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FILTRE D'ONDE SELECTIF.
La présente invention concerne des systèmes de filtrage d'ondes électriques et se rapporte plus particulièrement à des systèmes de filtres adaptés à fournir un filtrage sélectif à des fréquences inférieures aux fréquences audibles et à des fréquences audibles et intermédiaires.
Dans notre brevet N 474317 on a décrit un système de filtrage basé sur l'effet cumulatif d'une énergie d'oscillation enregistrée, laquelle est appliquée audit système de filtrage sous une fréquence donnée de phase constante. Le système décrit permettait la sélection de fréquences désirées, d'une phase et d'une amplitude données, avec un degré élevé de sélectivité, de tels systèmes étant conçus de façon à enregistrer l'émergie à l'état statique, au lieu de l'enregistrer à l'état dynamique comme c'était le cas pour les types de filtres connus jusqu'alors. De tels systèmes sont tous fonda-
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mentalement "synchrones", c'est-à-dire que-le¯qr fonctionnement
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dépend de l'enregistrement de l'énergie d'une onde en synchro- nisme avec la fréquence que l'on désire faire apparaître par filtrage.
Le présent système de filtrage est similaire quant aux éléments de base à. ceux qui ont été décrits dans la demande de brevet sus-mentionnée, cn ce que: l'enregistrement de l'é- nergie d'oscillation se fait à l'état statique au lieu de se faire à l'état dynamique ; ce qu'il nécessite un cycle de commutation à récurrence ; en ce que ledit cycle de commuta- tion est en relation avec la fréquence ou les fréquences que l'on désire sélecter. Cependant, tandis que les systèmes de filtrage précédemment décrits étaient basés sur l'accomplisse- ment électro-mécanique des fonctions nécessaires, le présent système remplit ses fonctions par des moyens électroniques.
Un objet de l'invention est la conception d'un système de filtrage de fréquences électriques qui soit haute- ment sélectif.
Un objet de l'invention est encore de prévoir un système de filtrage électrique qui enregistre statiquement l'énergie oscillatoire appliquée.
Un autre objet de la présente invention est de four- nir un système de filtrage du type décrit ci-dessus qui commute électroniquement l'onde de signal appliquée à des dispositifs enregistreurs d'énergie, et en même temps commute de nouveau l'onde de signal ou un équivalent proportionnel à cette onde.
D'après certaines caractéristiques de l'invention, il est prévu un commutateur électronique qui subdivise effec- tivement le signal appliqué en une série de portions de phases consécutives. Chaque portion à phase différente est appliquée à travers une voie séparée respectivement à des moyens électro- statiques destinés à ajouter ou soustraire effectivement les énergies appliquées à des dispositifs d'enregistrement sous-
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multiples en synchronisme avec la fréquence que l'on désire séparer par filtrage.
Une partie de l'énergie qui est dirigée par commutation vers les dispositifs d'enregistrement est également utilisée pour être recommutée à partir de ces dispositifs enregistreurs vers un circuit de sortie dans lequel la présence de la fréquence désirée produit des variations correspondantes d'une énergie de sortie par ailleurs invariable. D'après une caractéristique de l'invention, la commutation et la recommutation sont réalisées au moyen de redresseurs à diodes, tandis que d'après une autre caractéristique, des commutateurs ou modulateurs électroniques à tubes triodes sont utilisés.
Les caractéristiques qui précèdent ainsi que de nouveaux objets et d'autres caractéristiques de l'invention deviendront plus apparentes, et l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en relation avec les dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est un diagramme sous forme schématique d'un filtre d'ondes électriques incorporant des caractétistiques de l'invention;
La figure 2 est un diagramme schématique d'une autre forme de filtre d'ondes électriques et
La figure 3 représente une série de graphiques illustrant certaines conditions de courant et de tension dans les circuits de filtrage des figures 1 et 2.
Si l'on se réfère à la figure 1, on voit que le système de filtre représenté sur cette figure comprend 4 portions de phase identiques,ou quatre voies 1, 2,3 et 4. Chacune des portions, ou voie à phase différente consiste en un redresseur diode 5 ; cathodes de ces redresseurs sont connectées ensemble en 6. Une connexion est prévue pour alimenter le conducteur commun 6 à partir d'un circuit d'entrée du signal représenté en 7; ce circuit d'entrée a des bornes d'entrée 8 et 9 entre lesquelles
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est disposée une résistance d'entrée 10, dont une extrémité est mise à la terre en 11.
Chacun des redresseurs diode 5 comporte une cathode 12 et une anode 13, cette dernière étant connectée à un circuit à constante de temps comprenant une résistance 14 et un conducteur 15 servant à l'enregistrement électrostatique des signaux. Dans chacun des circuits anodiques des redresseurs 5, et en série avec la résistance 14 servant à définir la constante de temps, se trouve un second redresseur diode 16 dont l'anode 17 est connectée en série à la résistance 14 à travers une résistance anodique associée 18. Les cathodes 19 des redresseurs 16 sont reliées ensemble par un conducteur 20 et alimentent un circuit de sortie 21 aux bornes d'une résistance de sortie 22 qui est mise à la terre en 23 ; est possible de prélever la tension existant aux bornes de cette résistance en 24 et 25.
Les bornes 24 et 25 sont connectées à un filtre passe-bas de sortie 26 à partir duquel il est possible d'obtenir la fréquence filtrée. Chacune des voies à phase différente 1, 2, 3et 4 reçoit de l'énergie d'une fréquence de règlage permettant de provoquer la commutation et la recommutation du signal appliqué au circuit d'entrée 7. Ceci est réalisé en appliquant aux 4 voies une succession d'impulsions de commutation obtenues à partir de deux sources de fréquence de règlage 27 et 28, l'onde de fréquence de règlage de la source 28 étant déphasée de 90 par rapport à celle de la source 27.
Les sources de fréquence de règlage 27 et 28 se composent chacune d'un transformateur ayant un enroulement primaire 29 et un enroulement secondaire 3u, les points milieu 31 de ces derniers enrou- lements étant reliés ensemble en 32. Le point commun 32 des deux enroulements secondaires est également connecté au pôle négatif d'une source d'alimentation haute tension 33 dont le pâle positif est mis à la terre en 34. La tension qui apparaît aux bornes du secondaire du transformateur relié à la source 27
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est appliquée entre les voies à pnase uirférente 1, et 3, et la tension qui apparaît aux bornes du secunuaire du transformateur relatif à la source 28 est appliquée entre les voies 2 et 4.
Les tensions apparaissant aux bornes des enroulements secondaires des transformateurs relatifs aux sources 27 et 28 sont appliquées aux canaux respectifs, à travers des résistances 35 aux points de liaison des anodes 13 et des résistances 14, une connexion directe étant prévue pour relier les bornes de la source à la borne libre des condensateurs d'enregistrement 15, l'une de ces connexions étant par exemple représentée en 36 sur la figure.
Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, on peut voir que dans l'exemple de réalisation du filtre représenté sur cette figure, quatre voies séparées à phase différente ont de nouveau été prévues, en 37,38, 39 et 40. Ces voies ont en 41 une connexion d'entrée commune, le point 41 étant mis à la terre à travers une résistance 43. L'autre extrémité 44 de la connexion 41 forme en connexion avec une borne de mise à la terre 45, le circuit d'entrée du système de filtrage. Chacune des voies comprend un dispositif d'enregistrement électrostatique 46, dont la charge électrostatique est commandée par un dispositif de commutation électronique comportant un tube triode 47 dont la grille 48 est connectée au conducteur commun 41 à travers une résistance d'entrée de circuit grille 49.
Les tubes triodes 47 comportent également chacun une anode 50 et une cathode 51. Les cathodes 51 sont mises à la terre à travers des résistances de cathode 52, et les anodes 50 sont alimentées en 53 à partir d'une source d'alimentation haute tension à travers une résistance de chute de tension anodique 54. On voit que le fonctionnement du tube triode 47 est contrôlé par la tension appliquée à la grille 48 de ce tube. La charge du condensateur d'enregistrement 46 est commandée à certains moments par le passage du courant
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à travers le tube triode 47, et à d'autres moments par le passage du courant à travers un second tube triode 55 dont le fonctionnement est associé à celui du tube triode 47.
Le tube triode 55 comprend une anode 56, une grille 57 et une cathode 58 ; l'anode 56 est connectée ainsi que l'anode 50 à la résistance 54 de façon à être alimentée en énergie haute tension par la source 53. La cathode 58 est directement reliée à la terre en 59. Le condensateur 46 se charge à une vitesse déterminée par un circuit à constante de temps comprenant une résistance 60 placée dans le circuit entre l'anode 56 et le condensateur 46. Les potentiels appliqués sur les grilles 57 sont fournis par deux sources de fréquence de règlage similaires aux sources 27 et 28 du circuit de la figure 1. De façon à simplifier le dessin, les sources en elles-mêmes n'ont pas été montrées, leurs bornes étant seulement représentées.
Il existe une différence de phase de 90 entre les deux sources en sorte que les tensions en chacune des bornes des quatre phases 61,62, 63 et 64 sont déphasées de 9 0 par rapport aux tensions existant aux bornes adjacentes. Chacune des bornes est connectée à une grille correspondante 57 de l'une des quatre voies à phase différentes. Le point milieu des secondaires de la source qui est représenté par un conducteur commun 65 est maintenu à un potentiel positif par la connexion qui le relie à une source convenable de potentiel continu 66 dont le pôle négatif est mis à la terre en 67.
Les potentiels de grille respectifs pour chaque phase sont appliquées à travers les résistances 68. Le potentiel du condensateur d'enregistrement 46 est utilisé pour contrôler le fonctionnement d'un autre tube triode respectif 69 en fournissant une tension de commande à la grille 70 de ce tube par l'intermédiaire d'une connexion 71 et d'une résistance 72. Les anodes 73 sont alimentées en potentiel anodique par une source haute tension en 74 par l'intermédiaire d'une résistance de chute de tension anodique
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75 ; les cathodes 76 sont toutes reliées ensemble à la terre à travers une résistance de sortie 77. Les grilles 70 sont également soumises à un potentiel négatif à partir d'une source négative de polarisation en 78 par l'intermédiaire d'une connexion de grille commune 79 et de résistances associées respectives 80.
Le fonctionnement du tube triode de sortie 69 est contrôlé en partie par un commutateur électronique qui lui est associé, ce commutateur prenant la forme d'un autre tube triode 81 comportant une anode 82, une grille 83 et une cathode 84, cette dernière étant directement mise à la terre. L'anode 82 est connectée au pôle positif 74 de la source haute tension à travers la résistance 75, le potentiel de contrôle appliqué sur la grille 83 étant obtenu à partir des bornes 61 de la source convenable de fréquence de réglage, à travers la résistance 68. Le fonctionnement du tube triode de sortie 69 est ainsi déterminé par le courant anodique qui traverse le commutateur électronique 81 d'une façon variable suivant le potentiel de grille de ce dernier.
Le circuit de sortie du système comprend les cathodes 76 connectées par un conducteur commun qui alimente les bornes de sortie 85 et 86 de façon à prélever le potentiel aux bornes de la résistance 77 à travers un condensateur 87 destiné à bloquer le courant continu.
Dans les deux exemples représentés, l'action de filtrage comprend l'accumulation électrostatique du potentiel dans des condensateurs, ainsi que la commutation et la recommutation de l'onde de signal désirée, l'action de commutation aussi bien pour le circuit d'entrée que pour le circuit de sortie se faisant par un dispositif électronique. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le circuit est composé de 4 voies identiques, chacune d'entre elles comprenant un élément d'accumulation. Bien que quatre éléments d'accumulation soient prévus, il convient de comprendre que tout autre nombre pourrait avoir été utilisé,
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mais de préférence pas inférieur à 3.
Si l'on désire que la courbe de réponse du filtre soit restreinte à la fréquence fondamentale, il est bon de ne pas utiliser plus de cinq éléments d'accumulation, bien qu'un nombre supérieur puisse être utilisé si l'on désire avoir une réponse pour des harmoniques de la fréquence appliquée.
Si l'on se reporte à la figure 1, on supposera qu'aucun signal d'entrée n'est appliqué en 7 au circuit d'entrée, que la valeur du potentiel de la source de haute tension 33 est de - 100 volts et que les tensions de fréquence de réglage sont des ondes sinusoïdales déphasées de 90 l'une par rapport à l'autre et ayant une tension maximum de 141 volts, soit 100 volts effectifs, comme il est représenté par les graphiques a, b et c de la figure 3. Comme on le voit sur le graphique d de la figure 3, la tension sinusoïdale, qui est la même pour les quatre voies à phase différente de 1 à 4, produit en combinaison avec le potentiel à, la terre des crêtes des tensions positive d'l/4 de période telles que 88, qui atteignent pour les valeurs choisies une valeur de 41 volts.
Ceci apparaîtra clairement si l'on représente graphiquement les variations de quelques-unes des tensions apparaissant le long du circuit qui part de la masse 34, passe par la batterie 33, les moitiés des secondaires respectifs des sources 27 et 28, la résistance 35, les tubes diodes 5 et la résistance 10 pour retourner au sol en 11. Il apparaîtra clairement que chacun des tubes diode 5 est conducteur lorsque son anode 13 est positive par rapport à sa cathode 12, c'est-àdire que pendant 1/4 de période de la tension de la fréquehce de réglage appliquée la portion 88 ombrée sur le graphique d apparaît sur l'anode respective 13. En conséquence, des impulsions négatives d'1/4- de période apparaissent aux bornes des résistances correspondantes 35 ainsi qu'il est représenté sur le graphique e.
Ces impulsions négatives auront une amplitude maximum
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qui sera également d'environ 41 volts si l'on suppose négligeable la chute de tension aux bornes de la résistance d'entrée 10 et dans le tube diode 5. Les différents condensateurs 15 se chargent progressivement à la valeur moyenne de ce potentiel négatif, cette opération s'effectuant à une vitesse qui est pratiquement déterminée par la constante de temps définie par les résistances 14 et les condensateurs 15. La résistance 14 a été choisie de valeur beaucoup plus élevée que celle de la résistance 35 et elle n'a par suite pas d'influence appréciable sur le potentiel apparaissant aux bornes de cette dernière.
Le potentiel des condensateurs 15 à leur point de connexion avec les résistances 18 est périodiquement élevé à une valeur positive par la tension de la fréquence de réglage correspondante, rendant ainsi les tubes diodes 16 conducteurs à travers les résistances 18 et la résistance de sortie commune 22 pendant une durée de temps légèrement inférieure à 1/4 de période. La tension résultante, que l'on obtient ainsi dans chacune des 4 voies à phase différente, est illustrée par le graphique f de la figure 3, la tension étant représentée par une série d'impulsions d'égale amplitude en l'absence d'un signal désiré. Pour chacune des périodes de la fréquence de réglage il y aura évidemment 4 impulsions d'amplitude égale comme on peut le voir dur la figure.
L'amplitude de ces impulsions positives apparaîtra aux bornes de la résistance 22, et elle est directement influencée par le potentiel du condensateur 15 qui est effectivement en série avec la tension de la fréquence de réglage respective et la source de potentiel 33. De cette façon toute variation de potentiel sur le condensateur 15 est 'commutée au signal obtenu dans le circuit de sortie aux bornes de la résistance 22. La valeur de la résistance 18 est beaucoup plus élevée que celle de la résistance 14 en sorte que le potentiel du condensateur n'est pas influencé de façon appréciable par le courant qui
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traverse la résistance 18.
Si un signal dont la fréquence n'est pas comprise dans la bande passante du filtre est appliqué aux bornes d'entrée, il aura un effet perturbateur sur l'amplitude des impulsions d'un quart de période à travers les résistances 35, tantôt augmentant fortuitement ces impulsions et tantôt les diminuant fortuitement. La valeur moyenne du potentiel aux bornes de la résistance 35 mesurée pendant une durée de temps comparable à la constante de temps de la résistance 14 et du condensateur 15 n'est pas pratiquement affectée par la présence du signal appliqué.
Si cependant le signal appliqué a une fréquence qui est exactement la même ou très proche de la fréquence de la tension de réglage, la tension du signal appliqué peut s'ajouter à, ou se retrancher de la tension de la fréquence de réglage pendant des périodes de temps très longues par rapport à la constante de temps de la résistance 14 et du condensateur 15 et la valeur moyenne du potentiel aux bornes de la résistance 35 peut être élevée ou abaissée suffisamment longtemps pour que la charge du condensateur suive complètement cette variation.
La variation cause alors une variation correspondante des impulsions du signal de sortie ainsi qu'il est représenté sur le graphique g. Ainsi, lorsqu'aucun signal n'est appliqué, l'énergie de sortie du filtre se compose d'une série continue d'impulsions d'un quart de période d'égale amplitude provenant l'une à la suite de l'autre des quatre voies différentes ainsi qu'il est représenté. Si une fréquence se trouvant en dehors de la bande passante déterminée par la fréquence de réglage appliquée est transmise à l'entrée du filtre, l'énergie de sortie est inchangée. Cependant, si le signal désiré est appliqué, les amplitudes des impulsions de sortie sont modifiées de façon telle que, si par exemple l'impulsion provenant de la première voie a une amplitude diminuée, l'impulsion de phase opposée est augmentée d'une quantité équivalente.
Ceci produit dans la tension du
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signal de sortie en 22 une composante à une fréquence qui est la même que celle du signal appliqué. Par suite, la fréquence désirée traverse le filtre. Le filtre passe-bas 26 a une fréquence de coupure qui est plus élevée que la fréquence de signal désirée et plus basse que la fréquence des impulsions d'un quart de période. Il transmet par suite la première fréquence, mais non la dernière.
L'ondulation pulsée à un quart de période des graphiques f et g peut être réduite en interposant une source de courant continu connectée entre la résistance 22 et la terre 23, le pôle positif étant mis à la terre. Ceci amènera les périodes de conduction des diodes 16 à être plus élevées qu'un quart de période chacune. Ce recouvrement des périodes dans le temps provoquera un adoucissement sensible de l'ondulation.
Bien que dans l'exemple représenté on ait utilisé des tubes diodes à décharge électronique, il est possible d'utiliser tout autre type de redresseur tel que des redresseurs au sélé- nium ou à oxyde de cuivre ; est également possible d'utiliser à la place des diodes un type quelconque de résistance non linéaire, pourvu que cette non-linéarité produise une composante à fréquence de battement qui corresponde à la différence entre la tension de la fréquence de réglage de la phase envisagée et la tension du signal d'entrée.
Bien qu'on utilise la tension d'un courant alternatif pour commuter le signal appliqué de façon à produire une tension unidirectionnelle, et que la même tension de courant alternatif soit utilisée pour recommuter cette tension de courant continu, de façon à la faire réapparaitre sous forme de tension alternative, la seconde opération de commutation peut en réalité être réalisée avec quelque autre fréquence.
Le circuit remplira alors la fonction double de circuit de filtrage et de changeur de fréquence. Il est important dans le circuit de la figure 1 que les tensions des quatre fréquences de
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réglage de phase soient égales en amplitude et que les autres composantes des circuits soient de valeurs égales.
Dans le circuit de la figure 2 le fonctionnement n'est pas critique en ce qui concerne les amplitudes des quatre phases de la tension de la fréquence de réglage. Bien que des tubes triodes aient été employés dans ce montage, il est possible d'utiliser tout autre type de tube à vide, tel que des pentodes.
Dans ce circuit le condensateur 46 est l'élément d'accumulation pour chacune des quatre phases représentées. La constante de temps de la charge du condensateur est déterminée principalement par la résistance 60 et la capacité 46. Les grilles respectives 57 des tubes triodes 55 sont en temps normal maintenues positives pendant les 3/4 d'une période de la tension de la fréquence de réglage. Pendant ce temps un courant anodique élevé traverse le tube triode 55 et la chute de tension aux bornes de la résistance anodique 54 maintient le potentiel anodique du tube triode 37 à une valeur très basse. Pendant le quart de période restant, la triode 55 est polarisée au-delà de la coupure, et la chute de tension aux bornes de la résistance 54 est maintenant commandée par le tube triode 47.
Par suite, des impulsions positives d'un quart de période apparaissent aux bornes des résistances respectives 54 ; les amplitudes de ces impulsions sont contrôlées par le signal d'entrée et sont pratiquement indépendantes de l'amplitude des tensions des fréquences de réglage respectives. La relation qui existe entre la tension de la fréquence de réglage et la tension fixe de polarisation sur les grilles respectives par rapport au potentiel de la masse est représentée sur le graphique h de la figure 3.
Le potentiel aux bornes des condensateurs 46 augmente graduellement avec la charge de ces condensateurs jusqu'à la valeur du potentiel moyen qui existe au point de connexion entre les
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résistances 54 et 60. Une fraction élevée du potentiel du condensateur d'enregistrement 46 est appliquée à la grille des tubes triodes 69 à travers les résistances 72 et 80 d'un diviseur de tension. La résistance 80 est connectée en 78 à un potentiel négatif en sorte que la grille 70 est maintenue à un potentiel négatif par rapport à la masse pour toutes les valeurs du potentiel qui apparaît aux bornes du condensateur d'accumulation.
Le tube triode 69 est non-conducteur ou presque pendant troisquarts de période pour chacune des phases, parce que son potentiel anodique est maintenu à une faible valeur par le courant qui traverse le tube triode 81 et les résistances 75. Pendant le quart de période restant, le tube 81 est polarisé à la coupure et à ce moment le tube 69 est traversé par le courant anodique sous le contrôle du potentiel appliqué à sa grille. Ce courant fait apparaître une impulsion positive d'un quart de période aux bornes de la résistance de sortie 77, et l'amplitude de cette impulsion est de même contrôlée par le potentiel de grille du tube 69 qui est à son tour proportionnel au potentiel existant aux bornes des condensateurs d'enregistrement respectifs.
Sur le graphique i est représentée la relation qui unit le potentiel de la terre, le potentiel positif de la source haute tension 66 et la variation du potentiel de la tension anodique du tube 55 en l'absence de tout signal d'entrée ; graphique j montre les variations du potentiel anodique du tube 55 lorsqu'un signal est appliqué au tube 47, ce signal étant représenté par la ligne en trait interrompu.
Par la méthode qui vient d'être décrite, un signal de courant alternatif est commuté électroniquement à un signal de courant continu, puis enregistré, puis commuté de nouveau à un signal de courant alternatif. La série des impulsions positives apparaissant aux bornes de la résistance 77 peuvent être pratiquement de forme rectangulaire, les flancs des impulsions
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adjacentes coïncidant, en sorte que lorsqu'un signal désiré n'est pas reçu l'énergie de sortie consiste pratiquement en une tension continuee constante. Lorsque le signal voulu est reçu, une onde en forme de gradins successifs apparaît et se superpose à la tension continue aux bornes de la résistance de sortie.
Ces conditions sont représentées sur les graphiques k et 1, dans lesquels le premier représente les impulsions adjacentes qui constituent la tension aux bornes de la résistance de sortie en l'absence du signal désiré, et le dernier représente la tension en gradins aux bornes de la résistance de sortie lorsqu'un signal que l'on désire recevoir est appliqué au dispositif, la composante du signal étant représentée par la ligne en trait interrompu. Bien d'autres circuits de montage peuvent être utilisés à titre d'exemples de réalisation d'après l'exemple de base décrit ici. Des filtres de ces types sont susceptibles de fournir un degré très élevé de sélectivité ajustable et réglable même à des fréquences audibles extrêmement basses pour lesquelles il avait jusqu'ici été difficile d'obtenir un tel résultat par voie électronique.
Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec un exemple de réalisation déterminé il convient de comprendre qu'elle ne saurait être limitée audit exemple, et que de nombreuses variantes et modifications pourront appa- raître aux techniciens sans sortir du domaine de l'invention.