СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УРОВНЯ ЗАПИСИ АЛЕЙНИКА Российский патент 1997 года по МПК G11B5/02 

Изобретение относится к звукозаписывающей технике, а именно к устройствам автоматической регулировки уровня записи при записи звуковых музыкальных произведений.

Известен способ автоматической регулировки уровня записи (АРУЗ), заключающийся в постоянном измерении уровня сигнала в тракте звукозаписи и, на основе данных замера, постоянном изменении коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи для поддержания нужного уровня записываемого сигнала [1] Регулировка ведется по следующему правилу: если уровень сигнала в тракте недостаточен для качественной записи, то увеличивают усиление усилителя, в противном случае (уровень сигнала слишком высок) уменьшают усиление усилителя. При этом постоянную времени регулировку выбирают так, чтобы быстрые изменения уровня сигнала в тракте (вызванные, например, вступлением в игру новых инструментов) не оказывали заметного влияния на усиление усилителя.

Широко известно устройство автоматической регулировки уровня записи [1] состоящее из блока определения уровня сигнала и усилителя с переменным коэффициентом усиления. Входом и выходом данного устройства АРУЗ служат соответственно вход и выход усилителя с переменным коэффициентом усиления. На вход блока определения уровня сигнала подают сигнал, снимаемый с тракта звукозаписи, а выход блока определения уровня сигнала соединен с управляющим входом усилителя с переменным коэффициентом усиления.

Данные способ и устройство выбраны в качестве прототипа.

Прототип имеет следующий недостаток.

Во время паузы между отдельными фонограммами (т.е. при отсутствии полезного сигнала) мешающий шум, вызываемый как собственными шумами тракта, так и шумами на входе тракта звукозаписи, воспринимается устройством как полезный сигнал низкого уровня, что, вызывает плавное повышение коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи, что в свою очередь, ведет к плавному повышению уровня шума во время паузы в результирующей записи.

Данный недостаток существенно ухудшает качество записи.

Задачей изобретения является устранение плавного повышения уровня шума в паузах между отдельными фонограммами в результирующей записи.

Решение задачи достигается тем, что, наряду с измерением уровня сигнала в тракте звукозаписи, дополнительно постоянно измеряют текущее значение коэффициента, характеризующего стохастичность сигнала в тракте звукозаписи - коэффициента стохастичности сигнала в тракте, постоянно сравнивают текущее значение коэффициента стохастичности с заранее заданным пороговым значением и регулировку коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи производят только в случае, когда текущее значение коэффициента стохастичности не превышает пороговое значение. В противном случае (текущее значение коэффициента стохастичности превышает пороговое значение) прекращают изменение коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи.

Таким образом в устройство АРУЗ дополнительно введены:
блок определения коэффициента стохастичности сигнала, постоянно определяющий текущий коэффициент стохастичности сигнала в тракте звукозаписи S(t);
пороговый блок, постоянно сравнивающий текущий коэффициент стохастичности S(t) с заранее заданным пороговым значением S_пор. и формирующий управляющий сигнал единичного уровня при превышении текущим коэффициентом стохастичности S(t) порогового значения S_пор.;
логическая схема, которая при поступлении на ее управляющий вход управляющего сигнала единичного уровня с порогового блока останавливает регулировку коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства АРУЗ (вариант 1); на фиг.2 то же (вариант 2); на фиг.3 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу прототипа и предлагаемого устройства АРУЗ; на фиг.4 пример реализации блока определения коэффициента стохастичности сигнала.

Способ реализуют следующим образом.

В процессе конструирования устройства записи расчитывают пороговое значение S_пор исходя из соотношения:
S_пор K•S_ср.шум,
где
K числовой коэффициент, выбираемый в пределах 0,25 1,0;
S_ср.шум среднее значение коэффициента стохастичности шума тракта аппаратуры записи на входе блока определения коэффициента стохастичности (зависит от конкретных схемных решений тракта, элементной базы).

В процессе звукозаписи постоянно определяют текущее значение коэффициента стохастичности сигнала в тракте звукозаписи S(t).

Постоянно сравнивают текущее значение коэффициента стохастичности S(t) с пороговым значением S_пор..

Если текущее значение коэффициента стохастичности S(t) не превышает пороговое значение S_пор, то производят регулировку усиления тракта звукозаписи так, как это предусмотрено прототипом.

Если же текущее значение коэффициента стохастичности S(x) превышает пороговое значение S_пор, то останавливают регулировку усиления, сохраняя усиление тракта звукозаписи постоянным и таким, каким оно было на момент превышения коэффициентом стохастичности S(t) порогового значения S_пор..

Регулировку усиления возобновляют, как только значение коэффициента стохастичности S(t) окажется меньше или равным пороговому значению S_пор..

Именно использование коэффициента стохастичности записываемого как параметра, осуществляющего запрет разрешение регулировки усиления, позволяет достичь решения задачи изобретения, так как коэффициент стоахастичности не зависит ни от уровня шума, ни от уровня полезного сигнала (фонограммы) в отдельности, а зависит от соотношения уровней шума и полезного сигнала и высок, в паузе, и низок (близок к 0) во время фонограммы.

Принципиальные электрические схемы устройств, реализующих предлагаемый способ, изображены на фиг. 1 и 2. Устройства содержат:
усилитель с переменным коэффициентом усиления 1, выход и вход которого является соответственно входом и выходом устройства АРУЗ;
блок 3 определения уровня сигнала в тракте звукозаписи, на вход которого подается сигнал, снимаемый с тракта звукозаписи (например, с выхода оконечного каскада усилителя тракта [1] а выход соединен с сигнальным входом логической схемы 2;
блок 4 определения коэффициента стохастичности сигнала, вход которого соединен с входом усилителя с переменным коэффициентом усиления 1 (схема на фиг. 1) или с входом блока 3 определения уровня сигнала в тракте звукозаписи (схема на фиг.2), а выход соединен с входом порогового блока 5.

При этом выход порогового блока 5 соединен с управляющим входом логической схемы 2, а выход логической схемы 2 соединен с управляющим входом усилителя с переменным коэффициентом усиления 1.

Аналогично прототипу устройства подсоединяются последовательно в тракт звукозаписи.

Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.

Сигнал, представляющий собой либо смесь полезного сигнала и шума (фонограмма), либо шум (пауза между фонограммами) одновременно поступает входы усилителя с переменным коэффициентом усиления 1 и блока 4 определения коэффициента стохастичности сигнала. Блок 3 определения уровня сигнала определяет текущее значение уровня сигнала в тракте звукозаписи P(t), которое далее поступает на сигнальный вход логической схемы (2).

Одновременно с этим блок 4 определения коэффициента стохастичности сигнала S(t), которое поступает на вход порогового блока 5. В пороговом блоке 5 постоянно происходит сравнение текущего значения коэффициента стохастичности сигнала S(t) и заранее заданного порогового значения S_пор.. В случае, когда текущее значение коэффициента стохастичности сигнала S(t) не превышает пороговое значение S_пор, пороговый блок 5 формирует управляющий сигнал нулевого уровня, который, поступая на управляющий вход логической схемы 2, открывает логическую схему 2. При этом текущее значение уровня сигнала P(t) проходит через логическую схему 2 без изменений на управляющий вход усилителя 1. В данном случае результат работы прототипа и предлагаемого устройства одинаков.

В случае превышения текущего значения коэффициента стохастичности сигнала S(t) над пороговым значением S_пор, пороговый блок 5 формирует управляющий сигнал единичного уровня, который, поступая на управляющий вход логической схемы 2, запирает логическую схему 2. При этом текущее значение уровня сигнала P(t) не проходит через логическую схему 2. На выходе логической схемы 2 в этом случае поддерживается постоянный уровень, равный значению текущего уровня сигнала P(t) на сигнальном входе логической схемы 2 на момент запирания до тех пор, пока пороговый блок 5 не сформирует управляющий сигнал нулевого уровня (т.е. пока коэффициента стохастичности S(t) не окажется ниже или равным пороговому значению S_пор). Таким образом, коэффициент усиления 1 в период превышения коэффициента стохастичности S(t) над пороговым значением S_пор не меняется, то есть во время паузы, когда в тракте звукозаписи присутствует только шум (процесс с высоким коэффициентом стохастичности), не происходит увеличения коэффициента усиления усилителя 1 и, как следствие, увеличения уровня шума в тракте и результирующей записи. С другой стороны, во время записи фонограммы (низкостохастичный процесс) коэффициент стохастичности сигнала в тракте S(t) всегда меньше порогового значения S_пор и, следовательно, пороговый блок 5 подает на логическую схему 2 управляющий сигнал нулевого уровня, логическая схема 2 открыта и усилитель 1 и блок 3 определения уровня записываемого сигнала осуществляют АРУЗ точно так же, как и прототип.

Устройство, изображенное на фиг.2, работает точно так же, как и изображенное на фиг. 1, за исключением того, что блок 4 определения коэффициента стохастичности сигнала определяет показатель стохастичности сигнала, который подают на вход блока 3 определения уровня записываемого сигнала.

Схема, изображения на фиг.1, предпочтительна для использования в высококачественной звукозаписывающей аппаратуре, т.е. такой, в которой основной вклад в шумы тракта записи вносят каскады, расположенные до схемы АРУЗ.

Схема, изображенная на фиг.2, предпочтительна для использования в звукозаписывающей аппаратуре более низкого качества, т.е. такой, в которой каскады, расположенные после схемы АРУЗ, также вносят существенный вклад в шум тракта звукозаписи.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу прототипа и предлагаемого способа и устройства АРУЗ, полученные в ходе компьютерного моделирования работы прототипа и предлагаемого устройства приведены на фиг.3.

Во время кривых горизонтальная шкала-время. Вертикальная шкала:
амплитуда (кривые 1, 6, 7, масштаб одинаков);
уровень (кривая 2); коэффициент стохастичности (кривая 3); коэффициент усиления (кривые 4, 5, масштаб одинаков).

На фиг.3 изображены:
кривая 1 сигнал на входе устройства АРУЗ: участок t₀ t₁ конец фонограммы (присутствует полезный сигнал и шум), t₁ t₂ - пауза (только шум), участок t₂ t₃ начало следующей фонограммы (полезный сигнал и шум);
кривая 2 уровень записываемого сигнала; видно падение и возрастание уровня в конце и начала фонограмм и постоянство низкого уровня шума во время паузы;
кривая 3 коэффициент стохастичности сигнала (моделировалась схема, изображенная на фиг.1); видно постоянное возрастание коэффициента в конце фонограммы, достаточно постоянное высокое значение коэффициента во время паузы и убывание коэффициента в начале следующей фонограммы; S_пор пороговое значение;
кривая 4 коэффициент усиления усилителя 1 при использовании прототипа; видно постепенное возрастание коэффициента усиления во время паузы;
кривая 5 коэффициент усиления усилителя 1 при использовании предлагаемого способа АРУЗ; видно постоянство коэффициента усиления усилителя 1 во время паузы, так как превышение коэффициента стохастичности над порогом (кривая 3, участок t₁ t₂) отключает регулировку усиления;
кривая 6 сигнал на выходе устройства АРУЗ при использовании прототипа; видно плавное повышение уровня шума в паузе (участок t₁ T₂);
кривая 7 сигнал на выходе устройства АРУЗ при использовании предлагаемого способа, реализованного в устройстве, изображенном на фиг.1; видно, что плавного повышения уровня шума в паузе не происходит.

Конкретные схемы усилителя с переменным коэффициентом усиления, блока определения уровня записываемого сигнала и порогового блока широко известны [1, 2]
Логические схемы представляет собой схему выборки-хранения, также широко известную [2]
Пример реализации блока определения коэффициента стохастичности показан на фиг. 4. Приведенная схема вычисляет отношение мощности адаптивной ошибки предсказания входного процесса и мощности входного процесса. Данное отношение и является коэффициентом стохастичности который, меняется от нуля (при полностью регулярном процессе, например наборе гармонических сигналов) до единицы (при полностью стохастическом процессе блоем шуме) в независимости от мощности входного процесса.

Конкретные схемы детекторов, интеграторов и схем деления широко известны [2] адаптивный фильтр предсказания может быть реализован как на элементах цифровой, так и аналоговой техники, конкретные схемы реализации приведены в [3, глава 7]
Для упрощения конкретной схемы блока определения текущего значения коэффициента стохастичности сигнала допустимо определять текущее значение коэффициента стохастичности сигнала только в высокочастотной области рабочего диапазона тракта звукозаписи выше 1 2 кГц.

Использование: звукозаписывающая техника, а именно автоматическая регулировка уровня записи звуковых музыкальных произведений. Сущность изобретения: в способе автоматического регулирования уровня записи наряду с измерением уровня записываемого сигнала, дополнительно постоянно измеряют текущее значение коэффициента, характеризующего стохастичность сигнала в тракте звукозаписи - коэффициента стохастичности сигнала в тракте звукозаписи, постоянно сравнивают текущее значение коэффициента стохастичности с заранее заданным пороговым значением и регулировку коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи производят только в случае, когда текущее значение коэффициента стохастичности не превышает пороговое значение. В противном случае (текущее значение коэффициента стохастичности превышает пороговое значение) прекращают изменение коэффициента усиления усилителя в тракте звукозаписи. Устройство автоматической регулировки уровня записи содержит блок 3 определения уровня сигнала, усилитель 1 с переменным коэффициентом усиления, блок 4 определения коэффициента стохастичности сигнала, пороговый блок 5 и логическую схему 2. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ автоматической регулировки уровня записи, заключающийся в том, что в процессе звукозаписи постоянно измеряют уровень записываемого сигнала и на основе результатов измерений регулируют коэффициент усиления усилителя в тракте звукозаписи до достижения требуемой величины уровня записываемого сигнала, отличающийся тем, что в тракте звукозаписи постоянно определяют текущее значение коэффициента стохастичности записываемого сигнала и сравнивают полученное значение с заранее заданной пороговой величиной, а коэффициент усиления усилителя регулируют только при текущем значении коэффициента стохастичности, не превышающим пороговой величины, и поддерживают постоянный коэффициент усиления усилителя, равный коэффициенту усиления усилителя в момент превышения текущим значением коэффициента стохастичности заданной пороговой величины, в течение всего периода такого превышения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что текущее значение коэффициента стохастичности сигнала в тракте звукозаписи определяют только в высокочастотной области рабочего диапазона тракта выше 1 2 кГц. 3. Устройство автоматической регулировки уровня записи, содержащее усилитель с переменным коэффициентом усиления, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, связанными с трактом звукозаписи, и блок определения уровня записываемого сигнала, вход которого связан с трактом звукозаписи, и пороговый блок, выход которого соединен с управляющим входом логического блока. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что вход блока определения коэффициента стохастичности записываемого сигнала связан с трактом звукозаписи в точке подключения входа усилителя с переменным коэффициентом усиления или входа блока определения уровня записываемого сигнала.