Шумоподавитель Советский патент 1987 года по МПК H04B1/64 

11 Изобретение относится к приборвстроению, а именно к электроннь1м схе мам общего назначения и устройств ам регулирования усиления, в частности к схемам сужения и расширения динами ческого диапазона громкости в усилителях, и может быть использовано в аппаратуре магнитной записи, грамзаписи и радиовещания. Известно устройство автоматическо го компрессирования или экспандирования динамического диапазона, которое содержит каналы сигнала и уп равления, канал сигнала включает в себя инвертирующий усилитель, вход которого является выходом устройства фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом инвертирующего уси лителя, и резистор, один из выводов которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а канал управления включает в себя формирователь управляющего напряжения. Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумопонижения, обусловленной зффектом модуляции уровня шума, состоящим в сльш1имом изменении уровня шума при изменении уровня полезного сигнала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шу моподавитель, содержащий операционный усилитель, частотно-зависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующему входу опе .рационного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе - в виде параллель но соединенных основного фильтру верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения. Однако известный шумоподавитель обладает невысокой эффективностью шу моподавления, обусловленной эффектом модуляции уровня шума. Целью изобретения является уменьшение модуляции уровня шума. 12 2 Поставленная цель достигается тем, что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотно-зависимь1Й делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к вьпсоду операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующеьгу входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе в виде параллельно соединенных основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, основной фильтр верхних частот выполнен управляемым по частоте, и его вход управления является, входом управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, вход формирователя управляющего напряжения подключен к выходу введенного дополнительного управляемого по частоте фильтра верхних частот и идентичного основному фильтру верхних частот, вход управления которого соединен с вьпходом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с входом или выходом шумоподавителя. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема шумоподавителя в режиме компрессирования; на фиг.2структурная электрическая схема шумоподавителя в режиме экспандирования. Шумоподавитель содержит операционный усилитель 1, частотно-зависимый делитель 2 напряжения, первое плечо которого выполнено на резисторе 3, а второе - на фильтре 4 нижних частот и основном фильтре 5 верхних частот, дополнительньй фильтр 6 нижних частот и формирователь 7 управляющего напряжения. Формирователь 7 управляющего напряжения содержит последовательно соединенные амплитудный детектор, пороговый элемент и накопительный конденсатор с цепями заряда и разряда (на чертежах не показаны). Шумоподавитель работает следующим образом. Выходные сопротивления фильтра 4 нижних частот и основного филь311

тра 5 верхних частот образуют совместно с резистором 3 делители, которые включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 и определяют коэффициент передачи шумоподавителя в полосах пропускания указанных фильтров. Выходное сопротивление основного фильтра 5 верхних частот выбрано в N раз меньше выходного сопротивления фильтра 4 нижних частот, так что в режиме компрессирования коэффициент передачи шумоподавителя в полосе пропускания основного фильтра 5. верхних частот будет в N раз больше коэффициента передачи устройства в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандирования - соответственно в N раз меньше. Число N определяет максимальную величину сжатия или расширения динамического диапазона составляющих сигнала, располагающихся в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот и не зависит от его частоты среза. Изменение величины сжатия или расширения динамического диапазона сигнала осуществля;ется лишь в полосе затухания основ|Ного фильтра 5 верхних частот при перестройке его частоты среза.

При отсутствии сигнала на входе компрессора и соответственно на входе экспандера амплитудно-частотная характеристика компрессора имеет подъем, а амплитудно-частотная xapaKтеристика экспандера - обратный ему спад в области средних и высоких частот, в результате чего среднечастотные и высокочастотные шумы канала передачи, включенного между выходом компрессора и входом экспандера, пройдя через экспандер, ослабляются. Максимальное ослабление шумов определяется величиной N, а область частот, в которой осуществляется снижение шума, определяется исходной полосой пропускания основного фильтра 5 верхних частот.

При поступлении на вход компрессора сигнала-с среднечастотными и высокочастотными составляющими, уровень которых ниже порога срабатьгоания порогового элемента формирователя 7 управляющего напряжения, амплитудночастотная характеристика компрессора аналогично предьщущему случаю, имеет подъем в области средних и высоких частот. Благодаря этому подъему сос124

тавляющие сигнала, пройдя через компрессор, поступают в канал передачи, а затем на вход экспандера усиленными. Пройдя через экспандер, эти составляющие ослабляются до прежнего уровня благодаря обратному воздействию на них экспандера, при этом одновременно с составляющими сигнала ослабляются и составляющие шума канала передачи, располагающиеся в той же области частот.

Поступлейие на вход Компрессора сигнала со среднечастотными составляющими, превышающими порог срабатывания порогового элемента формирователя 7 управляющего напряжения, и высокочастотными составляющими с уровнем ниже указанного порога приводит к повьш1ению частоты среза фильтров 5 и 6 верхних частот, вследствие чего коэффициент передачи компрессора на средних частотах снижается, оставаясь неизменным на высоких частотах и обеспечивая тем самым максимальную величину сжатия наэтих частотах.

В экспандере эти составляющие ослабляются совместно с составляющими шума канала передачи. Причем в области высоких частот это ослабление максимально и соответствует максимальной величине расширения.

При дальнейшем увеличении уровня среднечастотных и высокочастотных составляющих вьш1е порога срабатывания порогового элемента формирователя 7 управляющего напряжения частота среза фильтров - 5 и 6 верхних частот перестраивается вьше граничной частоты рабочего диапазона. При этом коэффициент передачи компрессора в области средних и высоких частот снижается настолько, что среднечастотные и высокочастотные составляющие сигнала, пройдя через компрессор, ослабляются благодаря чему предотвращается перегрузка канала передачи этими состав- . ляющими. При прохождении указанных составляющих через экспандер они усиливаются до исходного уровня.

Одновременно усиливаются соответствующие составляющие шума канала передачи. Однако благодаря психоакустическому эффекту маскировки громкими звуками тихих эти составляющие шума не прослушиваются.

Управляющее напряжение в компрессоре на выходе формирователя 7 управ511235126

ляющего напряжения можно представить„ „ R „, в виде следующего выражения: R f

- можно записать в следующем виде

UK .кКв(Р.и,)-и„, (1)

где и.,, , - выходное напряжение ком-Из выражения 7 видно, что сжатие диГи1Д Кпрессора;намического диапазона сигнала в коми - напряжение порога сраба-прессоре осуществляется с постоянньм

тывания порогового эле-коэффициентом, равным 0,5. мента формирователя 7 уп-fO Управляющее напряжение в экспан равляющего напряжения;дере на выходе формирователя 7 можно

Kg(F,U,j) - коэффициент передачи до-представить в виде следующего выраполнительного фильтра 6жения: .верхних частот, являющийся функцией частоты и 15 U, .э KgCF.U,) - uj , (8) управляющего напряжения; .

К, - коэффициент передачи фор- Я« . - входное напряжение эксмирователя 7 управляюще-.пандера.

го напряжения. выражения 8 определим значение

Из выражения 1 определим значение 20коэффициента передачи дополнительного

коэффициента передачи дополнительногоФильтра 6 верхних частот фильтра 6 верхних частот, U, U fn

,ч и„Uv,-v 7 -В.Э

к (F,U) - -+ fi откуда при К,- со получим

вы)l.к 7 ebix.K25

откуда при получим...,,... Un,.,.4

Kg(F,U) -.(3) Выходное напряжение экспандера

Выходное напряженней компрессора можно ° «° представить в следующем виде: представить в следующем виде 30Кг- 1 /

. R .. вы.э U«X.,R; к-ДгГи-ГUebix.K. .k ) ()Поскольку фильтры 5 и 6 верхних часгде и,, - входное напряжение ком- « идентичны и имеют одинаковую, зарвисимость частоты среза от управляюKj(F,U) - коэффициент передачи ос- 35Щего напряжения, то

новного фильтра 5 верх- /т. ,, ч ,, /v, UN них частот-,K5(F,U,) K(F,U,),

R,- сопротивление резисто-« выражение 11 примет вид

Р .40и и и Bi.HiL.

Ry - выходное сопротивление выx.э -э R ,,) R U

основного фипьтра5 верх-(12)

гних частот.откуда

Поскольку фильтры 5 и 6 верхних час- вых -.--, (13)

тот идентичны и имеют одинаковую з п

зависимость частоты среза от управ-R,

ляющего напряжения, тоЕсли К const, то вьфажение

K,(F,UK) « K,(F,u,)ивь,«.э .,-Y-

и выражение 4 примет следующий вид: °Из выражения 14 видно, что расширеRII

Т1 п. П If Стг IT - 11 экспандере осуществляется с постоRhJVW Atk ) в V К f Т

. 5 .вых.кянным коэффициентом, равным 2.

, R,При обеспечении условия VъJ.t 9ЫJ.к

55выражение 14 можно переписать в слеоткуда

Ue.,.K С. (;) . (6) и,,, UV,,, . {-(15)

Если и.-- К const, то выражение б

5 вьи.к (Ки,.,) .(7)

б -

и

6 примет вид ние динамического диапазона сигнала

дующем виде

или с учетом выражения 7

(16)

и.

и,

вых.9 вх-х Из равенства 16 следует, что в результате компрессирования и последующего экспаидирования предлагаемьм yctpoftcTBOM динамического диапазона сигнала последний не изменяется.

Таким образом, в шумоподавителе сжатие и расширение динамического диапазона и соответственно снижение

1235128

шума канала передачи осуществляется в полосе пропускания фильтра верхних частот с автоматически перестраиваемой в зависимости от спектра сигнала

5 частотой среза, благодаря чему снижается эффект модуляции уровня шума.

Применение шумоподавления, например, в составе магнитофона позволяет to увеличить отношение сигнал/шум канала записи - воспроизведения иа 20 дБ.

ШУМОПОДАВИТЕЛЬ, содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе - в виде параллельно соединенных основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения модуляции уров.ня шума, основной фильтр верхних частот выполнен управляемым по частоте, и его вход управления является входом управления второго плеча частотнозависимого делителя напряжения, вход формирователя управляющего напряжения подключен к выходу введенного допол(Л нительного управляемого по частоте фильтра верхних частот, идентичного основному фильтру верхних частот, вход управления которого соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с входом или выходом шумоподавителя. -

фиг.г.