КОРРЕКТОР РЕЧИ ВОДОЛАЗА Российский патент 2006 года по МПК G10L21/00 H04R3/04 

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к корректорам (преобразователям) спектра речи водолазов глубоководников. Известно, что при дыхании гелиокислородными смесями спектр речи водолаза смещается в сторону верхних частот и необходима коррекция речи для обеспечения нормальной связи с поверхностью.

Известны отечественные преобразователи речи телефонных станций ВПС-1 и ВПС-2 разработки ОАО "Дальняя связь" - аналоги (Аналитический обзор военно-научной информации, вып.№4, 2000 г., НТИ ВМФ 78.25.25.37.41) и ВТС-59м - прототип. Описание прототипа можно найти в книге Н.А. Стопцов и др. "Связь под водой", изд. "Судостроение", Ленинград, 1990 г., стр. 177.

В основу устройства, корректирующего частотный спектр речи водолаза в ВТС-59м, положен спектрально-полосный метод анализа и синтеза речевого сигнала.

По этому методу электрический сигнал, полученный от микрофона водолаза, после усиления входным усилителем поступает в преобразователь речи на корректирующий усилитель для частотной компенсации искажений спектра. Выход корректирующего усилителя нагружен на гребенку полосовых фильтров анализатора, перекрывающую смежными частотными полосами диапазон частот исходного спектра речи водолаза 500-7200 Гц. С целью получения удовлетворительной разборчивости и естественного звучания преобразованной речи указанный диапазон частот разделен фильтрами анализатора на 14 полос. В каждой полосе определяют среднее значение напряжения путем выпрямления напряжения на выходе каждого фильтра детектором и исключением из выпрямленного напряжения всех высших составляющих с помощью фильтров нижних частот 0-80 Гц. Полученные таким образом средние значения напряжений воздействуют на модуляторы в качестве управляющих сигналов и используются в синтезаторе для преобразования спектра речи в каждой полосе.

В качестве источника несущих частот используют гармонические составляющие основного тона, выделенные из спектра исходного сигнала полосовыми фильтрами несущих частот, также подключенных к выходу входного усилителя. Частотные полосы этих фильтров смещены на октаву в сторону низких частот относительно полос фильтров анализатора.

На выходе каждого модулятора образуется сигнал с широким спектром частот, пропорциональный величине управляющего сигнала, из которого с помощью фильтра синтезатора выделяется полоса частот, смещенная на октаву в сторону низких частот. Суммарный синтезированный сигнал аналогичен характеру интенсивности исходного речевого спектра и имеет диапазон 250-3600 Гц.

К недостаткам прототипа следует отнести значительные искажения речевого спектра, поскольку синтезированный звук не содержит тонкой структуры сигнала, свойственной живой речи, т.к. все его составляющие, попадающие в одну полосу частот, имеют одинаковые значения. Выходом из этой ситуации может быть увеличение количества фильтров анализатора, что приводит к существенному увеличению габаритов и стоимости аппаратуры.

Другим недостатком является фиксированная величина смещения речевого спектра (ровно на одну октаву вниз) независимо от состава дыхательных смесей и глубины погружения водолаза. Это также приводит к ухудшению разборчивости речи, поскольку исходный спектр речевого сигнала смещается вверх по частоте на разные значения в зависимости от состава смеси и глубины погружения водолаза. В идеальном случае коэффициент частотной коррекции речи водолаза должен быть переменной величиной, плавно изменяющейся в диапазоне от 1 до 0,3.

Существенным недостатком прототипа являются также значительные габариты и стоимость преобразователя речи.

Задача изобретения - создание корректора речи водолаза с плавно изменяющимся коэффициентом частотной коррекции, имеющим существенно меньшие габариты и стоимость по сравнению с существующими.

Поставленная задача решена путем частотной модуляции генератора высокочастотного сигнала частотной составляющей спектра речи с последующим наложением громкостной огибающей спектра.

На чертеже приведена блок-схема корректора речи водолаза.

Корректор речи содержит: микрофон 1; усилитель низкой частоты 2; балансный модулятор 3, на который подается напряжение высокочастотного сигнала с первого гетеродина 4; узкополосный фильтр 5, выделяющий одну боковую полосу; усилитель-ограничитель 6; частотный детектор 7 с фильтром низкочастотного сигнала (0-300 Гц); усилитель низкой частоты с переменным коэффициентом усиления 8; частотно-модулированный генератор высокой частоты 9; детектор громкостной огибающей однополосного сигнала 10; усилитель громкостной огибающей с фильтром нижних частот (0-35 Гц) 11; амплитудный модулятор высокочастотного сигнала 12; усилитель высокочастотного сигнала 13; амплитудный детектор сигнала 14, на который подается высокочастотное напряжение со второго гетеродина 15; частотный корректор 16; усилитель низких частот 17; выходной громкоговоритель 18.

Работает корректор речи следующим образом.

Низкочастотный сигнал с микрофона водолаза 1 усиливается усилителем 2 и поступает на балансный модулятор 3. Туда же подается высокочастотный сигнал с первого гетеродина 4. На выходе балансного модулятора образуется двухполосный высокочастотный сигнал с подавленной несущей. На выходе фильтра 5 получаем однополосный сигнал. Усилитель-ограничитель 6 ликвидирует громкостную огибающую сигнала. Частотный детектор 7 преобразует изменяющийся по частоте сигнал в низкочастотный амплитудно-модулированный. Усилитель низкой частоты 8 усиливает сигнал, причем коэффициент усиления может изменяться в заданном диапазоне. Низкочастотный сигнал используется для частотной модуляции другого высокочастотного генератора 9. При этом девиация частоты определяется уровнем низкочастотного сигнала. Коэффициент частотной коррекции речи определяется как отношение ширины спектра выходного сигнала к исходному спектру на входе корректора. Для водолазов, использующих гелиокислородные смеси, коэффициент коррекции должен быть меньше единицы. Это значит, что девиация частоты генератора 9 должна быть меньше исходной девиации на выходе усилителя-ограничителя 6. Изменяя коэффициент усиления усилителя 8, можно получить любую необходимую девиацию частоты. Таким образом, спектр входного сигнала умножается на коэффициент коррекции.

Далее, в модуляторе 12 происходит наложение громкостной огибающей исходного спектра речи, выделенной детектором 10, на вновь полученный высокочастотный сигнал, тем самым восстанавливается тонкая структура сигнала. Затем сигнал усиливается и детектируется как обычный однополосный сигнал. Подавленная несущая восстанавливается с помощью второго гетеродина 15. Частота гетеродина может изменяться в небольших пределах (±100 Гц), что позволяет сдвигать низкочастотный спектр речи вниз или вверх по частоте, добиваясь наибольшей разборчивости. Частотный корректор 16 позволяет изменять уровень верхних и нижних частот речевого спектра. После усиления преобразованный речевой сигнал поступает на громкоговоритель 18.

Использование изобретения позволяет довольно простым и дешевым способом преобразовать искаженный спектр речи водолаза в привычный для слуха речевой спектр с сохранением тонкой структуры сигнала.

Возможно использование корректора и для целей эстрады, для создания специальных звуковых эффектов. В этом случае коэффициент коррекции может быть больше единицы.

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к корректорам (преобразователям) речи водолазов-глубоководников. Техническим результатом изобретения является создание корректора речи водолаза с плавно изменяющимся коэффициентом частотной коррекции. Корректор речи водолаза содержит: микрофон (1); усилитель низкой частоты (2, 17); балансный модулятор (3), на который подается напряжение высокочастотного сигнала с первого гетеродина (4); узкополосный фильтр (5), выделяющий одну боковую полосу; усилитель-ограничитель (6); частотный детектор с фильтром нижних частот (0-300 Гц) (7); усилитель низкой частоты с переменным коэффициентом усиления (8); частотно модулированный генератор высокой частоты (9); детектор громкостной огибающей однополосного сигнала (10); усилитель громкостной огибающей (11) с фильтром нижних частот (0-35 Гц); амплитудный модулятор высокочастотного сигнала (12); усилитель высокочастотного сигнала (13); амплитудный детектор сигнала (14), на который подается высокочастотное напряжение со второго гетеродина (15); частотный корректор (16); усилитель низких частот (17); выходной громкоговоритель (18). 1 ил.

Корректор речи водолаза, содержащий микрофон, входной и выходной усилители низкой частоты и громкоговоритель, отличающийся тем, что после входного усилителя установлен балансный модулятор, соединенный с первым гетеродином, и узкополосный фильтр, выход которого соединен по одной линии с усилителем-ограничителем, частотным детектором, усилителем низкой частоты с переменным коэффициентом усиления, частотно-модулированным генератором высокой частоты и первым входом амплитудного модулятора высокочастотного сигнала, а по другой линии выход узкополосного фильтра соединен с детектором громкостной огибающей сигнала, усилителем громкостной огибающей, и далее со вторым входом амплитудного модулятора высокочастотного сигнала, выход которого подключен к усилителю высокочастотного сигнала, и далее к амплитудному детектору сигнала, который подключен ко второму гетеродину, а выход амплитудного детектора соединен с частотным корректором и далее с выходным усилителем низкой частоты.