Шумоподавитель Советский патент 1987 года по МПК H04B1/64 

2. Шумоподавитель по п. 1, о т.л ичающийся тем, что формирователь управляющего напряжения содержит последовательно соединенные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и вйходной фильтр нижних час.-тот, параллельно входу которого включен разрядный ключ, а параллельно выходу - элемент с управляемым сопротивлением, а также последовательно соединенные входной амплитудный детектор, первый компаратор, селектор ; импульсов -по длительности и реле времени с перезапуском, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения и через цепь положительной обратной связи к управляющему входу селектора импульсов по длительности, при этом между выходом амплитудного детектора и управляющими входами разрядного ключа и элемента с управляемым сопротивлением включены соответственно второй компаратор и ограничитель по минимуму.

1.ШУМОПОДАВИТЕЛЬ,содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вьшод 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 вьшолненов виде резистора, а второе содержит параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот, идентичный основному фильтру верхних частот, и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входам управления основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые выполнены управляемыми по частоте, отличающийся тем, что, с цепью уменьшения модуляции уровня шума, во второе плечо частотно-зависимого делителя напряжения введен i сумматор, входы которого подключены к выходам основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно, а выход подключен к отводу частотно-зависимого делителя напряжения, при этом вход дополнительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот. 4ib ЭО У1 4 сл

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к электронным схемам общего назначения и устройствам регулирования усиления, в частности к электронным схемам су7 жения и/или расширения динамического диапазона громкости в усилителях звуковой частоты, и может быть использовано в высококачественной аппаратуре магнитной записи, грамзаписи и радиовещания. Известно устройство автоматическо го компрессирования или экспандирова ния динамического диапазона, которое содержит канал сигнала и канал управления, причем канал сигнала включает в себя инвертирующий усилитель выход которого является выходом устройства, фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, и резистор, один из выводов которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а канал управления включает в себя форми рователь управляющего напряжения. Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумоподав ления, обусловленной эффектом модуля ции шума, состоящим в слышимом изменении уровня шума при изменении уров ня полезного сигнала. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является шумо подавитель, содержащий операционный усилитель и частотно-зависимый делитель напряжения, один вьшод которого является входом шумоподаьителя , другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумо- подавителя, 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 содержит параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот, идентичный основному фильтру верхних частот, и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входам управления основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые выполнены управляемыми по .частоте. Однако известный шумоподавитель обладает невысокой эффективностью шумоподавления,обусловленной эффектом модуляции уровня шума. Цель изобретения - уменьшение модуляции уровня шума. Поставленная цель достигается тем,, что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вьгаод 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 содержит параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот, идентичный ос новному фильтру верхних частот, и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входам управления основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые вьтолнены управляемыми по частоте, во второе плечо частотно- зависимого делителя напряжения введен сумматор, входы которого подключаны к выходам основного, фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно, а выход подключе к отводу частотно-зависимого делителя напряжения, при этом вход дополнительного фильтра верхних частот . подключен к выходу основного фильтра верхних частот, а также тем, что формирователь управляющего напряжения содержит последовательно соединенные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и выходной фильт нижнихчастот, параллельно входу которого включен разрядный ключ, а параллельно выходу - элемент с управляемым сопротивлением, а также по следовательно соединенные входной ам плитудный детектор, первый компаратор, селекторимпульсов по длитель ности и реле времени с перез.апуском, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя на;пряжения и через цепь положительной обратной связи к управляющему входу селектора импульсов по длительности, при этом между выходом амплитудного детектора и управляющими входами разрядного ключа и элемента с управляемым сопротивлением; включены соответственно второй компаратор и ограничитель по минимуму. На фиг. 1 представлена структурна электрическая схема шумоподавителя в режиме компрессирования, на фиг: 2 - то же, в режиме экспандирования. Шумоподавитель содержит операцион ный усилитель 1, частотно-зависимый делитель напряжения 2, первое

плечо которого вьшолнено на резисФоре 3, второе содержит фильтр А нижних частот, основной фильтр 5 верхних частот и сумматор 6, дополнительньй фильтр 7 верхних частот и формирователь 8 управляющего напряжения, который содержит амплитудный детектор 9, первьш и второй компараторы 10 и 11, селектор 12 импульсов по длительности, реле времени 13с перезапуском, цепь положительной связи 14, источник напряжения 15, управляемый делитель 16 напряжения, выходной фильтр 17 нижних частот, разрядный ключ 18, элемент 19 с управляемым сопротивлением и ограничитель 20 по минимуму.

Шумоподавитель работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала рабочий диапазон частот разделен основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частот на два поддиапазона, практически частота разделения составляет 1 кГц. Коэффициент передачи в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот равен единице, а коэффициент передачи в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот выбран в N раз больше, так что в режиме компрессирования коэффициент передачи устройства в полосе пропускания-основного фильтра 5 верхних частот бу Р больще коэффициента передачи устройства в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандирования в N раз меньше. Избранное число N ( 10) определяет максимальную величину сжатия или расширения динамического диапазона составляющих сигнала, располагающихся в полосе пропускания основного I фильтра 5 верхних частот и, соответственно, не зависит от его частоты среза. Изменение величины сжатия или расширения динамического диапазона сигнала осуществляется лишь в полосе затухания основного фильтра 5 верхних частот при перестройке его частоты среза, при этом область частот, в которой осуществляется снижение шума, определяется исходной полосой пропускания основного фильтра 5 верхних частот, которая уст иавливается подачей напряжения с источника напряжения 15 на управляющие входы основного 5 и дополнительного .7 фильтров верхних частот. В режиме компрессирования сигнал поступает на вход устройства и соот ветственно - на входы основного фильтра 5 верхних частот и фильтра нижних частот, С выхода основного фильтра 5 верхних частот составляющие сигнала в полосе пропускания фильтра поступают на один из входов сумматора 6,а также на вход дополни тельного фильтра 7 верхних частот. С выхода первого фильтра 4 нижних частот составляющие сигнала в полос пропускания поступают на другой вхо сумматора 6. С выхода сумматора 6 сигнал, образованный суммрй составляющих входного сигнала,вьщеленных основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частдт, поступа ет на операционный усилитель i охваченньй обратной связью с выхода на вход посредством резистора 3. Су матор 6 может быть выполнен на рези торах, причем сопротивления этих резисторов равны сопротивлению резистора 3, благодаря чему коэффициент передачи от входов сумматора 6 до выхода шумоподавителя будет раве единице. . I При поступлении на вход компрессора сигнала среднечастотных и высо кочастотных составляющих сигнал Уровень которых ниже порога сраба- -зг тывания второго компаратора 11, амплитудно-частотная характеристика компрессора имеет подъем в области высоких и средних частот. Благодаря такому подъему, составляющие сигнала проходя через компрессор, поступают в канал передачи и далее на вход экспандера с усилением, однако на выходе экспандера эти составляющие ослабляются до прежнего уровня вследствие, того что характеристики экспандера обратны характеристикам компрессора. Одновременно с составляющими сигнала ослабляются и составляющие шума канала передачи, расположе ные в той же области частот. При поступлении на вход компрессора сигнала со среднечастотньми составляющими, уровень которых превьш1ает порог срабатывания второго компаратора 11, и высокочастотными составляющими с уровнем ниже указан ного порога происходит замыкание разрядного ключа 18 и разряд через него конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, а следовательно, снижение напряжения на управляющих входах основного 5 и дополнительного 7 фильтров верхних частот. Частота среза последних при этом повьш1ается, что вызьшает снижение коэффициента передачи компрессора на срежних частотах, оставляя его неизменным на высших частотах, обеспечивая тем самым максимальную величину сжатия на высоких частотах. В экспандере высокочастотные составляющие ослабляются вместе с составляющими шума канала передачи, при этом-в области верхних частот ослабление максимально, что соответствует максимальной величине расширения. Сопротивление резистора и емкость конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот определяют время установления системы при повышении уровня . сигнала на входе шумопоДавителя. С увеличением уровня среднечастотных и высокочастотных составляющих сигнала вьш1е порога срабатывания второго компаратора 11 частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраивается выше граничной частота рабочего iguana- зона. В этом случае амплитудно-частотная характеристика: компрессора определяется амплитудно-частотной ха рактеристикой фильтра 4 нижних частот, при этом коэффициент передачи компрессора в области верхних частот становится меньше единицы, так что высокочастотные составляющие сигнала,проходя через компрессор, ослабляются и не перегружают канал передачи (в данном случае магнитную ленту). . При прохожденииупомянутых составляющих через экспандер они усиливаются ДО исходного уровня, как на входе компрессора, при этом усиливаются и составляющие шума канала передачи. Однако,благодаря Психоакустическому эффекту маскировки громкими звуками тихих, эти составляющие шума не прослушиваются. Таким образом, при малых уровнях входного сигнала несколько превьшгающего порог срабатьшания второго компаратора 11, время установления устройства определяется временем разряда конденсатора выходного фильтра 17нижних частот через разрядный ключ 18 и имеет максимальную величину. При быстром увеличении входного сигнала до уровня, превышающего порог ограничения ограничителя. 20 по минимуму,сигнал .поступает на управляющий вход элемента 19 с управляемым сопротивлением. При этом сопротивление последнего уменьшается, шунтируя цепь разряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, вследствие чего разряд конденсатора ускоряется и время установления уменьшается. Причем, чем больше превьш1аение сигнала над порогом ограничения ограничителя 20 по минимуму, тем меньше время .установления. При разряде конденсатора снижается на.пряжение на выходе формирователя 8 управляющего напряжения и соответственно на управляющих -входах основного 5. и дополнительного 7 фильтров. верхних частот, что вызывает смещение частоты среза в область верхних частот до тех пор, пока уровень составляющих сигнала в формирователе 8 управляющего напряжения на входе второго компаратора 11 не снизится до величины, равной порогу его срабатывания. При снижении уровня сигнала ниже порога срабатьгеания второго компаратора 11 последний возвращается в исходное состояние, разрядный ключ 18 размыкается, ограничитель 20 по минимуму возвращается в исходное состояние, увеличивая тем самым сопротивле;1ие элемента 19, конденсатор вы ходного фильтра 17 нижних частот заряжается, т.е. уменьшением уровня входного сигнала время установления возрастает, поэтому кратковременные изменения уровня сигнала на незначительную величину, а также кратковременные импульсные помехи малого уров ня не влияют иа изменение коэффициента передачи устройства и, следо- 5 вательио, не приводят к модуляции шума, прослуп1ивае «ого в отсутствии маски1 укщего полезного сигнала. После быстрого уменьшения уровня полезного сигнала, наступающего вслед за его увеличением, коэффициент передачи устройства восстанавливается до прежнего значения, спустя время восстановления, которое определяется временем заряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот.В связи с тем, что порог срабатывания первого компаратора 10 выбран 114 50 . 8 несколько ниже (практически на 2 дБ) порога срабатьшания второго компаратора 11, то второй компаратор 11 изменяет свое состояние при cKrnajtax, превьш1ающих его порог срабатывания. Однако при этом, если длительность импульса, сформированного вторым компаратором 11 из сигнала, поступающего с выхода амплитудного детек ора 9, не превышает порога селекции селектора 12 импульсов по длительности, то последний не пропускает указанный.импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, который представляет собой моностабипьную схему. изменяющую состояние на выходе на противоположное при появлении импульса на входе, и возвращающуюся в исходное состояние после окончания импульса, спустя заданное время задержСхема реле времени 13 с перезапуском может быть вьшолнена из последовательно соединенных формирователя пилообразного напряжения и компаратора, причем формирователь пилообразного напряжения может быть образован параллельно соединенными источником тока, конденсатором и закрытым в исходном состоянии ключом, управляющий вход которого является входом реле времени с перезапуском. Вследствие этого реле времени 13 с перезапуском остается в исходном состоянии и управляемый делитель 16 напряжения обладает большим коэффициентом передач, обеспечивая малое время восстановления, определяемое временем заряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот. Если длительность импульса, сформированного первым компаратором 10, превышает порог селекции селектора 12 им пульсов по длительности, то последкий пропускает указанный импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, и оно изменяет свое состояние, и коэффициент передачи управляемого делителя 16 напряжения уменьшается. Поскольку реле времени 13 с перезапуском возвращается в исходное состояние после действия входного импульса, спустя заданное время задержки, большое время восстановления, обеспечивается в течение всего времени задержки. Таким образом, присутствие формирователя 8 управляющего напряжения низкочастотных составляющих сигнала ления коэффициента передачи с уменьшением уровня этих составляющих, поступающим вслед за их увеличением. В процессе работы шумоподавитепя по мере расширения спектра входного сигнала частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраивается в сторону верхней граничной частоты, в связи с чем уровень низкочастотных составляющих в формирователе 8 управляющего напряжения снижается, а сигнал управления формируется из высокочастотных составляющих полезного сигнала, располагающихся в текущей полосе пропускания основного и дополнительных фильтров верхних частот. Эта обуславливает малое время восстановления коэффициента передачи шумоподавителя при уменьшении уровня высокочастотных составляющих, наступающем вслед за их увеличением. Управляющее напряжение на выходе формирователя 8 управляющего напряже HjiH подчиняется следующему математическому выражению: и, к„ и-к,(р,и,)к,-и„„ (1) где К„ - коэффициент передачи второ го компаратора 11 , Uj. - выходное напряжение основного фильтра 5 верхних час тот; , ,)- коэффициент передачи допол нительного фильтра 7 верхних частот, являющийся функцией частоты и управляющего напряжения; - коэффициент передачи ампли тудного детектора 9; напряжение порога срабатывания второго компаратора 11. . Из выражения (1) запишем значение коэффициента передачи дополнительног фильтра 7 верхних частот

.

K,(F,U,,)

и 5к.

и,-к,

00 выражение (2)

Тогда при Кд,- принимает вид

K7(F,Ua) Исходя из того, что коэффициент передачи цепи в режиме компрессирования от каждого из входов, сумматора 6 до выхода шумоподавителя равен 1, а также с учетом выражения (8), напряжение на выходе компрессора можно представить в следующем виде:

1г

вых.комп (K.LT,,,)+ и, фильтра 5 верхних частот.представим следующим образом: KC(F,U,), и и«.5где и..., - напряжение на входе основО , Э ного фильтра 5 верхних частот; K(F,U,j) - коэффициент передачи основного фильтра 5 верхних . частот, являющийся функцией частоты и управляющего напряжения. Поскольку основной и дополнительный фильтры верхних частот идентичны и имеют одинаковую .зависимость частоты среза от управляющего напряжения, то К(Р,иг) K/F,U). (5) С учетом (5) и (3) выражение .(4) имеет вид .;-K,(F,U.)Ue.5 откуда ( и„„ 2 и, и у К, К const,TorУчитывая, что да выражение (7) можно записать в следующем виде: Из вьфажения (8) следует, что выходное напряжение основного фильтра 5 верхних частот пропорционально корню квадратному входного напряжения и при выполнении условия (5) не зависит от регулировочной характеристики самого фильтра верхних частот (зависимость частоты среза от управляющего напряжения). (KUe,.,,. ) - U,(9) где U - выходное напряжение фильтра 4 нижних частот; вч.комп входное напряжение коътрес Напряжение на выходе экспандера можно записать следующим образом: вых. экс. вя.эке. кс бх.Экс где Ug j - входное напряжение эк пандера; кс коэффициент передачи экспандера; -коэффициент передачи операционного усилите ля 1; -коэффициент передачи цепи отрицательной об ратной связи, равный .. вых. энс.

с учетом выражения (8)

1/2

.)+у4

и

Вых. JkC а также с учетом того, что в экспанде- на

вьиг-жс.

к„

10

JQ Из выражения (17) следует, что в процессе компрессирования (сжатия) динамического диапазона сигнала и экспандирования (расширения), сугнал f. (K.UeX.,K.) +U4 /,3 и. вых. . Тогда вьфаженке (10) с учетом (13) эазапишется-т-ЛкчзГьГГкЛПи; 6Ы. экс. тогда при Kj- оа получим J (Uev.Kc - иО LSixiKc. BblV. 5КС. К где К - постоянная величина. Учитьгаая, что Ug. выя, экс выражение (15) запишется и iHBbiX, .(6) Bbu.экc К Подставляя значения из выражения (9) получим ц li -HaJLLoMP- -.8ЫХ.ЭКС в. КОМП . выходе экспандера будет соответст6я. О Л1

Лаг. -О