Устройство обработки звуковых сигналов Советский патент 1988 года по МПК H04B1/10 

1 1443182

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при записи и воспроизведении звуковой информации.

Цель изобретения - повьшение отношения сигнал/шум на выходе устройства.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства Q обработки звуковых сигналов.

Устройство обработки звуковых сигналов содержит, генератор 1 несущей, однополосной модулятор 2, первый ограничитель 3, первый перемножитель 5 4, фильтр 5 нижних частот, второй пepe ffioжитeль 6, первый амплитудный детектор 7, второй ограничитель 8, двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10, элемент 11 дифферен-2Q цирования, второй амплитудный детек- тор 1.2,блок ДЗ извлечения квадратного корня, полосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы пропускания, выполненный с регулируемой частотой настройки.

Устройство обработки звуковых сигналов работает следующим образом..

На входы однополосного модулятора 2 поступают-широкополосный звуко- Q

вой сигнал

ё ,

S(t)cos tj(t)dt.

.Sex(t) где S(t) a.(t) мгновенная амплитуда

мгновенная частота, и гармонический сигнал с вьпсода генератора 1

35

де вх

a ог ча по

гд

Вых под жит пос

вых

25 S

xC

пр

и S

при

Фил нал ча име

BilX

,(t)

cos Wot,

На выходе модулятора 2 формируется высокочастотное колебание

) S(t)cos5rwe+ tJ(t)dt,

которое одновременно поступает на вход амплитудного детектора 7 и на входы ограничителей 3 и 8. Ограничи- тель 3 совмещен с фильтром низких частот (не показан), выделяющим из выходного :сигн,ала первую гармонику. При величине входного сигнала Ug ниж порога ограничителя 3, который в дальнейшем будем назьшать порогом амплитудного пг мопонижения Unauj т.е. при и Unua, сигнал на выходе ограничителя входному

3 пропорционален

S (t)cos )+ a;(t)dt,

)

a при U, выходной, сигнал ограничителя 3 представляет собой частотно-модулированное колебание с постоянной амплитудой

S8b,x.(t)

и,COS 5 ;x.(t)dt.

где и

const - амплитуда выходного сигнала ограничителя 3.

Выходной сигнал ограничителя 3 i. подается на вход первого перемножителя 4, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 1. На

выходе перемножителя 4 имеем

t

) S(t)cos $ (t)dtx

ч

xCOSCJot S(t)|cOS xj(t)dt +

COS JC2u;,+ a)(t)dt5

Q

5

0

5

ЯШ.

Ui cos J u;(t)dt +

при Ugx и п«ш

и S 4 (t)

+ cos S ( (t) dt

0

при и 5, 7, и„дц, .

Фильтр 5 вьщеляет из выходного сигнала первого перемножителя 4 низкочастотное колебание и на его выходе имеем сигнал вида

t

Se()r5(t) S(t)cos J w(t)dt

a и Bv naui

при

ex

8KK

Ue.

(t) Uicos)w(t)dt при

о

/ и „.,,,,.

который является входным по отношению к полосовому фильтру 14 и поступает на его сигнальный вход.

Функция полосового фильтра 14 состоит в создании амплитудно-частотной характеристики, адекватной спектру частотно-модулированного сигнала, а в данном случае частотно-модулированной части звукового сигнала. Известно, что создание адекватной сигналу амплитудно-частотной характеристики канала возможно, ее3

ли известна мгновенная частота сигнала, а частота настройки полосового фильтра 4 в каждый момент времни совпадает с мгновенной частотой сигнала.

Реальные звуковые сигналы (речь, музыка) непрерьшно изменяются. Следовательно, меняются непрерывно их спектры. Известны количественные со

отношения, связывающие ширину актиной части

ной части спектра Лео , т.е. той части текущего спектра, которая позволяет Воспроизводить исходную фун цию времени с наперед заданной погрешностью и скорость изменения мгно dw(t)

венной частоты

dt

сигнала

/1U)

к

|duj(t) -Т7- , где F - постоянf

ньй коэффициент, характеризующий точность воспроизведения функции времени. Откуда следует, что частота настройки полосового фильтра 14 (т.е. средняя частота его полосы пропускания) должна всегда равняться мгновенной частоте сигнала, а ширина полосы пропускания должна определяться корнем квадратным из скорости изменения мгновенной частоты

Именно этим обт ясняется наличие у полосового фильтра 14 двух управляющих выходов.

На один управляюгщй вход полосового фильтра 14 поступает вы еляе- мое частотным детектором 10 напряжение, пропорциональное мгновенной

частоте йходного сигнала. Это напряжение определяет частоту настройки полосового фильтра 1А.

На второй управляющий вход полосового фильтра 14 поступает напряжение, определяюс1ее ширину его полосы пропускания, формируемое из мгновенной частоты элементом 11, который определяет скорость изменения мгновенной частоты, амплитудным детектором 12, который вычисляет абсолютную величину скорости, блоком 13, который заканчивает формирование этого управляющего сигнала.

(t) и cos

Sfctv 9

Для правильного выделения мгновенной частоты частотным детектором 10 на его вход должно поступать колебание постоянной амплитуды. Для того, чтобы не допустить на вход частотного 10 колебание с переменной амплитудой, перед ним включен двухпороговый компаратор 9. Для формирования условной 1 на выходе двухпорогового компаратора 9 необходимо, чтобы сигнал превысил значение верхнего порога, а для возвращения в состояние условного О сигнал на входе должен стать меньше нижнего порога.

Известно, что если разность величин порогов компараторов больше или равна средней амплитуде шума, то такой компаратор позволяет в значительной степени избавиться от аддитивного шума.

Таким образом, необходимо выбирать значение верхнего двухпорогового компаратора 9 в два раза больше величины нижнего порога. Это позволяет установить такой коэффициент усиления второго ограничителя 8,

чтобы средняя амплитуда шума была меньше или - равна нижнему порогу двухпорогового компаратора 9. Тогда будут ограничены по амплитуде входные сигнахы, амплитуда которых

больше или равна величине нижнего порога (так как сумма сигнала и шума превысит величину верхнего порога двухпорогового компаратора 9).

)3dt

Таким образом, второй ограничитель 8 совместно с двухпороговым компаратором 9 определяют величину другого порога, который в дальнейшем будем назьшать частотным порогом шумопонижения. По аналогии с первым ограничителем 3 будем считать, что двухпороговый компаратор 9 совмещен с фильтром низк1{х частот, выделяющим первую гармонику сигнала. Тогда сигнал на выходе двухпорогового компаратора 9 можно записать следуюищм образом.

при UBX ; г,чи i

при Uftx ипчш 1

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повьшение отношения сигнал/шум на выходе устр- ва. Устр-во содержит г-р 1 несущей частоты, однополосный модулятор 2, ограничители 3 и 8, перемножители 4 и 6, фильтр 5 нижних частот, амплитудные детекторы 7 и 12, двухпоро- говый компаратор 9, частотный детектор 10,эл-т дифференцирования 11, блок извлечения 13 квадратного корня и полосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы пропускания и с регулируемой частотой настройки. При уровне входного сигнала ниже порога частотного шумопонижения (ШП) и в паузах на выходе устр-ва наблюдаются лишь аддитивные пумы перемножителя 6. При уровне входного сигнала больше порога частотного ШП, но меньше амплитудного Ш осуществляется комбинированное безынерционное ШП: амплитудное за счет возведения огибающей в квадрат и частотное за счет создания адекватной сигналу частотной х-ки ф -шьтра 14, При уровне входного сигнала, больше или равном величине порога амплитудного ШП, осуществляется только частотное ШП и сигнал на выходе устр-ва формируется без преобразспа- ния динамического диапазона. Т.о,, цель достигается за счет полного устранения эффекта моц, а1ума, возникающего из-за плохой маскировки шума сигналом, имеющим узкополосный спектр. 1 ил. &0

где и - постоянное значение амплитуды на выходах двухпорогового компаратора 9,

и - напряжение порога частотного шумопонижения.

- 14АЗ

Для сигналовS величина которых меньше порога частотного шумопонижения, на выходе частотного детектора 10 формируется сигнал мгновенной частоты раззный нулю Gj(t) О, а следовательно, и uuj О, вследствие чего полосовой фильтр 14 не пропускает на выход.

Наличие двух ограншштелей 3 В позволяет раздельно регулировать тюроги пгумопонижения „

Приведенные соотношения порога двухпорогового компаратора 9 и, средней амплитуды шума близки к оптимальным, так как если порог частотного Етумопонижения средней амп- лит /дь чо частотный детектор 10 выделит в паузах мгновенного частоту ,, что приведет к расширению полосы пропускания полосового фильтра 14 в паузах до пределов звукового диапазоЕ:а5 вследствие чего частотного шунспониженин не будет.

S(t) cosSwm(t)dt при Unotti ; и„дш t о

u).p(t)dt при и g,, ,

о

1 де ijj ф (Е )

мгновенная частота насигнала S(t) с выхода ампдитудного

выходе полосового фильт-детектора 7. Второй перемножитель 6

ра 14„служит для восстановления амплитуд- Этот сигнал поступает на вход вто- 35 ° модуляции звукового сигнала и

роге перемножителя 6, на другойамплитудного порогового шумопонижеЕход которого поступает безынерцион-нид. На его выходе формируется

ко вьщеленная огибающая звуковогосигнал вида

и,

ш t при и в и , i

Sg.) -{

S(t)cos Sw(t)dt при „чш

° t

S(t) } (i)(t)dt при Ug 7 Unuuj

45

Такш- образом, при уровне входного сигнала ннске порога частотного пгунопонгокения U ду naoj паузах на выходе устройства наблюдаются лишь аддитивные жум) второго перемножителя 6,

При уровне входного сигнала боль- 018 порога частотного шз -юпонижения, но мев;ьше порога амплитудного шумопонижения осуществляется комбинирочастотной характеристики полосовог фильтра 14,

При уровне входного сигнала бол ше или равном величине порога амплитудного шумопонижения осуш;ествляе ся только частотное шумопонижение, сигнал на выходе устройства формиру ется без преобразования динамического диапазона.

Таким образом, удается полность

Банное безынер)1ионное шумопонижениеJ 55 устранить, так назьшаемый эффект ш- гшштудное за счет возведения оги-модуляции пгума, возникающий из-за

в квадрат и частотное наплохой маскировки шума сигналом.

имеющим узкополосный спектр. В пред

счет создания .адекватной сигналу

0

5

5

1826

Если же порог частотного шумопонижения будет установлен значительно выше средней амплитуды шумов, то будет потеряна часть еще воспроизводимой звуковой информации, закрыв полосу пропускания полосового фильтра 14.

Здесь необходимо принять во внимание следующее. Звуковой сигнал во время нарастания и уменьшения всегда более узкополосный, чем шум и чем меньше сигнал, тем более узкополосным его можно считать с точки зрения слухового восприятия. Этот факт приводит к тому, что уже при равенстве напряжений сигнала и шума широкополосный шум практически полностью маскирует сигнал.

Таким образом, устанавливая порог частотного шумопонижения, равным средней величине амплитуды шума, делают воспроизводимой звуковую информацию, которую раньше считали потерянной.

Теперь можно записать сигнал на выходе полосового фильтра 14

частотной характеристики полосового фильтра 14,

При уровне входного сигнала больше или равном величине порога амплитудного шумопонижения осуш;ествляет- ся только частотное шумопонижение, сигнал на выходе устройства формируется без преобразования динамического диапазона.

Таким образом, удается полностью

имеющим узкополосный спектр. В пред U

лягаемом устройстве полоса пропускания полосового фильтра 1А соответствует спектру входного сигнала (точнее описано выше) и шум подавляется.

Формула изобретения

.«

Устройство обработки звуковых сигналов, содержап1ее генератор несу- щей частоты, первый амплитудный детектор, второй амплитудный детектор и соединенные последовательно однополосный модулятор, вход модулирующего сигнала которого является входом устройства, вход несущей частоты соединен с выходом генератора несу- . щей частоты, а выход - с входом первого амплитудного детектора, первый ограничитель, первый перемножи- , тель, другой вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, фильтр нижних частот, полосо- i вой фильтр с регулируемой шириной полосы пропускания и второй перемно- житель, другой вход которого соеди- нен с выходом первого амплитудного детектора, а выход является выходом

o 0 5

5

1828

устройства, отличающеес я тем, что, с целью повышения отношения сигнал/шум на выходе устройства, в него введены блок извлечения квадратного корня и соединенные последовательно второй ограничитель, вход которого соединен с выходом однополосного модулятора, двухпорого- вый компаратор, частотный детектор, элемент дифференцирования, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора, выход второго амплитудного детектора соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с входом управления шириной полосы пропускания полосового фильтра с регулируемой шириной полосы пропускания, полосовой фильтр с регулируемой шириной полосы пропускания выполнен с регулируемой частотой настройки, при этом вход управления час- тогой настройки полосового фильтра с регулируемой шириной полосы пропускания, выполненного с регулируемой частотой настройки, соединен с выходом частотного детектора.