Устройство для преобразования динамического диапазона звуковых сигналов Советский патент 1990 года по МПК H04B1/64 

ел о сх

S4 Ю

Изобретение относится к технике передачи сигналов и может быть использовано при записи и воспроизведении звуковых сигналов, для улучшения качества звучания зашумленных магнитных фо- 5 нограмм,

Целью изобретения является уменьшение уровня шумов.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.ю

Устройство для преобразования динамического диапазона звуковых сигналов содержит квадратурный фазовращатель 1 первый 2 и второй 3 квадратичные детекторы, сумматор А фильтры нижних 5 и 15 верхних 6 частот, амплитудный детектор 7. регулируемый усилитель 8. ограничитель у и аналоговый перемножитель 10.

Устройство работает следующим обра ° 20

На вход устройства - вход квадратурного фазовращателя 1 - подается исход- иый. сигнал SBx(t). Квадратурный фазовращатель обеспечивает сдвиг фаз всех спектральных составляющих в обла- 25 сти заданных частот на 90° и тем самым выполняет преобразование Гильберта В результате на выходе квадратурного фазовращателя 1 формируются два сигнала: bW и сопряженный по Гильберту сигнал 30 bd), которые имеют одинаковые спектры а фазы их сдвинуты на 90°. Таким образом сигналы на выходе фазовращателя могут оыть записаны следующим образом

S(t)- SWcOS 5P(t)-f-tf3b}-.-JC

S(t)-S(t),

где S(t) S2(t) + S2(t) - огибающая, т e

модулирующая фун.ция мгновенной ампитуды:

y5(t) - текущая фаза;40

УЪ- начальная фаза.

Сигналы S(t) и S(t} подаются на входы вадратичных детекторов 2 и 3. где возвоятся 8 квадрат и затем суммируются в умматоре 4. Таким образом, на выходе умматора 4 получаем сигнал, пропорциоигГлГзГГ

С выхода сумматора сигнал поступает „ а входы фильтров 5 и 6.50

Сигнал с выхода 5 нижних частот, проорциональный квадрату Гильбертовой гибающей полезного сигнала, поступает на

ход регулирующего усилителя 8.

55

си по но oo

мо ня шу но

Сигнал с выхода фильтра 6 верхних частот, пропорциональный квадрату огибаю- Щей шума, поступает на вход амплитудного детектора 7. с выхода которого подается на управляющие входы регулируемого усилителя 8 и ограничителя 9

В зависимости от уровня сигнала, поступающего на управляющие входы блоков 8 и 9. изменяется коэффициент передачи регулируемого усилителя и уровень порога ограничения ограничителя.

С увеличением сигнала управления что соответствует увеличению уровня шумов на входе устройства, коэффициент передачи стремится к логической зависимости, в промежуточных значениях сигнала управления - к линейной зависимости. В общем виде сигнал на выходе регулируемого усилителя можно представить в виде

$2,

0

5

где К - коэффициент пропорциональности п коэффициент аппроксимации передаточной функции.

Амплитудно-скорр-ктированный сигнал поступает на сигнальный вход ограничителя 9, Уровень сигнала соответствующего порогу ограничителя изменяется а зависимости от уровня управляющего сигнала, пропорционального усредненному модулю квадрата огибающей шума: чем выше уровень управляющего сигнала, тем выше порог ограничения 11редельное значение порога ограничения определяется возможным максимальным уровнем шумов и составляет величину порядка минус 30 дБ относительно номинального уровня. Предельная величина порога ограничения устраняет влияние высокочастотных составляющих сигналов большого уровня на величину порога.

С выхода ограничителя сигнал управления (Sy) подается на один из входов аналогового перемножителя 10. на второй вход которого подается сигнал с одного из выходов квадратурного фазовращателя 1 Выход перемножителя является выходом устройства.

На выходе устройства до порога ограничения, т.е. при малых входных уровнях сигналов получаем сигнал, равный 5выхМ S(t)) (t)KMS(t)) после порога, при больших уровнях входного сигнала получаем сигнал, равный 5вых(т} S(t))+ Sy S(t)Uorp Км ) + pol где KM - масштабный коэффициент аналогового пе.ремножителя.

Анализируя приведенные выражения можно сделать вывод, что при малых уровнях сигналов, близких или равных уровню шумов, выходные сигналы будут значительно ослабляться благодаря формированию

сигнала управления (Sy), пропорциональному степенному значению огибающей. Использование плавающего порога ограничения позволяет получить выигрыш не только в отношении сигнал/шум, но и в динамическом диапазоне, что повышает качество звукопередачи в области низких уровней.

Функция передачи регулируемого усилителя зависит от уровня шумов. При уве- личении уровня шума эффект шумопонижения несколько понижается, амплитудная характеристика устройства будет иметь плавный переход в окрестности порога и тем самым работа устройства преобразования динамического диапазона на реальных сигналах становится менее заметной при слуховом восприятии.

При уровне шума минус (36-38) дБ относительно номинального уровня сигнала функция передачи соответствует функции извлечения квадратного корня, т.е. напряжение управления пропорционально Гильбертовой огибающей. При уровне шумов минус (38-42) дБ функция передачи линей- на, что соответствует управляющему напряжению,пропорциональному квадрату-кубу Гильбертовой огибающей. При уровне шумов меньше 42 дБ управляющее напряжение пропорционально более высоким степеням Гильбертовой огибающей. Частота среза и крутизна фильтров 5 и б выбираются в зависимости от спектра музыкально-речевого сигнала. При низких уровнях сигнала ширина этого спектра не превышает 3 кГц. Ширина спектра белого шума занимает всю полосу звукового

диапазона от 20 Гц до 20 кГц. Ширина спектра сигнала, пропорционального Гильбертовой огибающей, в два и более раз уже спектра самого сигнала и занимает полосу от О до 1,5 кГц.

Таким образом, частота среза фильтра нижних частот должна быть не более 1,5 Гц. Частота среза фильтра высоких частот выбирается равной или несколько выше частоты среза фильтра нижних частот. Формула изобретения Устройство для преобразования динамического диапазона звуковых сигналов, содержащее квадратурный фазовращатель, первый и второй квадратичные детекторы, выходы koтopыx соединены с входами сумматора, а также регулируемый усилитель и аналоговый перемножитель, один выход которого подключен к одному выходу квадратурного фазовращателя, о т- личающееся тем, что, с целью уменьшения уровня шумов, введены фильтр нижних частот, ограничитель и последовательно соединенные фильтр верхних частот и амплитудный детектор, выход которого подключен к управляющим входам регулируемого усилителя и ограничителя, при этом входы первого и второго квадратичных детекторов соединены с выходами квадратурного фазовращателя, выход сумматора подключен к входам фильтров нижних и верхних частот, вход регулируемого усилителя соединен с выходом фильтра нижних частот, а выход - с входом ограничителя, выход которого подключен к другому входу аналогового перемножителя.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - снижение уровня шумов. Устройство для преобразования динамического диапазона звуковых сигналов содержит квадратурный фазовращатель 1, квадратичные детекторы 2 и 3, сумматор 4, фильтры нижних 5 и верхних 6 частот, амплитудный детектор 7, регулируемый усилитель 8, ограничитель 9 и перемножитель 10. Для изменения коэффициента передачи устройства в зависимости от отношения сигнал/шум на входе и выходе сумматора 4 формируются квадраты огибающих сигнала и шума, которые далее разделяются при помощи фильтров нижних 5 и верхних 6 частот. Под действием напряжения сигнала изменяется уровень сигнала на выходе перемножителя 10, а под действием напряжения огибающей шума - коэффициент передачи регулируемого усилителя 8 и уровень ограничения ограничителя 9, позволяя повысить отношение сигнал/шум на выходе устройства. 1 ил.