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Circuit régulateur La présente invention a pour objet un circuit réglant le gain d'un amplificateur en fonction du signal à amplifier, les caractéristiques d'au moins un élément du circuit étant variables selon l'amplitude dudit signal.
En technique électroacoustique et particulièrement dans l'enregistrement sonore , il arrive souvent que le domaine d'intensité des sons à maîtriser dépasse de beaucoup le domaine accessible techniquement. C'est ainsi que l'intensité sonore d'un orchestre s'étale facilement sur 80 dB et plus alors que la dynamique d'un magnétophone de studio est de 60 dB. L'enregistrement nécessite donc une compression, réalisée le plus souvent manuellement par potentiomètre ; c'est aussi la méthode en général la plus efficace du fait que le potentiomètre n'introduit aucune distorsion et que l'opérateur agit intelligemment.
Il est cependant certains cas où l'on souhaite une compression automatique, par exemple lors de reportages pris sur le vif, où une seule personne effectue l'interview et dessert le magnétophone - l'enregistrement se fait alors à un niveau correct, nivelé, quelle que soit l'intensité du son capté.
Les compresseurs actuellement employés sont basés généralement sur le principe suivant: le signal de sortie redressé est introduit, comme signal de ,correctibn, dans. l'amplificateur et en modifie le gain au moyen d'éléments non linéaires, par exemple des tubes à pente variable ou des diodes pour les appareils transistorisés. Ce système présente de nombreux inconvénients, entre autres 1. Difficulté d'obtenir un domaine de compression étendu (plus de 20 dB).
2. Courbe de compression peu précise (seuil croissant avec le signal).
3. Distorsion amenée par les éléments non linéaires. 4. Les phénomènes transitoires se remarquent aisément, de façon désagréable, du fait qu'une seule pointe de son rabaisse brutalement le niveau d'amplification, qui remonte ensuite selon la constante de temps du système.
L'objet de ce brevet est un circuit régulateur, très précis et efficace, simple, et ne présentant pas les inconvénients décrits, si bien qu'il se prête même à l'enregistrement de musique.
Le circuit selon la présente invention est caractérisé par un circuit bistable commandé par ledit signal à amplifier, ce circuit bistable se trouvant dans l'un de deux états selon que ledit signal est au-dessus ou au-dessous d'une amplitude déterminée, et l'élément variable étant commandé par le signal de sortie dudit circuit bistable. Cet élément variable peut être un élément passif, par exemple une résistance ou une capacité.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du circuit selon l'invention. La fig. 1 est un schéma bloc de ladite forme d'exécution, et la fig. 2 en est un schéma complet.
La fig. 1 montre un amplificateur 1 destiné à amplifier un signal quelconque, par exemple le signal d'un microphone qui doit être amplifié pour l'enregistrement dans un magnétophone. La sortie de l'amplificateur 1 est branchée d'une manière non représentée, par exemple à une tête d'enregistrement du magnétophone.
Le signal de sortie de l'amplificateur 1 est en outre démodulé par un redresseur 2 schématiquement représenté à la fig. 1, le signal démodulé étant appliqué à un circuit bistable 3, par exemple une bascule de Schmitt. Le circuit bistable 3 se trouve dans l'un ou l'autre de deux états selon que le niveau du signal démodulé est au-dessus ou au-dessous d'une valeur de seuil déterminée, et une lampe à incandescence 4 est allumée ou éteinte
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selon que le niveau du signal démodulé se trouve au-dessus ou au-dessous de ladite valeur de seuil. Une cellule photoconductrice ou photorésistante 5 est située vis-à-vis de la lampe 4.
La valeur de sa résistance est variable en fonction de l'intensité de la lumière émise par la lampe 4. La résistance 5 est branchée de façon convenable, par exemple comme partie d'un potentiomètre ou comme élément d'un circuit à contre-réaction, dans l'amplificateur 1 de façon à diminuer le gain de cet amplificateur lorsque la lampe 4 est allumée.
Le fonctionnement de ce circuit est très simple. Si le niveau du signal à amplifier dépasse un certain niveau pour lequel le signal démodulé appliqué au circuit 3 dépasse ladite valeur de seuil, le circuit 3 bascule et la lampe 4 s'allume. La résistance 5 est ainsi modifiée et le gain de l'amplificateur 1 diminue. Par ces moyens, le niveau du signal de sortie de l'amplificateur 1 est maintenu à un niveau pratiquement constant à partir d'une certaine valeur déterminée.
Puisque la résistance 5 est un élément de circuit passif et pratiquement linéaire, il n'y aura pas de distorsions, quel que soit le niveau des signaux appliqués à l'amplificateur 1.
Dans le circuit représenté à la fig. 2, l'amplificateur 1 présente deux transistors 6 et 7. Il com- porte un circuit de contre-réaction comprenant un condensateur 8, une résistance fixe 9 et la résistance variable 5, ce circuit étant branché entre le circuit collecteur du transistor 7 et le circuit émetteur du transistor 6. Le signal de sortie de l'amplificateur est aussi appliqué par un condensateur 10 à un redresseur 11 branché dans le circuit de base du premier transistor 12 d'une bascule de Schmitt comprenant un deuxième transitor 13.
La sortie de cette bascule de Schmitt agit directement sur la base d'un transistor 14 qui est monté en série avec la lampe 4.
Le fonctionnement du circuit selon la fig. 2 est le même que celui décrit plus haut pour le circuit de la fig. 1. Pour des signaux assez faibles, les transistors 12 et 14 sont bloqués tandis que le transistor 13 est conducteur. Si le signal augmente, la tension négative produite par le redresseur 11 sur la base du transistor 12 augmente, de sorte que pour un niveau déterminé de la tension redressée, le transistor 12 devient conducteur, ce qui bloque le transistor 13 et rend le transistor 14 conducteur. La lampe 4 s'allume, ce qui diminue 1a valeur de la résistance 5.
La contre-réaction dans l'amplificateur comprenant les transistors 6 et 7 est ainsi augmentée et le gain de l'amplificateur est abaissé à une valeur pour laquelle le signal est amplifié à un niveau qui peut être enregistré sans distorsion par le magnétophone.
Ce système présente entre autres les avantages suivants 1. Domaine de compression extrêmement étendu (40 dB et plus).
2. La compression débute à un niveau très précis, et ne croit ensuite qu'extrêmement peu (5 % dans une réalisation pratique). 3. La distorsion du système est diminuée lorsque la compression croît, du fait de la contre-réaction plus forte ; la compression ne dépend pas de la fréquence, dans le domaine maîtrisé par l'amplificateur.
4. Les phénomènes transitoires sont réglés de façon harmonieuse. En effet, la bascule de Schmitt réagit non seulement aux valeurs de pointe du signal, mais encore à la fréquence des pointes. C'est ainsi qu'une seule pointe dans un niveau moyen ne perturbera guère le gain moyen, alors qu'une série de pointes successives contribueront à diminuer l'amplification pour la ramener à un niveau correct.
5. Ce système se prête aisément à la transistorisa- tion, ce qui est particulièrement intéressant pour les magnétophones de reportage, ainsi que pour d'autres applications.
Il est évident que le circuit de réglage comprenant les éléments 4, 5 et 11 à 14 présente une certaine inertie ; autrement dit, l'effet de réglage ne commence qu'avec un certain retard, mais surtout, l'effet de réglage une fois déclenché par la bascule de Schmitt persiste à cause de l'inertie de la lampe 4. On a trouvé que cette inertie est très avantageuse, notamment parce qu'elle assure la stabilité du système de réglage.
Cette inertie peut être augmentée soit par des moyens électriques, par exemple par une capacité 15 indiquée dans un circuit en lignes pointillées à la fig. 2, soit en plaçant une substance phosphorescente à grande persistance entre la lampe 4 et la cellule 5, ce qui crée une constante de temps spéciale du genre mémoire. Une substance 16 de ce genre est représentée schématiquement dans la fig. 2 en traits pointillés.
Naturellement, d'autres modifications peuvent être apportées au circuit représenté. Ce circuit ou tout circuit modifié peut être utilisé pour d'autres buts. Un circuit analogue peut par exemple être utilisé pour obtenir une expansion au lieu d'une compression du niveau d'amplification, en mettant la résistance 5 dans un circuit de réaction au lieu de la mettre dans un circuit de contre-réaction. Tout autre élément de circuit peut être utilisé au lieu de la photorésistance 5. On peut employer un thermistor qui est chauffé par un élément de chauffage mis à la place de la lampe 4. On connaît aussi des condensateurs variables par application de potentiels continus variables, condensateurs qui pourraient être utilisés à la place de la résistance 5.
Cependant, les variations relatives de la résistance des thermistors ou des capacités variables sont assez faibles, de sorte qu'il serait difficile d'obtenir des variations de gain suffisantes en utilisant ces éléments. Ces éléments variables peuvent aussi être introduits dans un circuit potentiométrique ou dans un pont électrique.
L'élément linéaire variable peut aussi être utilisé pour la commande d'un élément de circuit variable secondaire, tel qu'un tube à pente variable.
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Au lieu d'employer un seul élément variable, on pourrait en utiliser deux ou plusieurs, soit dans plusieurs étages de l'amplificateur, soit dans plusieurs canaux d'amplification. Par exemple, deux canaux d'amplification à gains différents peuvent être mis en parallèle, l'un ou l'autre de ces canaux étant ouvert selon que le niveau du signal à amplifier ou du signal démodulé est au-dessus ou au-dessous d'un certain niveau ou d'une certaine valeur de seuil.
Un pareil système peut être commandé de façon absolument électronique sans utilisation d'une autre forme d'énergie que de la lumière ou de la chaleur. Les éléments actifs qui se trouvent dans les canaux d'amplification peuvent toujours travailler dans leur domaine d'amplification linéaire.
Au lieu d'alimenter le redresseur 2, respectivement 11 à partir de la sortie de l'amplificateur réglé 1, on pourrait le brancher à la sortie d'un amplificateur séparé non réglé.
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Regulator circuit The present invention relates to a circuit regulating the gain of an amplifier as a function of the signal to be amplified, the characteristics of at least one element of the circuit being variable according to the amplitude of said signal.
In electroacoustic technique and particularly in sound recording, it often happens that the range of intensity of the sounds to be mastered greatly exceeds the technically accessible range. Thus, the sound intensity of an orchestra is easily spread over 80 dB and more while the dynamics of a studio tape recorder is 60 dB. Recording therefore requires compression, most often carried out manually by a potentiometer; it is also generally the most efficient method because the potentiometer does not introduce any distortion and the operator acts intelligently.
There are however some cases where automatic compression is desired, for example during live reports, where only one person does the interview and serves the tape recorder - the recording is then done at a correct level, level, whatever the intensity of the sound picked up.
The compressors currently used are generally based on the following principle: the rectified output signal is introduced, as a signal of, correctibn, in. amplifier and modifies its gain by means of non-linear elements, for example variable-slope tubes or diodes for solid-state devices. This system has many drawbacks, among others 1. Difficulty obtaining an extended compression range (more than 20 dB).
2. Inaccurate compression curve (threshold increasing with signal).
3. Distortion caused by nonlinear elements. 4. The transient phenomena are easily noticed, in an unpleasant way, because a single point of sound suddenly lowers the amplification level, which then rises according to the time constant of the system.
The object of this patent is a regulator circuit, very precise and efficient, simple, and not having the drawbacks described, so that it lends itself even to the recording of music.
The circuit according to the present invention is characterized by a bistable circuit controlled by said signal to be amplified, this bistable circuit being in one of two states depending on whether said signal is above or below a determined amplitude, and the variable element being controlled by the output signal of said bistable circuit. This variable element can be a passive element, for example a resistor or a capacitor.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the circuit according to the invention. Fig. 1 is a block diagram of said embodiment, and FIG. 2 is a complete diagram.
Fig. 1 shows an amplifier 1 intended to amplify any signal, for example the signal from a microphone which is to be amplified for recording in a tape recorder. The output of amplifier 1 is connected in a manner not shown, for example to a recording head of the tape recorder.
The output signal of amplifier 1 is further demodulated by a rectifier 2 schematically represented in FIG. 1, the demodulated signal being applied to a bistable circuit 3, for example a Schmitt latch. The bistable circuit 3 is in one or the other of two states depending on whether the level of the demodulated signal is above or below a determined threshold value, and an incandescent lamp 4 is on or off
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depending on whether the level of the demodulated signal is above or below said threshold value. A photoconductive or photoresist cell 5 is located opposite the lamp 4.
The value of its resistance is variable depending on the intensity of the light emitted by the lamp 4. The resistor 5 is suitably connected, for example as part of a potentiometer or as part of a feedback circuit. , in amplifier 1 so as to reduce the gain of this amplifier when the lamp 4 is on.
The operation of this circuit is very simple. If the level of the signal to be amplified exceeds a certain level for which the demodulated signal applied to circuit 3 exceeds said threshold value, circuit 3 switches and the lamp 4 lights up. Resistor 5 is thus modified and the gain of amplifier 1 decreases. By these means, the level of the output signal of amplifier 1 is maintained at a practically constant level from a certain determined value.
Since resistor 5 is a passive, nearly linear circuit element, there will be no distortions regardless of the level of the signals applied to amplifier 1.
In the circuit shown in fig. 2, amplifier 1 has two transistors 6 and 7. It comprises a feedback circuit comprising a capacitor 8, a fixed resistor 9 and the variable resistor 5, this circuit being connected between the collector circuit of transistor 7 and the emitter circuit of transistor 6. The output signal of the amplifier is also applied by a capacitor 10 to a rectifier 11 connected in the base circuit of the first transistor 12 of a Schmitt flip-flop comprising a second transitor 13.
The output of this Schmitt flip-flop acts directly on the basis of a transistor 14 which is connected in series with the lamp 4.
The operation of the circuit according to fig. 2 is the same as that described above for the circuit of FIG. 1. For fairly weak signals, transistors 12 and 14 are blocked while transistor 13 is conducting. If the signal increases, the negative voltage produced by the rectifier 11 on the basis of the transistor 12 increases, so that for a determined level of the rectified voltage, the transistor 12 turns on, which turns off the transistor 13 and turns the transistor 14 on. driver. Lamp 4 lights up, which decreases the value of resistor 5.
The feedback in the amplifier comprising the transistors 6 and 7 is thus increased and the gain of the amplifier is lowered to a value at which the signal is amplified to a level which can be recorded without distortion by the tape recorder.
This system has the following advantages, among others: 1. Extremely wide compression range (40 dB and more).
2. Compression starts at a very precise level, and then grows extremely little (5% in a practical realization). 3. The distortion of the system is reduced as the compression increases, due to the stronger feedback; the compression does not depend on the frequency, in the domain controlled by the amplifier.
4. Transient phenomena are regulated harmoniously. This is because the Schmitt flip-flop reacts not only to the peak values of the signal, but also to the frequency of the peaks. Thus, a single peak in an average level will hardly disturb the average gain, while a series of successive peaks will help reduce the amplification to bring it back to a correct level.
5. This system lends itself easily to transistorization, which is particularly useful for reportage tape recorders, as well as for other applications.
It is obvious that the adjustment circuit comprising the elements 4, 5 and 11 to 14 has a certain inertia; in other words, the adjustment effect only begins with a certain delay, but above all, the adjustment effect once triggered by the Schmitt rocker persists because of the inertia of the lamp 4. It has been found that this inertia is very advantageous, in particular because it ensures the stability of the adjustment system.
This inertia can be increased either by electrical means, for example by a capacitor 15 indicated in a circuit in dotted lines in FIG. 2, or by placing a phosphorescent substance with great persistence between the lamp 4 and the cell 5, which creates a special time constant of the memory type. A substance 16 of this kind is shown schematically in FIG. 2 in dotted lines.
Of course, other modifications can be made to the circuit shown. This circuit or any modified circuit may be used for other purposes. A similar circuit can for example be used to achieve expansion instead of compression of the amplification level, by putting resistor 5 in a feedback circuit instead of putting it in a feedback circuit. Any other circuit element can be used instead of the photoresistor 5. A thermistor can be used which is heated by a heating element in place of the lamp 4. Variable capacitors are also known by applying variable DC potentials, capacitors which could be used in place of resistor 5.
However, the relative variations in resistance of thermistors or variable capacitors are quite small, so that it would be difficult to achieve sufficient gain variations using these elements. These variable elements can also be introduced into a potentiometric circuit or into an electrical bridge.
The variable linear element can also be used to control a secondary variable circuit element, such as a variable slope tube.
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Instead of using a single variable element, one could use two or more, either in several stages of the amplifier, or in several amplification channels. For example, two amplification channels with different gains can be put in parallel, one or the other of these channels being open depending on whether the level of the signal to be amplified or of the demodulated signal is above or below d 'a certain level or a certain threshold value.
Such a system can be controlled absolutely electronically without using any form of energy other than light or heat. The active elements that are in the amplification channels can still work in their linear amplification range.
Instead of supplying the rectifier 2, respectively 11 from the output of the regulated amplifier 1, it could be connected to the output of a separate, unregulated amplifier.