios and the angles, the method according to the invention can consist in acting on the sound adaptation angle to create the different reoheroated intensities.
According to another main oaraoteristic of the invention, the device allowing the implementation of the method defined above consists of an electric head comprising two microphones whose directive properties are essentially selective, that is to say have an angle of adaptation of the sound. decreasing with frequency.
According to the invention, it is possible to provide a unique special corrector making it possible to play simultaneously on the frequency curves of the two transmission channels with a view, according to need, to accentuate or reduce the angular impression.
In all of the foregoing, no account has been taken of the additional angular impression due to the time difference at the ears of a listener, but the error thus introduced in the calculation of the localization effects can be considered as being unimportant.
On the other hand, we know that when recording in a broadcasting studio, in large orchestras for example, it is important to achieve a good program to reduce the dynamic o is, say the ratio between the amplitude of the maximum voltages. and that of voltages exceeding the level of disturbing voltages (background noise).
. In the plastic reproduction of an orchestra where the impression of truth is re-inherited, on the contrary, it becomes necessary to re-establish this dynamic as it really appears and consequently to increase its value very appreciably.
According to an essential characteristic of the invention, this increase in dynamic is reproduced by means of a device based on the well-known principle of compression expansion, but carried out under conditions such that it is no longer the modulated current.
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of an "oanal" or modulation channel which controls the compression and the expansion but on the contrary a combination depending on the two modulated currents of the two channels used and in the same way that of the two modulations, it is always that of which the peak is at a given moment the highest which controls the compression-expansion system,
According to an embodiment of this device applied to film recording, the control current is recorded on a special auxiliary track (or combined with the main track), which it is then filtered to control the amplification of the reproductive cat. .
Other characteristics of the invention will emerge from the additional description given below with reference to the appended drawings in which:
Fig. 5 shows the localization angle or the angle that the apparent direction of sound makes with the normal to the head.
Fig. 6 schematically represents the calculated looalisation angles for a given cinema room. FIGS. 7, 8 and 9 relate to a sound angle oorreo- tion device.
Fig. 10 shows the characteristics of a microphone with selective directivity.
Fig.ll represents the differences in intensity between micro-speakers of a head made up of two elements exhibiting characteristics of fig.10.
Fig. 12 represents the angles of incidence of sound with respect to the microphone of an electric head.
Fig. 13 represents the principle diagram of the compression expansion applied to the case of a sound film and its embodiment.
Fig. 14 shows the operating characteristic of one of the limiters.
Fig. 15 shows the reproductive system.
Figs. 16, 17 and 18 represent diagrams corresponding to other features of the invention.
Fig.19 and 20 schematically show devices of the type according to the invention, oomportant two transmission channels.
Figs. 21 to 23 schematically represent three-way devices according to the invention.
As indicated above, the method which ob-
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jet of the invention and which is based on the differences in selective intensities which occur during natural hearing, oonsiste. o Compensate for the reduction in the apparent sound angle, due to the presence of the two reproduction loudspeakers, by giving the listener's ears a greater difference in intensity than that of natural hearing.
since, on the other hand, the ratios of the intensities at the eyes are linked to the angles which cause them, the invention may consist in acting on the value of these angles to obtain differences in intenites corresponding to the desired stereophonic effect,
According to the invention, it is in particular possible to adapt the sound under an angle which is twice the angle of view. The experiment then shows that the spectator occupying a central place in a cinema room perceives corresponding angular sound impressions. exactly to those of the camera operator. In other words, in this case the effect of relief of the sound corresponding to natural hearing is exaotically achieved.
The same result can be obtained if the very constitution of the electric head is such that the variations of intensity in decibels at the output of the microphones are double those created by natural hearing. Means It is moreover possible to use a combination of these two means, ie acting on the angle of adaptation of the sounds and on the differences in intensity of the microphones of the electric head.
It should be observed in this regard that the selective directivity of microphones, formerly considered to be a defect, is on the contrary, according to the method of the invention, practically re-searched and accentuated with a view to achieving one of the preceding combinations *
A selective directivity curve such as that desired can be obtained either by the constitution of the microphone itself: combination of pressure and speed elements, cavities, etc., or on the contrary by diffraction.
In the latter case, the selectivity of the angular response can be accentuated either by increasing the volume of the microphone, or by using eorans arranged for example in the plane of the sensitive faoe if a moving coil or condenser microphone is used. tor. possibly one can supplement the effects obtained by one or the other of these arrangements by making use of absorbent materials, such as felt or velor, partially reopening the microphones in order to introduce an additional absorption on the acute frequencies for the angles of important attack.
As we have just explained, the method according to the invention makes it possible to give to a median spectator, 0 that is to say occupying a median position, impressions of sound localization identical to those of the median spectator attending a direct hearing or even identical to those of a camera operator, While playing
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on the angle of adaptation, it is easy, in the latter case, to take account of the focal variation of the objectives, cameras or projectors so as to obtain a good correspondence between sound and image.
These sound impressions which, for the median spectator at the reproduction are exactly those of the spectator at the emission, still remain natural for the other spectators of the room if it has the usual dimensions and shape. Fig. 5 relates to a spectator Pn located outside the axis of the room. This spectator has the impression of hearing a single sound source that he virtually looalizes under a certain angle x which is the angle made by the apparent direction of the sound with the normal N at the head. This angle x depends on the effective ratio X of the sound intensities at the ears. In this case, there is no longer an exact correspondence between the sound angle on recording and the localization angle on playback.
However, as shown in fig. 6, there is a suitable correspondence between these angles which results in obtaining a very natural effect.
Let S be the location on the screen of a virtual sound source for the median viewer placed at Po and for which the location angle xo is equal to the adaptation angle A, The viewer Pl does not see plus the image at the angle xo but at an angle x1 smaller than xo and for there to be correspondence between the sound and the image it is no longer xo which is the desirable angle, but x1. So that is the correspondence between the visual angle xn and the sound angle x, obtained for the position Pn, which must be verified.
However, we see that we obtain a good correspondence between the angles x and xn except for the points Pn too close to the loudspeakers (hatched areas in fig. 6), so that we can say that we obtains an impression of sound relief similar to that of natural hearing.
Optionally, the correspondence between sound and image can be improved during re-recording, the use of which is now widespread in the art of sound film. The level of modulation on each channel, as well as a special corrector can simultaneously play on the frequency curves of the two transmission channels in order to accentuate or reduce the angular impression.
Fig. 7 schematically shows such an arrangement.
Each modulation channel arrives respectively at a preamplifier A1 A2 then at a filter F1 F2 and at a recording amplifier A3 A4 to arrive at a recording machine E1 E2 The frequency curves 8 and 9 respectively represent the introduced attenuation characteristics by the filters and the corresponding intensity differences *
Such a corrector comprises for example several pads and a corresponding angular graduation.
The rest position is graduated 0 and to the right and to the left of this stud can be provided for example three or four studs respectively graduated 10, 20, 30,
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40, -10, -20. -30, -40 corresponding to the right angles of incidence
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and gauohe. '-
At each angle corresponds to the symmetrical introduction of two inverse deformations in the frequency curve of the reproduction chain:
one raising the high frequencies, the other attenuating them and this under conditions such that the differences in intensity thus introduced between the two modulation channels correspond exactly to those introduced between the ears by natural hearing. turelle under corresponding angles of incidence,
It is even possible, if necessary, to connect to the editing certain elements of film recorded with this stereophonic process with other elements recorded with a single track, for example outside, this single track feeding two modulation channels between which the corrector is re-recorded. introduces the necessary angular shifts.
The artificial head used to date in sound reproduction installations with the aid of two loudspeakers was intended to induce between the microphones (ears) ratios of intensities presenting at all frequencies a value appreciably equal to that of direct hearing,
The electric head used for implementing the stereophonic reproduction method which is the subject of the invention produces these same differences no longer by means of the diffraction caused by a volume similar to that of the head, but by means of the directive properties. two microphones. For this purpose; oeux-oi present a directivity
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essentially aelective # o, that is to say a sound pickup angle decreasing with frequency.
Fig. 10 gives by way of nonlimiting example the characteristics of a microphone of this type.
Such microphones, arranged in a manner similar to that of the ears on the head, ie at a distance of the order of 20 om with an angle [alpha] of the order of 10 to 30; present for a given incidence sound, an intensity ratio which can be easily calculated from the directivity curves. Fig.ll gives by way of nonlimiting example the differences in intensity according to the angle of incidence obtained for an electric head formed with two microphones having characteristics such as those of fig.10
Xn indeed, if A is the angle of incidence of sound with respect to the electric head, AG and AD the angles of incidence with respect to the left and right microphones (fig. 12) we have:
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2 n - d, - To.
JM a yr (J 'Â and the curves of figs. 10 and 11 give each frequency the intensities corresponding to the two angles. Their p - IG ratio depends on:
ID
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a) of the directive properties of the chosen microphone b) of the angle Ó c) to a certain extent of D.
By playing on these three quantities, it is easy to obtain at different angles a ratio p as a function of frequency, close to that which exists in the ears in natural hearing.
The need to increase the value of the dynamics, in order to add to the impression of truth sought in accordance with the present invention, has been explained above. This increase in dynamic is effected by means of a device based on the well-known principle of compression expansion in which, according to the invention, recording is controlled, and reproduction by means of a single control current coming at a given instant not from a given modulation channel but from that which momentarily presents the highest modulation level.
There is shown in fig.13 of the accompanying drawing an embodiment of this device applied to the case of recording on photographic film used for cinema. In this figure, A1 and A2 denote two identical amplification chains corresponding to the two modulation channels, Li and L2 two stages operating as modulation "limiters", D1 and D2 two detector systems constituted for example by controlled double diodes. by the modulated current after passing through the limiting stage. A3 represents an amplifier of the control current and L3 is the connection to the recorder.
When the modulation level exceeds a certain predetermined value, the counter-bias voltages transmitted by the resistors Ri R'1 and R2 R'2 are overcome and a rectified current appears at the terminals of C, R, which act as a filter and determine the time constant of the system.
The plates of D1 and D2 drive the circuit CR in parallel and the variations of the potential, continuous at 0, are transmitted simultaneously to the two limiting stages L1 L2 constituted, for example, by lamps with variable slopes, the polarization of which is thus modified in such a way. way that the amplification is reduced.
Let OPQ (fig. 14) be the operating characteristic of one of the limiters (0 is the characteristic of the output voltage Us as a function of the input voltage Ue) P the critical point 0 is the point beyond which the angle Ó is to define the amplification of the system, op the corresponding input voltage. If oml is the voltage corresponding to a peak on the amplifier chain A1, the corresponding output voltage is M1M1 and the amplification of the stage is defined by Ó 1.
If now we carry out the assembly of fig. 13 and that oml is at uh given moment the highest peak on the two chains
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It is the rectified voltage produced by omi which will define at this instant the operating point M1 and the new amplification coefficient Ó of the two limiting stages.
At this moment in fact, a modulation peak om2 occurs on chain A2 which by hypothesis is lower than oml, and to this peak om2 does not correspond to the output voltage m2M2 (which would occur if .La worked in isolation) but only m2 M'2 corresponding to the amplification line OK Ó If thereafter it is orna which becomes greater than omi, the phenomenon is reversed and there is produced a new amplification ooeffieient Ó which adjusts the output voltages on both strings.
The outputs 81 and S2 of the two limiters are then connected to the recording amplifiers B1 B2 which respectively drive two light modulators M1, Ma tracing two separate tracks on the film. since the amplitude differences between the modulations on the two chains are never very considerable and the limiting action only appearing for a relatively high level of modulation, the reduction in amplification of the most modulated channel does not affect the other way is reduced so that background noise appears.
At the same time as the modulation tracks are written, the limiting control current is also released, which is amplified directly or modulates a carrier frequency with a view to inserting a third track.
During reproduction the two main tracks after reading by cells c1 c2 and preamplification AC1 AC2 attacking soft limiter stages AP1 AP2 similar to the previous ones, but which function in exactly the opposite way. The control current obtained after reading c3 of the third track and detection in AD if necessary drives the two reproduction limiting stages in parallel, so that the current pulse which introduced the recording tina reduction of m decibels in the gain of an amplifier introduces after reading an identical variation of m decibels, but in the opposite direction, ie increasing.
The ratios of the respective intensities are then reproduced faithfully by the two chains and the effective increase in dynamics corresponds substantially to the reduction in gain admissible on the recording limiter.
The proposed device is of course not limiting in nature and other application examples based on the same principle are easy to design. In fact, the control of the two tracks by means of the recording of a single control current corresponding to the same gain reduction on the two chains is applicable whatever the embodiment of the compressor-limiter system.
In particular, the limiting stage can be achieved by lamps with variable slope or by resistors or rectifiers. Similarly, detection can be done by double diodes, or even by the two outputs of a single diode if the 'the asymmetric character of the modulation is neglected.
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11 in .., the OR of the reproduction system which can be formed by any compressor-limiter provided that the latter effectively exhibits the opposite characteristic to that of the recording chain and that of course we have always a perfect symmetry of constitution and operation between the two modulation channels.
Instead of using three transmission channels as indicated above, it is also possible, in accordance with the invention, to use only two transmission channels or, on the contrary, to keep the three transmission channels, but by using them more. favorable to the extension of dynamics.
In order to achieve transmission by means of two channels only, the following procedure is carried out in accordance with the invention:
One of the two modulation channels (of which fig. 16 represents the characteristics of the frequencies), which normally transmit in the range 30 to 12,000 periods approximately, is cut off from all the frequencies for which the stereophonic effect is weak. marked, ie all the frequencies which are perceived by the ears with a substantially equal intensity whatever the azimuth and the space thus freed is used for the level control signals.
The diagram in fig. 17 shows the arrangement thus adopted.
In reproduction, the right 1 and left 2 loudspeakers which produce the stereophonic effect comprise separate elements assigned one a-2a to the reproduction of the low frequencies, and the other 1 b-2b, the reproduction of the middle frequencies and acute. The elements la-2a are fed by the low frequency signals contained in the non-truncated modulation recorded on track I and the elements lb-2b are fed by the medium or high frequency signals respectively contained in the two modulation channels L and II.
Each loudspeaker therefore reproduces the whole of the modulation well, while the selective intensity differences necessary to recreate the impressions of localization are fully maintained only at the frequencies where they occur, ie at the mid and high frequencies.
The compression-expansion signals, the part of which is the range is shown without hatching in fig. 17 are moreover extracted from the suitable track, that is to say track II in the example considered, by an appropriate filtering and used to control the dynamics on the two modulation channels.
The diagram in fig. 18 shows the other arrangement, in accordance with the invention, which is adopted in the case where three tracks I. II and III are kept and which makes it possible to obtain a better signal-to-noise ratio, c ' ie better dynamics (or equal dynamics for a smaller track width), by distributing the modulated currents in a different way.
The low-frequency elements la-2a of the loudspeakers 1
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2 can be fed from any of the two modulation channels, the lower frequencies 350 periods are extracted from any one of the two modulation channels, or from both, with a view to recording them on track III together with the compression-expansion currents (whose 'range is shown' without hatching in the figure), these signals can be found on any part of the frequency band above 250 or 350 periods.
The other two tracks I and II are then only used for recording frequencies greater than 350 periods located respectively in the two modulation channels.
Before describing these applications, it will be recalled that it is known that, in order to improve the efficiency and the distribution of the radiated energy, modern loudspeakers are generally produced by means of two specially adapted elements, one of which is frequency reproduction. bass, the other to reproduction of mid and high frequencies. A filter having a curve similar to that of fig. 16 for this purpose separates the modulated currents at the output of the power amplifier and sends them respectively to the appropriate elements of the loudspeaker. The cut-off of the filter is not sudden and the point of connection of the two oourbes is around 300 periods.
If such loudspeakers are used in accordance with the reproduction process which is the subject of the main patent; it can be seen that the low frequency elements of the right and left loudspeakers are traversed by identical currents, which is normal since the differences in intensity due to the angle of incidence are practically negligible below 350 periods .
There is therefore no inconvenience in supplying, from the same current, taken from one or the other modulation channel, the low-frequency elements of the two loudspeakers on the right and on the left, for- considering that the high-pitched elements are traversed by the appropriate currents respectively coming from the right and left modulation channels. If the respective levels between bass and treble are respected, the stereo effect is not affected.
In fig. L9, P M1 and P M2 are the two miorophonic preamplifiers supplied respectively by the microphones ml and m2, l1 and La, the two limiting amplifiers used for compression, El and E2 the two recording amplifiers, Dl the common detector traversed by the oompression currents. The latter modulates the current of an oscillator 0 giving a frequency of the order of 100 to 150 periods.
The currents coming from L1 and from 0 are, after passing through the appropriate band-pass filters, mixed with the input of the amplifier It1 to be recorded on a single track p1 This track therefore contains in frequencies below 350: the modulated 125 period carrier current, and in frequencies greater than 350: the modulation of channel p1. The band-pass filters F and F 'serve to avoid mixing of the two types of current.
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At reproduction, the output of the preamplifier of cell P c1 is filtered in order to separate the latter two. The modulated carrier current is sent to a detector D2 which gives at its output the control current intended for the expanders while the modulated current containing frequencies above 350 is directed to the input of the expander amplifier Ei.
In this system, the compression of Li and of L2 is therefore directly controlled by the current coming from D1 which is substantially equal to that coming from D2
In a variant of the device, the compression can be controlled by the current of a detector D3 placed on the output of the filter F 'so that the compression and expansion currents are strictly identical. (fig. 20).
The relaxed outputs of expanders E'1 and E2 (fig. 19) drive filters F1 and f2 which feed loudspeakers 1 and 2,
F1 gives only the high frequencies of the channel, F1 and F2 gives on the one hand the high frequencies of the F2 channel, and. on the other hand, the low frequencies of the two modulation channels. An appropriate level setting restores the amplitude relationships between low and high frequencies, while all of the two modulation chains are set so that the 1,000 period gain is the same on both channels.
Fig. 2I, relating to the transmission with three tracks, gives an example of assembly in which the separation of the bass frequencies is made before limiter, these frequencies being recorded in mixture with the compression current, and reproduced by means of an amplifier separate. This device makes it possible to record on X1 and E2 the maximum high frequency energy, the signal being, on the one hand compressed then extended and, on the other hand, modified in frequency curve in A1 and Bi and A2 and B2 so that the recording takes place for musical modulation with substantially constant amplitudes as a function of the frequency.
Track P3 then contains, on the one hand, a carrier current at 1,000 or 2,000 periods modulated by the compression signal and, on the other hand, the low frequencies part of the modulation. It is less necessary to take precautions for the background noise of the latter since the track is always impressed by the compression signal in the absence of any modulation, and 1 + we can deliberately cut frequencies above 300 periods at the output B3 of the corresponding reproduction amplifier
Fig. 22 shows a variant of the same device in which the low frequencies are separated after compression of the modulation which requires either to go back through one of the expansion amplifiers to reproduction, or, on the contrary,
reproduce the low frequencies through a third expander controlled at the same time as the other two (fig. 23),
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In both cases, it is also interesting to use in A1 and B1 and A2 and B2 filters such as those commonly used in the cinematographic industry to record substantially at constant level as a function of the frequency (gist and post equalizers) CLAIMS
1) A method applicable in particular to cinema, radio broadcasting and television and making it possible to obtain in sound reproduction a quality close to that of direct hearing, in particular by producing the stereophonic effect,
this method being of the same type which uses two microphones for taking sound which feed two loudspeakers for hearing through two transmission channels and being characterized by the fact that a difference is added to the ears of the listener sound intensities greater than that of natural hearing.