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L'invention concerne un détecteur de fréquence servant à détecter l'é- volution d'une fréquence vocale caractéristique, située dans ure bande vocale partielle, dans lequel la bande vocale partielle, sélectée à l'aide d'un filtre, est appliquée à l'entrée du détecteur de fréquence. Pour certaines applications, par exemple pour la synthèse ou l'analyse de la parole, il importe de connaître ces fréquences vocales caractéristiques, c'est-à-dire les fréquences dites de for- mants qui sont déterminées par des fréquences de résonance des cavités résonnantes dans la bouche, le nez et la gorge, ainsi que la fréquence dite fondamentale qui est déterminée par la fréquence de vibration des cordes vocales.
Pendant un signal vocal, la forme de ces cavités de résonance est progressivement modifiée par des mouvements des muscles et, en même temps, elle est excitée au rythme de la fréquence fondamentale située dans la bande des fré- quences d'environ 80-300 Hz par un courant d'air pulsatoire de sorte que, pendant un signal vocal, on engendre un certain nombre de vibrations, de fréquence varia- ble, modulées impulsionnellement en amplitude. Les composantes vocales apparte- nant aux diverses fréquences de formants se trouvent dans diverses bandes de fré- quences partielles indiquées par des gammes de formants, dont les trois premières se trouvent, par exemple dans les bandes de fréquence d'environ 300 Hz - 800 Hz,
800 Hz - 2000 Hz, 2000 Hz - 3400 Hz.
A titre d'illustration, la figure la des des- sins annexés est un diagramme donnant, en fonction du temps, l'évolution des vi- brations correspondant à trois¯phonèmes de la gamme de formants de 800 Hz - 2000Hz.
Dans le cas d'emploi d'un détecteur de fréquence usuel, pour étudier, par exemple à l'aide des vibrations variables impulsionnelles représentées sur la figure la, l'évolution de la fréquence de formant située dans cette gamme de formants, alors que l'évolution de la fréquence est obtenue de la manière usuelle en déterminant le nombre moyen de passages par zéro des vibrations engendrées, on se heurte à de sérieuses difficultés pratiques.
En particulier, pendant les petites amplitudes des vibrations impul- sionnelles, la tension de sortie du détecteur de fréquence est fortement affectée, phénomène qui est dû au fait qu'à ces moments l'évolution des oscillations engèn- drées présente un caractère irrégulier et que les tensions de bruit et les ten- sions pertubatrices qui se produisent à ce moment exercent une assez grande influ- ence. De plus, dans la tension de sortie du détecteur de fréquence se produisent des variations d'amplitude brusques, et de ce fait, le détecteur de fréquence se règle toujours sur la composante de fréquence à plus grande amplitude d'une maniè- re analogue à celle se produisant lors de la réception simultanée d'un certain nombre d'oscillations, modulées en fréquences, d'intensités différentes.
L'invention fournit un détecteur de fréquence du type mentionné dans le préambule, dans lequel les difficultés mentionnées sont éliminées à l'aide de moyens simples.
Suivant l'invention, la bande de fréquences vocales sélectée est ap- pliquée, d'une part, à un réseau différenciant les fréquences de signal situées dans un premier canal, suivi d'un redresseur avec filtre passe-bas correspondant et, d'autre part, à un redresseur inséré dans un second canal avec filtre passe- bas correspondant, alors que le détecteur de fréquence comporte en outre un appa- reil de mesure de rapport, commandé par les tensions de sortie des deux canaux, afin de déterminer le rapport de la tension de sortie du premier canal à celle du second canal, tandis que la tension de sortie du détecteur de fréquence se prélève sur le circuit de sortie de l'appareil de mesure de rapport.
La description des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les parti- cularités qui ressortent tant du texte que des dessins faisant, bien entendu, par- tie de l'invention.
La figure 1 donne quelques diagrammes permettant d'expliquer le fonc- ,tionnement du détecteur de fréquence conforme à l'invention.
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La figure 2 est un schéma synoptique du détecteur de fréquence confor- me à l'invention.
La figure 3 est un diagramme fréquence : tension servant à expliquer le fonctionnement du détecteur de fréquence conforme à l'invention.
La figure 4 est un schéma détaillé d'une forme de réalisation d'un appareil de mesure de rapport utilisé dans un détecteur de fréquence conforme à. l'invention.
La figure 5 montre une forme de réalisation préférée d'un tel appareil de mesure de rapport.
Dans le détecteur de fréquence conforme à l'invention représenté sur la figure 2, et agencé pour détecter l'évolution de la fréquence de formants dans la gamme de formants de 800 Hz - 2000 Hz, les signaux vocaux se prélèvent sur un microphone 1 et, après égalisation d'amplitude dans un réseau différenciant 2, ils sont amplifiés dans un amplificateur basse fréquence 3. A l'aide d'un filtre de bande 4 connecté au circuit de sortie de l'amplificateur basse fréquence 3, on sélecte les vibrations U (t) situées dans la gamme de formants de 800 Hz - 2000 Hz et présentant l'évolution représentée par exemple sur la figure la.
Pour détecteur l'évolution de la fréquence de formant située dans la gamme des formants de 800 Hz - 2000 Hz, les vibrations U (t) sélectées par le fil- tre de bande 4 sont appliquées à un détecteur de fréquence 5, qui comporte deux canaux 6, 7 branchés en parallèle sur le filtre de bande 4. Dans le canal 6, le signal U (t) est différencié dans un réseau différenciant 8 constitué, par exemple par une capacité en série et une résistance transversale à constante mps d'environ 10-5 seconde, ce qui fournit donc un signal S (t) dont l'amplitude est proportionnelle à l'amplitude du signal initial U (t) multipliée par la fréquence w se produisant à ce moment. L'évolution du signal différentié S (t) est illus- trée sur la figure lb.
Dans le canal 6, le signal différencié S (t) est appliqué à un re- dresseur 9 à filtre passe-bas correspondant 10, filtre qui est formé par exemple par une résistance en série et une capacité transversale, tandis que dans le ca- nal 7 le signal original U (t) est également appliqué à un redresseur 11 avec fil- tre passe-bas 12 correspondant ; le montage redresseur 11, 12 est réalisé de la même manière que le montage redresseur 9, 10. Les fréquences de coupure des fil- tres passe-bas 10, 12 sont choisies de façon que même pendant les intervalles des phonèmes il se produit encore une tension à la sortie des filtres passe-bas 10, respectivement 12 ; ces fréquences de coupure sont comprises entre 10 Hz et 50 Hz, dans la forme de réalisation considérée, elles sont d'environ 30 Hz.
Sur les figu- res 1c et 1d les lignes en pointillés constituent l'enveloppante des vibrations représentées sur les figures la et 1b, tandis que les tensions se produisant aux circuits de sortie de filtre passe-bas 10 et 12 sont indiquées par des courbes en traits pleins.
Pour obtenir une tension variant avec l'évolution de la fréquence du formant, les tensions de sortie des filtres passe-bas 10 respectivement 12, com- mandent un appareil de mesure de rapport 13 et, par détermination du rapport de la tension de sortie du canal 6 et de celle du canal 7, on obtient l'évolution désirée de la fréquence de formant, évolution qui est illustrée sur la figure le.
Le rapport de la tension de sortie du canal 6 à celle du canal 7 est initialement réglé à une valeur appropriée à l'aide d'un atténuateur réglable 14, monté devant le redresseur 11 dans le canal 7.
Dans le détecteur de fréquence mentionné, il se produit, par redres- sement dans les redresseurs 9, respectivement 11, et par l'uniformisation ulté- rieure dans les filtres passe-bas 10 respectivement 12, aux bornes de sortie de ces filtres passe -bas 10, respectivement 12, des tensions qui sont égales aux valeurs uniformisées des tensions se produisant à la sortie des redresseurs 9 et 11.
Lorsque l'amplitude de la tension d'entrée au redresseur 11 est, à un moment
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déterminé, a (t), comme il a déjà été mentionné dans ce qui précède, la tension d'entrée au redresseur 9 est proportionnelle au produit de l'amplitude a (t) et de la fréquence se produisant à ce moment, de sorte que, dans la forme mathématique, les tensions de sortie des filtres passe-bas 12, respectivement 10, peuvent être représentées par les valeurs des intégrales.
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considérées sur un temps qui est déterminé par des constantes de temps des filtres passe-bas 10 et 12.
Au circuit de sortie de l'appareil de mesure de rapport 13 se produit donc une tension de sortie qui est proportionnelle au quotient des intégrales (II) et (I)
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L'intégrale au numérateur du quotient (III) montre que, pour déterminer la fré- quence de formant, on attribue à la fréquence w se produisant à un moment détermi- né un poids qui est donné par l'amplitude A (t) du signal se produisant à ce mo- ment. La tension de sortie du détecteur de fréquence est donc essentiellement déterminée par la fréquence de vibration pendant les valeurs d'amplitude maxima des phonèmes dont la fréquence correspond rigoureusement à la fréquence de formant, tandis que de petites valeurs d'amplitude n'exercent qu'une faible influence sur la tension de sortie du détecteur de fréquence.
Par voie expérimentale, on a constaté que la tension de sortie du dé- tecteur de fréquence suit rigoureusement la fréquence de formant, tandis que les effets secondaires perturbateurs sont fortement réduits, par suite du caractère particulier des vibrations vocales.
On peut déterminer le rapport des tensions continues de sortie des fil- tres passe-bas 10 et 12 dans les signaux 6 et 7 en appliquant chacune de ces ten- sions continues à un amplificateur à caractéristique d'amplification logarithmi- que et en comparant les tensions de sortie de ces amplificateurs dans un formateur de différences, de sorte qu'à la sortie du formateur de différences on obtient une tension proportionnelle au logarithme de la tension de sortie du filtre passe-bas 10 diminuée du logarithme de la tension de sortie du filtre passe-bas 12.
A la sortie du formateur de différences se produit donc une tension proportionnlle au logarithme du rapport de la tension de sortie du filtre passe-bas 10 et de la ten- sion de sortie du filtre passe-bas 12, alors que la tension de sortie du forma- teur de différences est appliquée à un amplificateur à caractéristique d'ampli- fication exponentielle, ce qui fournit le rapport désiré.
Au lieu de déterminer directement le rapport des tensions continues représentées sur les figures 1c et !d par les courbes en traits pleins, il s'est avéré avantageux de convertir d'abord les tensions continues de sortie des filtres passe-bas 10 et 12 en tensions alternatives de fréquences f1 et f2 d'amplitude correspondante.
A cet effet, dans les formes de réalisation indiquées, les tensions continues de sortie des filtres passe-bas 10, respectivement 12, commandent des mo- dulateurs d'amplitude 15, respectivement 16, insérés dans les canaux 6 et 7, par exemple des modulateurs push-pull avec les filtres de sortie correspondants 19, respectivement 20, et des oscillateurs d'onde porteuse 17, respectivement 18, dont les fréquences f et f2 sont respectivement de 32 et de 48 kHz. L'appareil de mesure de rapport a utiliser à cet effet sera décrit à l'aide des figures 4 et 5.
On peut ainsi facilement faire en sorte qu'en l'absence d'un signal vocal, l'appareil de mesure de rapport 13 fournit encore une tension de' sortie moyenne ; il suffit en effet de veiller à ce que les vibrations d'ondes porteuses
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f1 et f2 des oscillateurs 17 et 18 se produisent dans un rapport d'intensité approprié à l'entrée de l'appareil de mesure de rapport 13.
A cet effet, dans la forme de réalisation représentée, les circuits de sortie des oscillateurs d'onde porteu- se 17, respectivement 18, sont connectés, par l'intermédiaire d'atténuateurs ré- glables 21, respectivement 22, aux sorties des filtres de sortie 19, respective- ment 20, et par le réglage des atténuateurs 21 respectivement 22, on fait en sor- te qu'en l'absence d'un signal vocal l'appareil de mesure de rapport 13 fournisse une tension de sortie qui correspond à une fréquence située environ au milieu de la gamme de formants en cause. Un tel réglage offre en outre l'avantage que, lors de l'existence d'un signal vocal après un intervalle de paroles le détecteur de fréquence se règle rapidement à la valeur désirée.
Il est évident que le réglage du rapport des fréquences d'onde porteu- se f1 et f2 peut s'effectuer d'une autre manière en l'absence d'un signal vocal, par exemple par une petite modification dans l'équilibre des modulateurs push- pull utilisée 15, 16.
La figure 3 est un diagramme de tensions du détecteur de fréquence re- présenté sous forme de schéma synoptique sur la figure 2 ; cediagramme donne la tension de sortie Vdu détecteur de fréquence en fonction de la tension d'entrée vi pour diverses fréquences de la tension d'entrée.
En l'absence de tension d'entrée, il se produit à la sortie du détec- teur de fréquence, par suite du réglage des atténuateurs 21, 22, une tension de sortie P, qui, dans l'exemple de réalisation'représenté, correspond à une fréquen- ce d'environ 1400 Hz.
Lorsqu'on applique à l'entrée du détecteur de fréquence une oscilla- tion de fréquence constante f, dont on augmente progressivement l'amplitude, par- tant du point de réglage P, la tension de sortie correspondant à cette fréquence f sera déjà obtenue pour une très faible tension d'entrée et restera ensuite pra- tiquement constante lors d'un accroissement de la tension d'entrée. C'est ainsi que les courbes indiquées donnent les variations de la tension de sortie V du détecteur de fréquence en fonction de la tension d'entrée V. pour des fréquences de respectivement 800 Hz 1400 Hz et 2000 Hz.
Un fait remarquable pour le détecteur de fréquence représenté sur le dessin est que la tension de sortie V du détecteur de fréquence est, dans une grande mesure, indépendante de l'amplitude de la tension d'entrée, tandis qu'en outre, comme le montre la figure, dans la bande de fréquences assez large de cette gamme de formants (800 Hz - 2000 Hz), cette tension de sortie varie d'une manière pratiquement linéaire avec la fréquence.
Par voie expérimentale, on a en même temps constaté que, lors de l'ap- plication d'une tension alternative intermittente à l'entrée, la tension de sor- tie du détecteur de fréquence est, dans une grande mesure, indépendante du rapport de la durée et de la distance de ces trains d'ondes (duty cycle).
La figure 4 est le schéma de montage détaillé d'un appareil de mesure de rapport à utiliser dans le détecteur de fréquence représenté sur la figure 2.
Dans cet appareil de mesure de rapport, la tension alternative f1 prélevée sur le canal 6, tension dont l'amplitude est déterminée par le signal d'entrée différencié redressé du détecteur de fréquence, est appliquée, par l'in- termédiaire de la résistance 23 et d'un condensateur de grille 24, à la grille de commande d'une pentode 25 dont la grille de commande est en même temps atta- quée, par l'intermédiaire d'une résistance 26, par la tension alternative f2 pré- levée sur le canal 7 et dont l'amplitude est déterminée par le signal d'entrée redressé.
Pour la mesure du rapport, le circuit anodique de la pentode 25 com- porte deux résistances montées en parallèle 27, 28 et sur une prise de la résis- tance 27 est connecté un filtre sélectif 29 accordé sur la fréquence f2 alors
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que sur une prise de la résistance 28 est connecté un filtre sélectif 30 accordé sur la fréquence f1 L'oscillation prélevée sur le filtre 29, de fréquence f2 est redressée par un redresseur 32 porté à une tension de polarisation provenant d'un diviseur de tension 31 inséré entre la borne de tension positive et la ter- re, tandis que la tension continue ainsi obtenue, de polarité négative, est ap- pliquée, par l'intermédiaire d'une résistance 34, pour le réglage de la pente, à la grille de commande de la penthode 25.
Par suite de ce réglage de la pente, l'amplitude des oscillations de fréquence f2 prélevées sur la sortie de la pen- thode 25 sera maintenue à un niveau pratiquement constant, de sorte que la pente de la pentode 25 variera, pour ainsi dire proportionnellement à l'inverse de l'am- plitude de l'oscillation f2 appliquée à l'entrée de la pentode 25.
L'oscillation de fréquence f ,sélectée par le filtre 30, est redres- sée dans un montage redresseur muni d'un redresseur 35 avec impédance de sortie 36 et est ensuite appliquée, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 37, aux bornes de sortie 38, 39 et la tension continue, prélevée des bornes 38, 39, forme la tension de sortie de l'appareil de mesure de rapport. Par le réglage de la pen- te, on obtient que les oscillations de fréquence f1 sont amplifiées9 dans le pen- thode 25, d'une manière proportionnelle à l'inverse de l'amplitude de l'oscilla- tion f2 appliquée à l'entrée de la pentode 25, de sorte que, de ce fait, la ten- sion prélevée sur les bornes 38, 39 est proportionnelle au rapport d'amplitude de la tension de signal du canal 6 de la tension de sortie du canal 7.
Tout comme dans l'appareil de mesure de rapport représenté sur la fi- gure 4, dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, les tensions de sortie des canaux 6 et 7 sont appliquées, respectivement par l'intermédiaire de résistances en série 40, 41 et d'un condensateur de grille 42, à la grille de commande d'une pentode 43, mais la détermination du rapport d'amplitude s'effec- tue non pas par un réglage de la pente, mais par une limitation d'amplitude.
Au circuit de sortie de la pentode 43 muni d'un circuit oscillant 44 transmettant les oscillations f1 et f2, on a connecté à cet effet un limiteur d'amplitude comportant deux redresseurs 45, 46 laissant passer du courant en sens inverse, alors que sur le circuit de sortie du montage limiteur est connecté le circuit oscillant 47 qui transmet les oscillations f2 et f1 tandis que le noeud des redresseurs 45, 46 est relié au noeud d'un diviseur de tension inséré entre la borne de tension positive 48 de la source de tension d'alimentation et la ter- re, diviseur de tension qui fournit un courant dans le sens du passage des re- dresseurs 45, 46.
Chaque fois que la tension au circuit anodique de la pentcde 43 dépas- se la tension au noeud des redresseurs 45, 46, le redresseur 45 est bloqué, la résistance 49 du diviseur de tension 49, 50 est rendue assez grande et est tra- versée par un courant d'intensité constante via le redresseur 46, vers l'impé- dance de sortie 47, tandis qu'inversement, lorsque la tension de sortie de pentode 43 est plus basse que la tension au noeud des redresseurs 45, 46, le redresseur 45 est conducteur et le redresseur 46 bloqué, de sorte qu'il ne cir- cule pas de courant vers l'impédance de sortie 47. Le limiteur est dimensionné de façon qu'une limitation complète se produit déjà pour des signaux de faible amplitude.
Dans le dispositif décrit, la tension de sortie du dispositif limi- teur est appliquée, en vue d'amplification, à un pentode 51, et à l'aide d'un filtre sélectif 52 inséré dans le circuit de sortie de la pentode 51, l'oscilla- tion f est sélectée; après un redressement dans un étage redresseur avec redresseur 53 et impédance de sortie 54, suivi d'une uniformisation dans un filtre pas- se-bas 55, cette oscillation fournit la tension de sortie du détecteur de fré- quence, qui est prélevée sur les bornes de sortie 56, 57.
Lorsque, dans le montage spécifié, on a fait en sorte que l'amplitu- de de l'oscillation f1 prélevée sur le canal 6 soit plus petite que celle de l'oscillation f2 provenant du canal 7, il se produit, dans le circuit de sortie
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du dispositif limiteur, des impulsions de courant à fréquence de répétition f2 tandis que la durée de ces impulsions de courant dépend de l'amplitude de l'os- cillation de fréquence f1La grandeur de ces variations de durée est déterminée par le rapport d'amplitude des oscillations f1 et f , de sorte qu'après la sélection de l'oscillation f1 dans le filtre 52 et le reressement ultérieur dans l'é- tage redresseur 53, 54 et l'uniformisation dans le filtre passe-bas 55, il se pro- duit, aux bornes de sortie 56, 57,
une tension continue qui varie avec le rapport d'amplitude des oscillations f1, f2 appliquées à l'entrée de la pentode 43. Afin d'obtenir une relation linéaire entre la tension continue prélevée des bornes de sortie 56, 57 et le rapport d'amplitude de l'oscillation f1 et de l'oscillation f2 l'entrée de la pentode 43, l'amplitude de l'oscillation f est choisie par exemple à 4 à 5 plus petite que celle de l'oscillation fais Il y a lieu de no- ter encore que dans le circuit de sortie du limiteur, on peut utiliser, au lieu de l'oscillation à fréquence f , la fréquence d'image de f2 par rapport à f1 c'est-à-dire la fréquence f2 f2 f1 boutre les appareils de mesure de rapport mentionnés dans ce qui pré- cède, on peut évidemment en utiliser d'autres.
C'est ainsi qu'à cet effet, les tensions de sortie des filtres passe-bas dans les canaux 6 et 7 peuvent être con- verties en tensions alternatives de même fréquence, après quoi la'tension alter- native de sortie du canal 6 est dépassée de 90 et est ensuite ajoutée à la ten- sion alternative du canal 7. La phase de la gamme de tensions ainsi obtenue varie alors suivant le rapport des amplitudes de la tension de sortie du canal 6 et de la tension de sortie du canal 7, de sorte qu'on obtient le rapport désiré par une mesure de la phase.
Comme il a déjà été mentionné, le détecteur de fréquence indiqué peut également être utilisé pour détecteur l'évolution de la fréquence fondamentale; à cet effet, une bande partielle vocale appropriée, comportant la fréquence fonda- mentale, est appliquée à l'entrée du détecteur de fréquence. Cette bande vocale partielle peut être sélectée directement du signal vocal ou bien cette bande par- tielle de fréquence peut être obtenue par détection d'amplitude, de préférence d'une ou de plusieurs gammes élevées de formants.
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The invention relates to a frequency detector for detecting the evolution of a characteristic voice frequency, located in a partial voice band, in which the partial voice band, selected by means of a filter, is applied to the frequency. the input of the frequency detector. For certain applications, for example for the synthesis or analysis of speech, it is important to know these characteristic vocal frequencies, that is to say the so-called forming frequencies which are determined by the resonant frequencies of the cavities. resonant in the mouth, nose and throat, as well as the so-called fundamental frequency which is determined by the frequency of vibration of the vocal cords.
During a vocal signal, the shape of these resonant cavities is gradually changed by movements of the muscles and, at the same time, it is excited at the rate of the fundamental frequency located in the frequency band of about 80-300 Hz. by a pulsating current of air so that, during a speech signal, a certain number of vibrations, of varying frequency, impulse modulated in amplitude are generated. The vocal components belonging to the various frequencies of formants are found in various partial frequency bands indicated by ranges of formants, the first three of which are found, for example, in the frequency bands of about 300 Hz - 800 Hz. ,
800 Hz - 2000 Hz, 2000 Hz - 3400 Hz.
By way of illustration, FIG. 1a of the appended drawings is a diagram giving, as a function of time, the evolution of the vibrations corresponding to three phonemes of the formant range of 800 Hz - 2000 Hz.
In the case of use of a usual frequency detector, to study, for example using the variable pulsed vibrations shown in FIG. 1a, the evolution of the frequency of forming situated in this range of formants, while the change in frequency is obtained in the usual way by determining the average number of zero crossings of the vibrations generated, one comes up against serious practical difficulties.
In particular, during the small amplitudes of the pulsed vibrations, the output voltage of the frequency detector is strongly affected, a phenomenon which is due to the fact that at these moments the evolution of the generated oscillations presents an irregular character and that the noise voltages and the disturbing voltages which occur at this moment exert a rather great influence. In addition, in the output voltage of the frequency detector there are sudden amplitude changes, and therefore the frequency detector always tunes to the higher amplitude frequency component in a manner analogous to that occurring during the simultaneous reception of a certain number of oscillations, modulated in frequencies, of different intensities.
The invention provides a frequency detector of the type mentioned in the preamble, in which the mentioned difficulties are eliminated with the aid of simple means.
According to the invention, the selected voice frequency band is applied, on the one hand, to a network differentiating the signal frequencies located in a first channel, followed by a rectifier with corresponding low-pass filter and, of on the other hand, to a rectifier inserted in a second channel with corresponding low-pass filter, while the frequency detector additionally comprises a ratio measuring device, controlled by the output voltages of the two channels, in order to determine the ratio of the output voltage of the first channel to that of the second channel, while the output voltage of the frequency detector is taken from the output circuit of the ratio meter.
The description of the accompanying drawings, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawings being, of course, part of it. 'invention.
FIG. 1 gives some diagrams making it possible to explain the operation of the frequency detector according to the invention.
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FIG. 2 is a block diagram of the frequency detector according to the invention.
FIG. 3 is a frequency: voltage diagram serving to explain the operation of the frequency detector according to the invention.
Figure 4 is a detailed diagram of one embodiment of a ratio measuring apparatus used in a frequency detector according to. invention.
Fig. 5 shows a preferred embodiment of such a ratio measuring apparatus.
In the frequency detector according to the invention shown in FIG. 2, and arranged to detect the change in the frequency of formants in the formants range of 800 Hz - 2000 Hz, the voice signals are taken from a microphone 1 and , after amplitude equalization in a differentiating network 2, they are amplified in a low frequency amplifier 3. Using a band filter 4 connected to the output circuit of the low frequency amplifier 3, the vibrations are selected. U (t) located in the formants range of 800 Hz - 2000 Hz and exhibiting the evolution shown for example in FIG.
To detect the development of the forming frequency located in the 800 Hz - 2000 Hz formant range, the vibrations U (t) selected by the band filter 4 are applied to a frequency detector 5, which has two channels 6, 7 connected in parallel to the band filter 4. In channel 6, the signal U (t) is differentiated in a differentiating network 8 constituted, for example, by a series capacitor and a transverse resistance at constant mps of approximately 10-5 seconds, which therefore provides a signal S (t) whose amplitude is proportional to the amplitude of the initial signal U (t) multiplied by the frequency w occurring at this moment. The evolution of the differentiated signal S (t) is illustrated in figure lb.
In channel 6, the differentiated signal S (t) is applied to a corresponding low-pass filter rectifier 9, which filter is formed for example by a series resistance and a transverse capacitance, while in the box nal 7 the original signal U (t) is also applied to a rectifier 11 with corresponding low-pass filter 12; the rectifier assembly 11, 12 is made in the same way as the rectifier assembly 9, 10. The cut-off frequencies of the low-pass filters 10, 12 are chosen so that even during the intervals of the phonemes there is still a voltage at the output of the low-pass filters 10, respectively 12; these cut-off frequencies are between 10 Hz and 50 Hz, in the embodiment considered, they are approximately 30 Hz.
In Figures 1c and 1d the dotted lines constitute the enveloping vibration shown in Figures 1a and 1b, while the voltages occurring at the low pass filter output circuits 10 and 12 are indicated by solid curves. solid lines.
To obtain a voltage varying with the evolution of the frequency of the modifier, the output voltages of the low-pass filters 10 respectively 12, control a measuring device of ratio 13 and, by determination of the ratio of the output voltage of the device. channel 6 and that of channel 7, the desired change in the forming frequency is obtained, which change is illustrated in FIG.
The ratio of the output voltage of channel 6 to that of channel 7 is initially set to an appropriate value using an adjustable attenuator 14, mounted in front of the rectifier 11 in channel 7.
In the mentioned frequency detector, there occurs, by rectification in the rectifiers 9, respectively 11, and by subsequent uniformization in the low-pass filters 10, respectively 12, at the output terminals of these pass filters - low 10, respectively 12, voltages which are equal to the standardized values of the voltages occurring at the output of rectifiers 9 and 11.
When the magnitude of the input voltage to the rectifier 11 is, at a time
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determined, a (t), as already mentioned in the above, the input voltage to rectifier 9 is proportional to the product of the amplitude a (t) and the frequency occurring at that moment, so that, in mathematical form, the output voltages of the low-pass filters 12, respectively 10, can be represented by the values of the integrals.
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considered over a time which is determined by time constants of the low pass filters 10 and 12.
At the output circuit of the ratio measuring device 13 there is therefore produced an output voltage which is proportional to the quotient of the integrals (II) and (I)
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The integral to the numerator of the quotient (III) shows that, in order to determine the frequency of forming, we attribute to the frequency w occurring at a given moment a weight which is given by the amplitude A (t) of the signal occurring at this time. The output voltage of the frequency detector is therefore essentially determined by the frequency of vibration during the maximum amplitude values of the phonemes whose frequency strictly corresponds to the forming frequency, while small amplitude values exert only little influence on the output voltage of the frequency detector.
Experimentally, it has been found that the output voltage of the frequency detector strictly follows the forming frequency, while the disturbing side effects are greatly reduced, owing to the special character of the vocal vibrations.
The ratio of the DC output voltages of low pass filters 10 and 12 in signals 6 and 7 can be determined by applying each of these DC voltages to an amplifier with a logarithmic amplification characteristic and comparing the values. output voltages of these amplifiers in a difference former so that at the output of the difference former there is obtained a voltage proportional to the logarithm of the output voltage of the low-pass filter 10 minus the logarithm of the output voltage of the low pass filter 12.
At the output of the difference former there is therefore a voltage proportional to the logarithm of the ratio of the output voltage of the low-pass filter 10 and the output voltage of the low-pass filter 12, while the output voltage of the Difference Shaper is applied to an amplifier with exponential amplification characteristic, which provides the desired ratio.
Instead of directly determining the ratio of the DC voltages shown in Figures 1c and! D by the solid lines, it has been found advantageous to first convert the DC output voltages of the low pass filters 10 and 12 to alternating voltages of frequencies f1 and f2 of corresponding amplitude.
To this end, in the embodiments indicated, the DC output voltages of the low-pass filters 10, respectively 12, control amplitude modulators 15, respectively 16, inserted in channels 6 and 7, for example push-pull modulators with the corresponding output filters 19, respectively 20, and carrier wave oscillators 17, respectively 18, whose frequencies f and f2 are respectively 32 and 48 kHz. The ratio measuring apparatus to be used for this purpose will be described with the aid of Figures 4 and 5.
In this way, it can easily be arranged that in the absence of a voice signal, the ratio meter 13 still provides an average output voltage; it suffices to ensure that the vibrations of carrier waves
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f1 and f2 of oscillators 17 and 18 occur in an appropriate intensity ratio at the input of ratio meter 13.
To this end, in the embodiment shown, the output circuits of the carrier wave oscillators 17, respectively 18, are connected, via adjustable attenuators 21, respectively 22, to the outputs of the filters. output 19, 20 respectively, and by adjusting the attenuators 21 respectively 22, it is ensured that in the absence of a voice signal the ratio meter 13 provides an output voltage which corresponds to a frequency located approximately in the middle of the range of formants in question. Such an adjustment also offers the advantage that, when there is a voice signal after a speech interval, the frequency detector quickly adjusts to the desired value.
It is evident that the adjustment of the ratio of the carrier wave frequencies f1 and f2 can be done in another way in the absence of a speech signal, for example by a small modification in the balance of the modulators. push-pull used 15, 16.
Figure 3 is a voltage diagram of the frequency detector shown in block diagram form in Figure 2; This diagram gives the output voltage V of the frequency detector as a function of the input voltage vi for various frequencies of the input voltage.
In the absence of an input voltage, there is produced at the output of the frequency detector, as a result of the adjustment of the attenuators 21, 22, an output voltage P, which, in the exemplary embodiment shown, is produced. corresponds to a frequency of about 1400 Hz.
When an oscillation of constant frequency f is applied to the input of the frequency detector, the amplitude of which is gradually increased, starting from the set point P, the output voltage corresponding to this frequency f will already be obtained. for a very low input voltage and will thereafter remain almost constant when the input voltage increases. This is how the curves indicated give the variations of the output voltage V of the frequency detector as a function of the input voltage V. for frequencies of 800 Hz, 1400 Hz and 2000 Hz, respectively.
A remarkable fact for the frequency detector shown in the drawing is that the output voltage V of the frequency detector is, to a great extent, independent of the amplitude of the input voltage, while in addition, like the shown in the figure, in the fairly wide frequency band of this formant range (800 Hz - 2000 Hz), this output voltage varies in a practically linear fashion with the frequency.
At the same time, it has been found experimentally that when an intermittent AC voltage is applied to the input, the output voltage of the frequency detector is, to a large extent, independent of the ratio. the duration and distance of these wave trains (duty cycle).
Figure 4 is the detailed circuit diagram of a ratio meter for use in the frequency detector shown in Figure 2.
In this ratio measuring device, the alternating voltage f1 taken from channel 6, the voltage whose amplitude is determined by the differentiated input signal rectified from the frequency detector, is applied via the resistor. 23 and of a gate capacitor 24, to the control gate of a pentode 25 whose control gate is at the same time attacked, via a resistor 26, by the alternating voltage f2 pre- raised on channel 7 and whose amplitude is determined by the rectified input signal.
For the measurement of the ratio, the anode circuit of the pentode 25 comprises two resistors connected in parallel 27, 28 and on a tap of the resistor 27 is connected a selective filter 29 tuned to the frequency f2 then
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that on a tap of resistor 28 is connected a selective filter 30 tuned to the frequency f1 The oscillation taken from the filter 29, of frequency f2 is rectified by a rectifier 32 brought to a bias voltage coming from a voltage divider 31 inserted between the positive voltage terminal and the earth, while the direct voltage thus obtained, of negative polarity, is applied, through a resistor 34, for the adjustment of the slope, to the Penthode 25 control grid.
As a result of this adjustment of the slope, the amplitude of the oscillations of frequency f2 taken from the output of the pentode 25 will be kept at a substantially constant level, so that the slope of the pentode 25 will vary, so to speak proportionally. conversely to the amplitude of the oscillation f2 applied to the input of pentode 25.
The oscillation of frequency f, selected by the filter 30, is rectified in a rectifier assembly provided with a rectifier 35 with output impedance 36 and is then applied, by means of a low-pass filter 37, at the output terminals 38, 39 and the direct voltage, taken from the terminals 38, 39, forms the output voltage of the ratio measuring device. By adjusting the slope, it is obtained that the oscillations of frequency f1 are amplified9 in the pendulum 25, in a manner proportional to the inverse of the amplitude of the oscillation f2 applied to the input of pentode 25, so that, therefore, the voltage taken from terminals 38, 39 is proportional to the amplitude ratio of the signal voltage of channel 6 to the output voltage of channel 7.
As in the ratio measuring apparatus shown in Figure 4, in the embodiment shown in Figure 5, the output voltages of channels 6 and 7 are applied, respectively through series resistors. 40, 41 and a gate capacitor 42, to the control gate of a pentode 43, but the determination of the amplitude ratio is effected not by adjusting the slope, but by limiting the slope. 'amplitude.
To the output circuit of the pentode 43 provided with an oscillating circuit 44 transmitting the oscillations f1 and f2, an amplitude limiter has been connected for this purpose comprising two rectifiers 45, 46 allowing current to flow in the opposite direction, while on the output circuit of the limiter assembly is connected the oscillating circuit 47 which transmits the oscillations f2 and f1 while the node of the rectifiers 45, 46 is connected to the node of a voltage divider inserted between the positive voltage terminal 48 of the source voltage supply and earth, voltage divider which supplies a current in the direction of passage of rectifiers 45, 46.
Whenever the voltage at the anode circuit of the pentcde 43 exceeds the voltage at the node of the rectifiers 45, 46, the rectifier 45 is blocked, the resistor 49 of the voltage divider 49, 50 is made large enough and is crossed. by a constant current through the rectifier 46, to the output impedance 47, while conversely, when the output voltage of pentode 43 is lower than the voltage at the node of rectifiers 45, 46, the Rectifier 45 is conductive and rectifier 46 is blocked, so that no current flows to the output impedance 47. The limiter is dimensioned so that complete limitation already occurs for low amplitude signals. .
In the device described, the output voltage of the limiting device is applied, for amplification, to a pentode 51, and by means of a selective filter 52 inserted in the output circuit of the pentode 51, oscillation f is selected; after rectification in a rectifier stage with rectifier 53 and output impedance 54, followed by uniformization in a low-pass filter 55, this oscillation supplies the output voltage of the frequency detector, which is taken from the output terminals 56, 57.
When, in the specified arrangement, the amplitude of the oscillation f1 taken from channel 6 has been made to be smaller than that of the oscillation f2 coming from channel 7, it occurs in the circuit Release
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of the limiting device, current pulses at repetition frequency f2 while the duration of these current pulses depends on the amplitude of the oscillation of frequency f1 The magnitude of these duration variations is determined by the amplitude ratio oscillations f1 and f, so that after the selection of the oscillation f1 in the filter 52 and the subsequent re-entry in the rectifier stage 53, 54 and the uniformization in the low-pass filter 55, it is produced, at the output terminals 56, 57,
a direct voltage which varies with the amplitude ratio of the oscillations f1, f2 applied to the input of the pentode 43. In order to obtain a linear relationship between the direct voltage taken from the output terminals 56, 57 and the ratio of amplitude of oscillation f1 and of oscillation f2 the entry of pentode 43, the amplitude of oscillation f is chosen for example 4 to 5 smaller than that of oscillation make It is necessary to also note that in the output circuit of the limiter, one can use, instead of the oscillation at frequency f, the image frequency of f2 with respect to f1, that is to say the frequency f2 f2 f1 dhow the ratio measuring devices mentioned in the foregoing, it is obviously possible to use others.
Thus, for this purpose, the output voltages of the low-pass filters in channels 6 and 7 can be converted to alternating voltages of the same frequency, after which the output alternating voltage of channel 6 is exceeded by 90 and is then added to the alternating voltage of channel 7. The phase of the range of voltages thus obtained varies according to the ratio of the amplitudes of the output voltage of channel 6 and of the output voltage of channel 7, so that the desired ratio is obtained by measuring the phase.
As has already been mentioned, the frequency detector indicated can also be used to detect the evolution of the fundamental frequency; for this purpose, an appropriate vocal partial band, comprising the fundamental frequency, is applied to the input of the frequency detector. This partial voice band may be selected directly from the voice signal or this partial frequency band may be obtained by detection of amplitude, preferably one or more high ranges of formants.