Способ преобразования широкополосного электрического сигнала Советский патент 1992 года по МПК H04R9/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике, может быть использовано для преобразования широкополосного электрического сигнала в акустический в электроакустических устройствах и является усовершенствованием способа по авт.св № 1638799.

По основному авт ев № 1638799 известен способ преобразования широкополосного электрического сигнала с пиковыми значениями напряжения UM и мощности

U2 Рм на нагрузке RH в акустический,

состоящий в разделении широкополосного электрического сигнала на несколько (п) сигналов по п частотным поддиапазонам, раздельном усилении каждого из п сформированных таким образом сигналов, раздельном преобразовании каждого из п сигналов в акустический, причем разделение частотного диапазона на п частотных поддиапазонов производят исходя из условия приближенного равенства максимальных пиковых значений напряжений Uml-.. Umi Umn и(или) мощностей PmiiiPmi sjPirm широкополосного сигнала в каждом из поддиапазонов, при этом упомянутые максимальные пиковые значения п сигналов выбирают из соотношений

Um, 1ИлиРт, -. пп2

а

ел

Цель изобретения - повышение качества преобразования сигнала путем уменьшения числа паразитных комбинационных составляющих в преобразованном сигнале возникающих в результате наличия нелинейности усилительных устройств

Цель достигается тем что согласно способу преобразования широкополосного электрического сигнапа деление широкополосного сигнала на п сигналов по п частотным поддиапазонам производят с учетом дополнительного условия

ГО

Af Ж

2,

где Af - полоса частот преобразуемого (исходного) широкополосного сигнала;

Afn - полоса частот n-го поддиапазона.

Предлагаемый способ состоит в следующем.

Исходный широкополосный электрический сигнал с полным частотным диапазоном с пиковыми значениями напряжения UM и мощности Рм на нагрузке RH разделяется на п сигналов по п частотным поддиапазонам. Каждый из сигналов усиливается по мощности и преобразуется в акустический; при делении по частотным поддиапазонам исходят из условия приближенного равенства максимальных пиковых значений напряжений Umi Um23iJmi JLImn и(или) мощностей Pmi Pm2 Pmi-vPmn преобразуемого сиг- нала в каждом из поддиапазонов, при этом ограничивают максимальные пиковые значения сигналов в соответствии с соотношениями

U

Рм

(или)РШ| -Чг

Пп

п

полученные частотные поддиапазоны проверяют на выполнение дополнительного условия

Af Ж

2.

где Af - полоса частот исходного широкополосного сигнала;

Afn - полоса частот n-го поддиапазона, и те поддиапазоны, которые не удовлетворяют этому условию, дополнительно делят с тем, чтобы дополнительное условие выполнялось.

При выполнении данного условия создаются благоприятные условия для снижения в несколько раз комбинационных искажений в устройствах, реализующих предлагаемый способ. Это можно объяснить следующим образом.

Частотные составляющие широкополосного (например, музыкального) сигнала распределяются более или менее равномерно, особенно в высокочастотном участке спектра. Поэтому сокращение ширины полосы частот поддиапазбна в несколько раз ведет к уменьшению числа частотных составляющих сигнала, попадающих в этот поддиапазон примерно во столько же раз. Но при сокращении числа составляющих

сигнала число комбинационных составляющих сокращается в еще большей степени. Это мбжно показать с помощью следующих соотношений. Например, в случае про- стейшей нелинейности первого порядка число комбинационных составляющих суммарных или разностных определяется соотношением

Nk 2 с

m 2

где Cnm - число сочетаний п по т;

n - число частотных составляющих преобразуемого сигнала;

m - число составляющих сигнала, участвующих в формировании комбинационных составляющих;

- минимальное число составляющих сигнала, участвующих в формировании комбинационных составляющих,

- максимальное число составляющих сигнала, участвующих в формировании

комбинационных составляющих.

Следовательно, в простейшем случае при учете только парных (тойных) сочетаний составляющих, т.е. при (3), уменьшение числа исходных составляющих в Р раз. велет к уменьшению числа комбинационных составляющих более чем в Р2 (Р3) раз. Из этого очевидно, что значительное сокращение количества комбинационных составляющих по отношению к исходному имеет

место при ,5, т.е. при сокращении числа составляющих в 2 и более раз, например, при трех поддиапазонах: 30-500 Гц, 500 Гц - 5 кГц. 5-20 кГц, Для более низкочастотных

Af о поддиапазонов условие выполняетАТп

ся, но для высокочастотного поддиапазона 20000

не выполняется

20000 - 5000

1..

Таким образом, при таком разделении количество частотных составляющих сигнала в высокочастотном поддиапазоне лишь незначительно (всего в 1,3 раза) меньше общего числа составляющих в сигнале. Поэтому при нелинейном раздельном по поддиапазонам усилении число комбинационных частот по сравнению с общим каналом усиления уменьшается незначительно (примерно в 1,5- 2 раз). Если высокочастотный поддиапазон ограничить снизу более высокой граничной частотой, например 10- 12 кГц, тогда при границах высокочастотного поддиапазона 10-20 кГц (12-20 кГц) упомянутое выше условие выполняется

20000

20000 - 10000 20000

(

20000 - 12000

r 0

2,5)

и, следовательно, в самом широкополосном высокочастотном поддиапазоне число возникающих комбинационных составляющих снижается в 4-5 раз и более по сравнению с полным широкополосным сигналом. Число поддиапазонов в высокочастотном участке диапазона 4-20 кГц при этом возрастает и вместо одного поддиапазона появляется два 4-10 кГц и 10-20 кГц. При этом имеет место общее снижение числа комбинационных составляющих по сравнению с известным способом порядка 3 и более.

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 широкополосного электрического сигнала, блок 2 регулировки уровня сигнала, частотно-разделительные фильтры 3, регуляторы 4 уровня сигнала, усилители 5 мощности, преобразователи б электрического сигнала в акустический.

Источник 1 исходного широкополосного электрического сигнала соединен через блок 2 регулировки уровня сигнала с частотно-разделительными фильтрами 3, выходы фильтров 3 через регуляторы 4 уровня соединены с усилителями 5 мощности, которые по выходу соединены с электроакустическими преобразователями 6.

Устройство работает следующим образом.

Исходный широкополосный электрический сигнал от источника 1 через блок 2 регулировки уровня поступает на частотно- разделительные фильтры 3. с помощью которых весь частотный диапазон сигнала разделяется на несколько поддиапазонов. Частоты среза фильтров соотносятся таким образом, что верхняя частота среза частотного поддиапазона равна нижней частоте среза следующего за ним более высокочастотного поддиапазона. Сформированные фильтрами 3 узкополосные электрические

сигналы поступают через регуляторы 4 уровня на усилители 5. С помощью последних сигналы усиливаются до требуемого уровня, а затем из них преобразователями Б форми- руются акустические сигналы.

Выполнение дополнительного условия тгр5:2 способствует сокращению числа частотных составляющих сигнала в

каждом из поддиапазонов по сравнению с исходным сигналом примерно в два раза и более, что и ведет к уменьшению в несколько раз количества комбинационных составляющих в преобразованном сигнале. Это

показывает, что выполнение дополнительного условия ведет к снижению коэффициента интермодуляционных искажений преобразованного сигнала в реальных преобразующих устройствах в несколько раз и соответствует

повышению качества преобразованного сигнала при прочих равных условиях. Таким образом, создаются реальные.предпосылки для повышения качества преобразования сигнала без предъявления повышенных требований к

элементам и узлам, на которых реализуется устройство преобразования, например к микросхемам усилителей, на которых реализуются усилители мощности. Реализация устройства технических трудностей не вызывает, так как в

нем используются стандартные элементы: усилители, RC-фильтры и т.п.

Формула изобретения Способ преобразования широкопо- лосного электрического сигнала по авт.св. № 1638799. от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества преобразования путем уменьшения нелинейных искажений, при делении широкополосного сигнала выполняют условие

Af ТК

2

45 где ДР - полоса частот широкополосного электрического сигнала;

Afn - полоса частот сигнала n-го подди- : апазона.

50

Использование радиоэлектроника преобразование широкополосного электрического сигнала в акустический в электро акустических устройствах Сущность изобретения, преобразование широкополосного электрического сигнала в акустический, в котором при делении широкополосного сигнала выполняют условие Af/AfnS2, где Af- полоса частот широкополосного электрического сигнала; Afn полоса частот сишала n-го поддиапазона 1 ил