Двухканальный электроакустический тракт с общей шиной Советский патент 1992 года по МПК H04R5/00 

стическим пространством, Другой вид трансляции - с помощью головных телефонов, при которой стереотелефоны непосредственно передают звуки обоих каналов кушам слушателя.

Однако при громкоговорящем звуковоспроизведении связь каналов стерео- тракта в акустическом пространстве, которое разделяет слушателя и излучатель звука, существенно уменьшает ширину сте- реобазы, воспринимаемую слушателем и нивелирует характерные для стереопереда- чи отклики местных реверберации зала с исходными источниками звука стереотрак- та. Значения местных реверберации у слушателя оказываются намного меньше исходных, стереобаза уменьшенной, исходные различия стереосигналов сглаженными. Это приближает стереопередачу к монофонической и препятствует полному использованию преимуществ стереофонии, ухудшая качество звука и лишая слушателя эффекта присутствия в зале.

При воспроизведении стереопрограмм на головные телефоны возникает противоположный эффект чрезмерно широкой сте- реобазы и избыточно резких откликов местных реверберации, что противоречит психофизиологическим особенностям слуха, утомляет слушателя и расценивается как пониженное качество звучания.

Монофоническому воспроизведению присуще пониженное качество звучания по сравнению со стереофоническим как при громкоговорящей передаче, так и при передаче с помощью головных телефонов.

Повышение качества звучания стереофонических громкоговорящих передач в электроакустике достигается с помощью устройств электронного расширителя стерео- базы. В случае монофонических передач повышение качества звучания достигается с помощью устройств псевдостереофонии. В основе как первого, так и второго приема повышения качества звучания лежит электронная обработка сигналов, передаваемых по двум каналам передачи, имеющих общую шину. Однако оба вида соответствующих устройств отличаются один от другого подходами к обработке сигналов и схемными решениями, используемыми для реализации этих подходов.

Эффект псевдостереофонии в электроакустике создают двумя известными приемами обработки монофонических сигналов. В первом из них прибегают к частичному разделению спектра сигнала на низко- и высокочастотные составляющие с помощью фильтров. Одну из этих составляющих подают в один из каналов тракта, к

одному из акустических излучателей, другую - в другой канал тракта, к другому акустическому излучателю. При втором приеме используют фазовращатели, создающие фазовый сдвиг, предпочтительно 90°, между выходными сигналами тракта.

Как первый, так и второй приемы и соответствующие им устройства непригодны в случае передачи по тракту стереофониче0 ских сигналов, т.е. не универсальны. Оба указанных приема реализуются в виде сложных устройств, вносящих дополнительные нелинейные искажения и шумы. Первый из названных приемов приводит к

5 выраженной локализации кажущихся источников звука разных частот, жестко привязанных к акустическим излучателям, что противоречит психоакустическому опыту и отвергается слушателями.

0 Наиболее простым и эффективным среди известных является комбинированный прием частотного разделения сигналов между двумя каналами тракта с созданием между двумя группами сигналов сдвига фаз

5 90°. В данном устройстве низко- и высокочастотные составляющие разделяются между двумя каналами тракта с помощью RC-фильтров, которые создают также сдвиг фазы 90° между сигналами каналов в неко0 торой полосе частот.

На фиг.1 показана структурная схема известного тракта, где приняты обозначения: RI и R2 - выходное и входное сопротивления усилителей AI и А2; d и С2 5 конденсаторы фильтра; S - переключатель режимов Монофония - псевдостереофония, Выход НЧ и Выход ВЧ - выходы каналов, несущих низко- и высокочастотные составляющие сигнала к усилителям

0 мощности и акустическим излучателям.

В тракте (фиг.1) амплитуда выходных сигналов равны на некоторой расчетной частоте, например на частоте 1 кГц, и отличаются между собой при отклонении частоты

5 от расчетной. Наиболее низкие и наиболее высокие частоты привязаны соответственно к одному из акустических излучателей, что воспринимается как неестественное распределение источников звука.

0

Известный тракт (фиг.1) выгодно отличается от других простотой. Однако он пригоден только для создания эффекта псевдостереофонии и не может быть ис5 пользован для электронного расширения стереобазы стереофонических сигналов, т.е. не является универсальным. Экспертные оценки действия тракта (фиг.1) показывают, что создаваемый им эффект невыразителен.

В электроакустике известно также устройство электронного расширения стерео- тазы, действие которого основано на подчеркивании стереоэффекта путем выделения и обработки противофазной составляющей сигналов двухканального тракта. При этом синфазную составляющую сигналов воспринимает узел компрессора, который вырабатывает сигналы, контролирующие коэффициент передачи противофазного сигнала. При невысоком уровне синфазного сигнала устройство подчеркивает противофазный сигнап, что обеспечивает расширение стереобазы. При возрастании синфазного сигнала, например, в моменты музыкальных атак, устройство предотвращает чрезмерное возрастание уровня противофазного сигнала, снижая расширение стереобазы. В целом устройство предотвращает чрезмерное возрастание суммарного уровня сигнала, интенсивность которого поддерживается в определенных пределах, что предо- трващает избыточное расширение спектра частотно-модулированных сигналов радиопередатчика на пиках модуляции. Однако степень расширения стереобазы в известном устройстве регулируется в зависимости от уровня синфазного сигнала на основе несвойственного стереопрограм- ме условия, что стандартизирует стереосигнал в расчете на некоторую среднюю стереопрограмму и некие средние условия прослушивания, ухудшая качество звуковоспроизведения. Высокая сложность данного устройства также является недостатком при использовании устройства в масовых установках воспроизведения звука.

Современная электроакустика использует в аппаратуре слушателей два основных вида устройств электронного расширения стереобазы стереофонических сигналов. Первый из них основан на выделении противофазной составляющей стереосигналов двух каналов L и R стереотракта с помощью схемы вычитания (фиг.2), нормировании величин противофазной составляющей с помощью усилителей, имеющих коэффициенты передачи К и -К, и последующем сложении нормированных противофазных сигналов в сумматорах с основным сигналом каждого канала, пропущенным соответственно через фильтры нижних частот.

Известно, что двухканальный электроакустический тракт, имеющий связь каналов, ведет себя подобно фазовому детектору. В таком тракте амплитуда сигналов у слушателя существенно зависит от соотношения фаз сигналов в каналах тракта

во всех случаях, кроме единственного, когда устройство расширения стереобазы благодаря своему функционированию вводит дополнительную связь каналов, которая 5 полностью компенсирует имеющуюся ранее связь.

Однако условия прослушивания стерео- программы в реальной акустической обстановке для различных слушателей 0 существенно различны. Это вызывает необходимость регулирования степени расширения стереобазы в зависимости не только от конкретной стереопередачи, но и от условий прослушивания, которые различают 5 акустическими характеристиками помещения прослушивания, включая связь каналов на оконечном акустическом участке тракта.

Кроме того коэффициент нормирования противофазных сигналов усилителях и ко- 0 эффициент передачи фильтров нижних частот установлены фиксированными. В связи с этим амплитудно-фазовые искажения у слушателя в данном устройстве отсутствуют лишь при случайном совпадении величины 5 связи каналов тракта, присущей ему без устройства расширения стереобазы, с величиной компенсирующей связи каналов, вводимой устройством расширения стерео- базы. В известном-устройстве существуют 0 также амплитудно-фазовые искажения сигналов.

Недостатком известного устройства является также зависимое ь уровня сигнала от величны отношения двух составляющих сиг- 5 нала: противофазной и синфазной (преимущественно низкочастотной, передаваемой фильтром нижних частот). Такая зависимость порождена примененным при постро- ении устройства способом обработки 0 сигналов. Она отражена в математичесикх выражениях для амплитуд выходных сигналов 1вых и Ввых каналов тракта:

1вых 1-фнч + K(L-R);

RBBIX R0H4 - K(L-R), 5 где L и R - входные сигналы;

L-Фнч и Рфнч сигналы, прошедшие через фильтр нижних частот;

К - константа.

0 Кроме того, известные устройства не универсальны и ме могут быть применены при передаче по тракту монофонических сигналов, поскольку при монофонии противофазная составляЩая сигналов отсутствую

5 ет и данные устройства пропускают к слушателю лишь часть спектра звуковых частот, соответствующего характеристике фильтра нижних частот, примененного в устройстве. В известных устройствах отсутствует также возможность преобразования

монофонического сигнала в псевдостереофонический.

Известное устройство для расширения стереобазы стереофонических сигналов, основанное на создании перекрестной связи каналов.

На фиг.З приведена схема известного устройства, где 200 и 202 - инвертирующие усилители-сумматоры; Zi и 7.1 - сопротивления делителей напряжения; Zs-Zs - сопротивления Н-образной цепи связи, передающей сигналы с выходных шин L и R к входным клеммам усилителей-сумматоров 200 и 202.

В схеме расширения стереобазы (фиг.2) входной сигнал каждого из каналов, например Ц поступает на соответствующий делитель, соединяющий вход и выход данного канала, и с делителя подается на инвертирующий вход усилителя данного канала, в случае L-канала - усилителя 202.

Поскольку на тот же вход с помощью Н-образной цепи связи подается сумма сигналов с выходов усилителей обоих каналов, в схеме достигается перекрестная связь каналов тракта, В известном устройстве (фиг.З) коэффициент передачи противофазной составляющей сигналов по абсолютной величине устанавливается больше, чем коэффициент передачи синфазной составляющей сигналов. Этим достигается для слушателя эффект расширения стереобазы.

Входные сигналы схемы (фиг.З) определяются выражениями

(т4АВ+°): (D

D);

(2)

R B(l +2AB где С и D - синфазная и противофазная составляющие сигналы каналов ( );

В и А - коэффициент передачи сигналов соответственно от входа к выходу каждого канала через усилитель-сумматар и от выхода к входу через Н-образную цепь связи.

Известное устройство может быть использовано также при передаче монофонических сигналов и позволяет, в принципе, регулировать степень расширения стерео- базы путем изменения коэффициента передачи от входа к выходу либо от выхода к входу, преимущественно коэффициента передачи А в цепи обратной связи.

Недостатком известного устройства является значительное уменьшение уровня сигнала при расширении стереобазы. Зависимость уровня выходной мощности обоих каналов тракта от коэффициента передачи Н-образной цепи обратной связи А приведена на фиг.4. Графические зависимости да

ны для наиболее вероятного случая, когда коэффициент передачи инвертирующих усилителей 200 и 202 выбран . При Bconst приведенные в (1) и (2) выражения дают следующие зависимости для изменения мощности на выходе каналов:

,2 ,. „ .1 2

S1 10lg- 10lgI ИСХ

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

а/

1 + 2АВ

а2 + 1

(3)

где Ррез и Рисх - результирующее (при ) и исходное (при ) значения суммарной мощности на выходе каналов тракта;

а - отношение противофазной и синфазной составляющей сигналов в тракте.

Графики (фиг.4) построены для статически наиболее вероятных значений параметра а 0,25 с центром тяжести

распределения а -0,29. Из графиков видно, что расширение стереобазы в известном устройстве приводит к существенному уменьшению уровня выходных сигналов, тем большему, чем меньше отношение противофазной составляющей к синфазной, т.е. чем ближе сигнал к монофоническому, следовательно, чем больше ощущаемая слушателем необходимость расширения стереобазы. .

Кроме того, падение уровня сигнала при расширении стереобазы останавливает слушателя на пути к достижению полной компенсации связи каналов. В результате связь каналов компенсируется неполностью и тракт частично сохраняет свойства фазового детектора, что ведет к неполному устранению амплитудно-фазовых искажений.

Неполная компенсация связи каналов ведет также к неполному восстановлению сигналов местных реверберации, присущих исходным сигналам стереофонии, т.е. к потере части информации об акустической обстановке концертного зала (к ослаблению эффекта присутствия в зале).

В известном устройстве не предусмотрена возможность обеспечения эффекта псевдостереофонии при подаче на устройство монофонического сигнала, т.е. это устройство не универсально.

В известных устройствах отсутствует возможность регулирования ширины стереобазы в пределах, соответствующих комфортному восприятию стереопрограмм с помощью головных телефонов, т.е. данные устройства не универсальны и в этом отношении.

Цель изобретения - повышение качества звуковоспроизведения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном электроакустическом тракте с общей шиной, содержащем схему обработки сигналов в виде двух элекрических каналов с первой и второй входными шинами, первым и вторым сумматорами, выходы которых соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, первый и второй делители напряжения, включенные между соответствующими входными и выходными шинами, и два выходных электроакустических преобразователя, при этом выход каждого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом соответствующего сумматора, схема обработки сигналов дополнительно содержит третий и четвертый делители напряжения, каждый из которых включен между общей шиной и соответственно первой и второй входными шинами, причем выход каждого делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом сумматора смежного канала, а между одной из входных шин и общей шиной введен выключатель с малым сопротивлении, замыкаемый при монофоническом входном сигнале.

Кроме того, первый и второй делители выполнены регулируемыми, а третий и чет- вертый делители напряжения выполнены фиксированными; третий и четвертый делители напряжения выполнены регулируемыми, а первый и второй делители напряжения выполнены фиксированными; все делители напряжения выполнены фиксированными и регулируемыми.

На фиг. 1-3 показаны схемы известных трактов; на фиг.4 - графики зависимости известного тракта; на фиг.5 - структурная схема предложенного тракта; на фиг.6-графики эффективного параметра стереофоничности сигнала в предложен ном тракте от соотношения коэффициентов передачи делителей, входящих в состав тракта; на фиг.7 и 8 - графики изменения мощности выходных сигналов тракта при расширении стере- обазы стереофонических сигналов; на фиг.9 - графики эффективного параметра стереофоничности в зависимости от параметров делителей напряжения и цепей связи, входящих в состав тракта при передаче на головные телефоны; на фиг.10 - графики зависимости выходной мощности тракта от параметра, характеризующего расширение стереобазы при передаче на головные телефоны.

Повышение качества звуковоспроизведения в тракте достигается следующим образом.

При передаче по двухканальному тракту стереофонических сигналов сигналы каналов поступают на входные шины схемы обработки сигналов и далее поступают на делители двух видов, входящие в состав схемы обработки. Делитель первого вида соединяют входную и выходную шины каждого из каналов схемы обработки сигналов. Делитель второго вида в каждом из каналов 5 схемы обработки сигналов соединяет входную шину с общей шиной. Каждый из четырех делителей нормированно ослябляет сигналы каналов. Ослабленный входной сигнал с делителя первого вида поступает

0 на инвертирующий вход суммирующего усилителя (далее называемого сумматором) этого же канала. Ослабленный входной сигнал с делителя второго вида поступает на инвертирующий вход сумматора смежного

5 канала. Шина стереобазы и связанное с этим распределение громкости звучания в пределах звуковой панорамы регулируют, изменяя соотношение между коэффициентами передачи делителей первого и второго

0 видов.

При монофонии сигнал одного из каналов выключают сохраняя малым сопротивление подводящей шины на выходе схемы обработки сигналов, например замыкая

5 входную шину с общей шиной. В результате обработки сигналов выходные сигналы схемы обработки соответствуют псевдостереофоническим с псевдостереобазой, ширина которой зависит от соотношения коэффици0 ентов передачи делителей напряжения первого и второго видов.

В том же режиме монофонии при включении обоих каналов схемы обработки сигналов выходные сигналы схемы соответствуют

5 исходным монофоническим.

При стереофонии и псевдостереофонии с передачей сигналов на головные телефоны частично подавляют противофазную составляющую сигналов на выходах по крайней

0 мере одного из видов делителей, соединяя с помощью дополнительного выключателя выходы делителей цепью связи, например импедансной цепью связи, коэффициент передачи которой зависит от частоты звуко5 вого сигнала, например имеет спад коэффи- цента передачи в низкочастотной части спектра, что с одной стороны ослабляет общий стереоэффект, делая звучание головных телефонов более комфортным, а с

0 другой стороны подчеркивает стерео- и псевдостереоэффект низкочастотных сигналов, где стереоэффект, как правило, выражен недостаточно.

На фиг.5 изображен двухканальный

5 электроакустический тракт со схемой обработки сигналов УОС (участок обработки сигналов), в которой выполняется обработка сигналов, повышающая качество звучания. На схеме приняты обозначения: А, В - входные шины; А1 , В - выходные шины, 1 и 2 делители первого вида; 3 и 4 - делители второго вида; 5 и 6 - сумматоры, ЦС-1 и ЦС-2 - цепи связи для ослабления противофазной составляющей на выходах соответственно делителей первого и второго видов; Кл-1, Кл-2 и Кл-3 - выключатели; ОШ - общая шина; МА-1 и МА-2 - усилители мощности; ВА-1 и ВА-2 - акустические излучатели, Сл -- слушатель.

При громкоговорящей стереофонии выключатели Кл-1; Кл-2 и Кл-3 в тракте (фиг.5) разомкнуты. Стереофонические сигналы тракта с входных шин А и В, минуя разомкнутый выключатель Кл-1, поступают на делители первого 1 и второго 3 видов в одном канале тракта и делители первого 2 и второго 4 видов во втором канале тракта.

Делители 1 и 2 первого вида соединяют входные шины А и В соответсвенно с выходными шинами А и В1, делители 3 и 4 второго вида соединяют соответственно входные шины А и В с общей шиной ОШ. Выходные сигналы делителей 1 и 2 первого вида поступают на инвертирующие входы сумматоров 5 и 6 соответствующего канала А-А и В-В ; выходные сигналы делителей 3 и 4 второго вида поступают на инвертирующие входы сумматоров 6 и 5 смежного канала соответственно. Выходные сигналы сумматоров по- ступают на выходные шины, соответствующие сумматору канала и далее к входным усилителям мощности МА-1 и МА-2, акустическим излучателям ВА-1 и ВА2и через выходное акустическое пространство к слушателю Сл.

При указанных соединениях узлов схемы обработки сигналов выходные сигналы на шинах А и в определяются в виде

1 К1 -КЧП +I mA) + K2(A + mn)3 (4а)

1 JK1 -К1(Л+тп ) + K2(n+m/l) (46)

где n+т л и Л +тп - сигналы стереофонии на входных шинах А и В соответственно;

п и А - сигналы стереофонии при отсутствии связи каналов на всех участках тракта, включая входной акустический участок; m - коэффициент связи каналов до схемы обработки сигналов, К1 и К2 - коэффициенты передачи делителей первого 1 и 2 и второго

3и 4 видов соответственно.

Сигналы у слушателя с учетом связи каналов, возникающей после схемы обработки сигналов, преимущественно на выходном акустическом участке тракта, определяются выражениями:

сигнал от выходной шины А :

n(K2F-K1)+ Л (К2-К1 Г),(5а)

т - 1ч I

сигнал от выходной шины В ;

/KK2F-K1)+n(K2-K1F). (56)

.- m + М где F , , ., - функция связи каналов

тракта на участках, расположенных до и после схемы обработки сигналов:

М - коэффициент связи каналов тракта после участка обработки сигналов.

В предельном случае полной связи ка0 налов ( либо ) функция связи каналов F-1. При этом выходные сигналы тракта становятся одинаковыми, теряя стереофоничность. Соответствующий монофонический сигнал описывается выражениями,

5 одинаковыми для обоих каналов тракта

(+А) (К1-К2).(6)

В таком тракте с полной связью каналов звук, исходящий из одного источника, рас0 положенного посередине между излучателями звука воспринимается слушателем, ширина стереобазы равна нулю. Качество звучания в данном случае резко ухудшается по сравнению со стереофоническим в связи

5 с потерей значительной части информации о расположении исходных источников звука и местных реверберациях, характеризующих исходную акустическую обстановку. В тракте с неполностью связанными ка0 налами связь каналов, ведущая к ухудшению качества звучания, компенсируется посредством тракта при выполнении одного из условий, следующих из выражений (5а) и (56) для сигналов у слушателя:

5 (7а)

К20

К10 К20

j

F

(76)

где К10 и К20 - значение коэффициентов

0 передачи К1 и К2 делителей первого и второго видов, при которых компенсируется связь каналов, присущая тракту.

При выполнении одного из условий (7) исходные сигналы стереофонии п и Лпосту5 пают к слушателю раздельно, без влияния одного канала на другой как на начальном (связь с коэффициентом т), так и на оконечном (связь с коэффициентом М) участках тракта. Благодаря этому тракт теряет свой0 ство фазового детектора и более не вносит свойственных ему ранее амплитудно-фазовых искажений.

Благодаря компенсации связи каналов и раздельной передаче слущателю исход5 ных сигналов стереофонии п и Лзти сигналы полностью сохраняют отклики местных реверберации помещения, в котором располо- жены исходные источники звуковых сигналов. Восстановление сигналов местных реверберации существенно улучшает естественность и выразительность звучания расположенных в звуковой панораме источников звука по сравнению со стерео- передачей с частично расширенной стерео- базой, где звуковые характеристики исходного помещения передаются сглаженными вследствие связи каналов.

Благодаря компенсации связи каналов слушатель воспринимает звуковую панораму как значительно более широкую, чем геометрическое расстояние между акустическими излучателями: звуки воспринимаются слушателем из множества кажущихся источников, расположенных в пределах широкой звуковой панорамы в соответствии с исходной информацией об амплитудах и фазах сигналов, присущих источникам.

На практике степень расширения сте- реобазы в тракте целесообразно регулировать изменением коэффициента передачи делителей лишь одного вида. Этим достигается техническое упрощение тракта.

Регулирование коэффициента передачи выборочно одного из видов делителей в сочетании с двумя возможностями компенсации связи каналов (7а) и (76) дает четыре варианта компенсации связи каналов: К10 K20F при К1 var, K2 К20 const; (8a) К10 K20F при К1 К10 const, K2 var; (86) К20 K10F при К1 var, К2 К20 const; (8в) K20 K10FnpnK1 K10 const, K2 var,(8r) Все варианты могут быть использованы на практике. Первый и четвертый из них дают более простые схемные решения, поскольку при их реализации коэффициент передачи делителей регулируют, начиная от нулевого, а не от некоторого фиксированного значения:

K10/K2( 0,2...0,95;(9а)

K20/K10 1/F 5...1,1;(96)

K10/K20 1/F 5...1,1;(9в)

K20/KKHF 0,2. ,.0,95.(9г)

Для дальнейшей демонстрации работоспособности и промышленной полезности тракта сигналы в двух каналах целесообразно представить в виде суперпозиции и противофазных колебаний.

В обозначениях этих колебаний сигналы (4а) и (46) в каналах тракта определяются выражениями

T|LTUc(§-1)±a(§-f1) (10)

где знаки + относятся соответственно к двум каналам тракта; „-и

а-07

( при монофонии);

параметр стереофоничности

0

5

0

5

0

5

0

5

Un и Uc - амплитуды противофазных и синфазных колебаний в каналах тракта;

и

Un

,,. R + Ц (Uя-).

2 2

R и L - амплитуды колебаний в одном и другом каналах.

Эффективное значение параметра стереофоничности у слушателя 1 - F К1 + К2

аэфф а(11)

1 + F К2 - К1 определяющее ширину стереобазы у слушателя, зависит от соотношения коэффициентов передачи К1 и К2 делителей первого и второго видов.

В условиях некомпенсированной связи каналов эффективное значение стереофо- ночности значительно меньше исходного значения а. Например, при ,8 эффективное значение этого параметра на порядок меньше исходного: аэфф 0,11а.

Графики зависимости нормированного значения параметра стереофоничности аэфф/а от соотношения коэффициентов передачи К1/К2 приведены на фиг.ба для вариантов компенсации (8а) и (86) и на фиг.бб для вариантов компенсации (8в) и (8г). При К10 K20F согласно вариантам компенсации (8а) и (86) и при К20 K10F при вариантах компенсации (8в) и (8г) связь каналов компенсирована полностью и аэфф а. т.е. достигнутое в результате применения тракта эффективное значение параметра стере- офоничности равно истинному, характеризующему исходные источники звука.

Тракт обеспечивает мелкое изменение мощности выходных сигналов при регулировании ширины стереобазы, что также улучшает качество звучания.

Синфазные и противофазные колебания ортогональны по определению. Благодаря этому суммарная мощность в каналах тракта может быть определена как сумма мощностей данных колебаний. Изменение суммарной мощности в каналах тракта при расширении стереобазы определяется выражением

Ррез

S2 10log

(12)

где Рисх и РрМ - исходное (стереобаза не расширена) и результирующее (стереобаза расширена полностью) значения мощности в каналах тракта.

Изменение суммарной мощности в каналах тракта, например для первого (8а) и четвертого (8г) вариантов работы схемы обработки сигналов, соответственно определяются выражениями

S2,-,«o,Јl±5ЈЈL fiЈ(,3)

(1 - K20F)2 (1 + a)2

S24 ,0,c,gf ll±f Ј±iljlf f (M)

1 + a

где FI UF - текущее (компенсируемое) значение функции связи каналов, для которого выполнено расширение стереобазы; V 0...1 - степень расширения стереобазы (V О - связь каналов не компенсирована, сте- реобаза не расширена; - связь каналов компенсирована частично, стереобаза расширена неполностью; V 1 - связь каналов компенсирована, стереобаза расширена полностью).

Графики изменения мощности S21 при расширении стереобазы в зависимости от величины FI приведены на фиг.7, При К20 0,35...0,55 изменение мощности S21 в среднем составляет 1,7 дБ и не превышает 5 дБ при наихудшем сочетании параметра стереофоничности а 0,2 и компенсируемой связи каналов FI 0,9.

Регулирование ширины стереобазы стереофонического сигнала при громкоговорящей трансляции путем изменения коэффициента передачи К1 от0 до K20F при фиксированном значении коффициента передачи К20 целесообразно использовать для повышения качества звучания при обычных значениях параметра стереофоничности а 0,2....0,5 в широком интервале значений функции связи каналов .

Графики изменения мощности S24 при расширении стереобазы в зависимости от величины FI приведены на фиг.8. При наихудших значениях параметра стереофоничности в интервале а 0,35...1,3 и функции связи каналов FI, вплоть до FI - 1, изменение мощности сигналов S24 при расширении стереобазы не превышает А дБ. Регулирование ширины стереобазы путем изменения коэффициента передачи К2 от нулевого значения до величины K10F целесообразно использовать для повышения качества звучания громкоговорящей стереофонии при любой связи каналов тракта в случае повышенных значений параметра стереофоничности а, например при воспроизведении с промежуточных носителей с предварительно расширенной стерео- базой сигналов. При этом величина коэффициента передачи К10 некритичная и в случае указанных выше делителей с коэффициентом передачи менее 1 лежит в пределах .

При воспроизведения стереопрограм- мы на головные телефоны выходы по крайней мере одного из видов делителей

соединены цепью связи;например импедан- сной цепью связи, имеющей частотнозави- симую характеристику коэффициента передачи.

Соединение выходов делителей одного

и того же вида цепью связи уменьшает величину противофазной составляющей сигналов, подводимых к сумматорам. Синфазная составляющая при этом остается неизменной. Благодаря этому отношение противофазной и синфазной составляющих на выходах делителей уменьшается по сравнению с исходным. В результате достигаемая в схеме обработки минимальная

ширина стереобазы уменьшается по сравнению с шириной стереобазы сигнала, поступающего на схему обработки. Последующее регулируемое расширение стереобазы относительно достигнутого минимального значения обеспечивает слушателю возможность выбора условий комфортного и естественного восприятия программы стереофонии в условиях,когда связь каналов на конечном участке тракта,

включая оконечный акустический участок, практически отсутствует и связь каналов тракта определяется, в основном, начальным акустическим участком тракта, т.е. в условиях, когда исходная ширина стереобазы уже достаточно велика. Этим достигается повышение качества звучания в условиях прослушивания стереопрограмм на головные телефоны.

Соединение выходов делителей первого вида резистивной цепью связи- ЦС-1 с помощью выключателя Кл-2 (фиг.5) дает следующие сигналы слушателю на телефоны:

-для одного канала

(K2 - K1V1) - K1W1 +

- K1(mW1 + V1)}(15а)

-для другого канала

. K1V1) - K1W1 + +d K2-K1(mW1+V1)},(156)

где

W1 . vi

1

2 FoT d1

отношение сопротивления цепи связи ЦС-1 к сопротивлению секции делителя первого вида, соединяющей вход канала с инвертирующим входом сумматора.

Соединение выходов делителей второго вида резистивной цепью связи ЦС-2 с помощью выключателя Кл-3 дает слушателю на телефоны следующие сигналы: для одного канала тракта

(mW2 + V2) - K1 + +Л K2W2 - m(K1 - K2V2)(16a)

для.другого канала тракта

+

(лМ2 + V2) - K1

+ - m(K1 - K2V2) (166)

1

2 + d2 d2 K2 fu

отношение сопротивления цепи связи ЦС-2 к сопротивлению секции делителя второго вида, соединяющей вход канала с неинвертирующим входом сумматора смежного канала.

При включенной цепи связи ЦС-1 или VC-2 связь каналов на начальном участке тракта (коэффициент т) компенсируется полностью, т.е. стереобаза расширяется полностью при выполнении любого из двух условий, связывающих параметры делителя и цепи связи:

для-цепи связи ЦС-1

К20/К10 -V1 + mW1, К20/К10 - V1 + W1 /m.

(17а)

для цепи связи ЦС-2 К10/К20 - V2 + mW2, K10/K20 - V2 4- W2/m.

(176)

Регулирование коэффицента передачи выборочно одного из видов делителей в сочетании с условиями компенсации (17а,б) дает восемь вариантов реализации схемы обработки сигналов в тракте. Из них для стереофонии на головные телефоны отмечают четыре

К10 K20(V2+mW2) при К1 - van K20 - const. ЦС-2,(18а)

K20 K10(V1+W1/m)npHK10 const, K2 var. ЦС-1,(186)

К10 K20(V2+W2/m) при К1 var. K20 - const, ЦС-2,(18в)

К20 K10(V1+mW2) при К10 const, K2 var, ЦС-1(18г)

На практике могут быть реализованы все восемь вариантов. Варианты (18а) и (18г), аналогично вариантам (8а) и (8г), ведут к несколько более простым схемным решениям, поскольку при их реализации коэффициент передачи делителей регулируют начиная от нулевого значения.

При выполнении одного из условий (18а), (18г) исходные сигналы стереофонии п и Л поступают к слушателю раздельно, не смешиваясь один с другим, аналогично TOJ му, как раздельно поступают к слушателю сигналы п и Л при выполнении условий (8а), (8г) в случае гыключенной цепи .связи. Уменьшение связи каналов, вплоть до полной ее компенсации, обеспечивает повы

35

40

шенное качество звучания. Степень повышения качества звучания при трансляции программы через головные телефоны, т.е. в условиях, когда связь каналов на оконечном

5 акустическом участке тракта отсутствует слушатель выбирает по комфортности звучания с учетом имеющегося у него психоакустического опыта прослушивания стереопрограмм на головные телефоны.

10 В обозначениях синфазных Uc и противофазных Un колебаний сигналы тракта, содержащего цепи связи ЦС, определяются в виде:

дл я тракта с цепью связи ЦС-1

- К1) ± а (К2 + :

(19а) для тракта с цепью связи ЦС-2

- К1) ± А (К1 + ):

(196)

где знаки + соответствуют одному и другому каналам тракта.

Цепь связи изменяет эффективное зиа- 25 чение параметра стереофоничности у слушателя. Значение этого параметра для варианта (18г) при цепи связи ЦС-1 и значение эго параметра аэ+ф1 для варианта (18а) при цепи связи ЦС-2 определяют выра- 30 жением

Ј

где аэфф - Зада

15

20

Ког

ZKo +р

+ К

(20)

45

50

55

(Ko-TCJ

при Ко К10 - const; ,К s K2 - var. и аэфф - при Ко s K20 const; р /#, Кг К1 - var.

Эффективное значение параметра стереофоничности авфф изменяется от некоторого минимума era () , меньшего

исходной величины а . , и соответствующего уменьшенной по сравнению с исходной ширине стереобазы, до значения /За (/ 1) , большего исходной величины

1 - т

a и соответствующего расширению

стереобазы.

Графики функции (20) показаны на фиг.9. Из графиков следует, что регулируя величину коэффициента передачи К слушатель регулирует величину стереофоничноч- ти аэфф от уменьшенного значения до увеличенного, что позволяет выбрать комфортные и приближенные к естественным условиям звучания при прослушивании стереопрограмм на головные телефоны.

Параметры делителей и цепи связи при этом определяются следующими выражениями:

Крез - Ко ,|.о 1(21а)

R 2RgKoT.(215)

где Крез - результирующее значение коэф- фициента передачи регулируемого делителя, при котором аэфф в/8 а;

R - сопротивление цепи связи;

Rg - сопротивление секции делителя, соединяющей входную шину схемы обра- ботки сигналов с выходом делителя.

Например, для цепи связи ЦС-2 {вариант (18а). К1 - var, K20 - const при Of 0,25, 1,5, Rg 20КОм, сопротивление цепи связи R - 6,2 КОм, результирующая величина Ю -К1 рез-0,238.

Изменение суммарной мощности а каналах тракта Зз при расширении стереоба- зы стереофонических сигналов в условиях прослушивания на головные телефоны с включением цепи связи ЦС определяется выражением

5з 10toflЈj

10109

(Ко-К&з+а СКоз + К.,

25

Жо+р

(Ко-К&х ,2,+ К&

(22)

График зависимости величины 5з от па- 30 раметра ft, характеризующего расширение стереобазы от начального состояния суженной базы аэфф - оа до результирующего состояния а фф-/1, представлен на фиг. 10 для а- 0,25, К20- 0,475..35

Как видно из фмг.10, при расширении стереобаэы от суженной ( а | Щ а), где в данном примере а - 0,25, до номинального значения ( . -) и до значения, превышающего номинальное в 1,5 раза (Зэфф 1,5а yqrj) изменение мощности несущественно и практически не ска- 45 зывается на качестве воспроизведения даже в случае значительного расширения стереобазы сверх исходного значения идем более, при расширении стереобазы в соответствующих комфортному прослушиванию 50 на телефоны пределах между исходной и суженной величинами.

Цепь связи, соединяющая выходы делителей одного и того же вида, в общем случае выполнена импендансной, т.е. состоящей 55 из комбинации реактивных и резистивных элементов. Импедансная цепь, полное сопротивление которой зависит от частоты звукового сигнала, изменяет соотношение

5

0

5

0

5

0 5

5 0

5

синфазной и противофазной компонент сигнала в зависимости от частоты сигнала. Например, цепь связи, выполненная в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, уменьшает величину противофазных составляющих на повышенных частотах более значительно, чем на пониженных частотах. Благодаря такой цепи достигается относительное подчеркивание стереоэффекта в низкочастотной части спектра звуковых сигналов, где величина противофазных составляющих и, соответственно, стереоэффект, как правило, малы. Подчеркивание стереоэффекта в низкочастотной част спектра обеспечивает повышение мягкости и сочности звучания стереопрограмм.

Согласно изобретению монофонический сигнал в тракте преобразуется в псев- достереофоиический при включении входного сигнала в одном из каналов тракта на входе схемы обработки сигналов. При этом сопротивление, нагружающее входную шину выключаемого канала, остается мальм для сохранение работоспособности делителей и сумматоров схемы. Это требование удовлетворяется, напимер, при замыкании входной шины на общую шину либо при выключении входного сигнала, повторителя напряжения, с которого сигнал канала поступает на входную шину.

В тракте (фиг.5) сигнал канала выключается замыканием входной шины А выключателем К/И, соединяющим шину А с общей шиной ОШ.

При громкоговорящей трансляции монофонического сигнала цепи связи ЦС-1 и ЦС-2 (фиг.5) отключены от делителей посредством выключателей Кл-2 и Кл-3 и сигналы R и L, поступающие соответственно на входные шины А и В при разомкнутом переключателе Кл-1. порождают следующие сигналы у слушателя:

для одного канала тракта

-T Rd-Mg)-L(§-M);

(23а) для другого канала тракта

)

(236) где при монофонии R L

В режиме псевдостереофонии выключатель Кл-1 замкнут и входной сигнал поступает лишь на одну из входных шин тракта, в данном случае на шину В. При этом сигнал R отсутствует и выходные сигналы у слушателя определяются выражениями:

для одного канала тракта

Т П- -КГПЯ + А)

К1

-(.(ZI+ePAl),

(266)

изобретение относится к технике передачи, обработки и воспроизведения сигналов в электроакустических двухканальных трактах и обеспечивает универсальность обработки стереофонических и монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и трансляции на головные телефоны с приближением звучания к естественному во всех указанных режимах работы. Последнее достигается при стереофонических сигналах за счет более полного электронного регулирования расширения стереобазы с перераспределением громкости звучания от центра к краям создаваемой звуковой панорамы, при монофонических входных сигналах за счет создания ярко выраженного псевдостереофонического звуИзобретение относится к электроакустике, а именно к технике передачи и воспроизведения стерео- и монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и передает на головные телефоны, и может быть использовано в транспортных, носимых и стационарных устройствах с двухка- нальной выходной акустической системой. Высококачественное звуковоспроизведение, например воспроизведение с проме- жуточных носителей, основано, как чания с регулируемой шириной стереобазы, при трансляции на головные телефоны за счет адаптирования ширины стереобазы применительно к психоакустическим навыкам слушателя. Сущность изобретения; обработка сигналов заключается в ослаблении сигнала в каждом канале тракта делителями двух видов, противофазном сложении в каждом канале сигнала, ослабленного делителем одного вида, с сигналом смежного канала, ослабленного делителем другого вида, и регулировании соотношения коэффициентов передачи делителей для установки необходимых слушателю значений ширины стереобазы и распределения громкости звучания. При монофонических входных сигналах входной сигнал одного из каналов выключают. При трансляции на головные телефоны противофазную составляющую на выходах по крайней мере одного из видов делителей ослабляют, соединяя выходы делителей цепью связи. Предлагаемый электроакустический такт содержит малое количество компонентов и предназначено для применения в массовой аппаратуре, включая аппаратуру высшего класса качества. 4 з.п.ф-лы, 10 ил. правило, на двухканальной стереофонии. Вместе с тем, во многих случаях, например в коротковолновом радиовещании, используется также монофоническое звуковоспроизведение. В аппаратуре слушателей распространены два основных вида трансляции звуковых сигналов. Один из них громкоговорящая трансляция, в которой акустическая стереосистема отделена от слушателя единым для обоих каналов аку 4 О О О О CJ

для другого канала тракта

Т ЦМ§-1)( + Л)

(246)

,K2 1чмА-1-мгК2 1 где2 -т-(TTT - 1) и

чм

- синфазная и противофазная составляющие псевдостереофонического сигнала громкоговорящей трансляции.

Эффективный параметр стереофоничности, характеризующий ширину псевдо- стереобазы для созданных схемой псевдостереосигналов

- -|Д|-1 -М К2+К1 ,25, аэфф |2| 1 +М К2-К1 l/bj

зависит от коэффициента связи каналов М на выходном участке электроакустического тракта и регулируется соотношением коэффициентов передачи К1 и К2 от минимального значения

1 -М

Зэфф.мин - г-г

(24а)

М

0,2....0,6

до значений, больших 1.

Таким образом, предлагаемый тракт осуществляет обработку монофонического сигнала, в результате которой к слушателю поступают синфазная и противофазная ком- поненты сигналов каналов тракта, аналогично стереосигналам. Амплитуды синфазной и противофазной компонент зависят от соотношения коэффициентов передачи делителей К1 и К2, что позволяет регулировать смещение кажущихся источников звука от геометрического центра базы акустических излучателей. Велична смещения кажущегося источника звука пропорциональна частоте акустического колебания, что дает выраженный панорамный эффект псевдостереофонии, соответствующий акустическим навыкам слушателя с расположением низкочастотных составляющих ближе к центру панорамы. Качество звучания при этом резко повышается по сравнению с монофонией.

.При трансляции псевдостереофонии с помощью головных телефонов связь каналов на выходном акустическом участке трак- та отсутствует (). При включенных цепях связи ЦС-1 и ЦС-2 выходные сигналы у слушателя при этом определяются выражениями:

для одного канала тракта

LЈ1 + Л1

для другого канала тракта

(24а)где 21 у( - 1) и Д1 У + 1) син0

5

фазная и противофазная компоненты псевдостереосигналов при трансляции с помощью головных телефонов при выключенных цепях связи.

При включении с помощью выключателей Кл-2, Кл-3 хотя бы одной цепи связи, например цепи ЦС-2, соединяющей выходы нерегулируемых делителей 3 и 4, выходные сигналы у слушателя при трансляции с помощью головных телефонов определяют выражениями:

для одного канала тракта

y j-LCZl+AZ);(27a)

для другого канала тракта

K1 i rЈi +(№ 1 К1 L (} ч- е

:Д2);

(276)

1 К2 02

где А2 2(кт 2К2+р1 + 1) противофазная составляющая сигналов псевдостереофонии при трансляции с помощью головных телефонов и включенной цепи связи нерегулируемых делителей 3 и 4.

Эффективный параметр стереофоничности, соответствующий псевдостереосигналам, определяемым выражениями (26), равен

К2-/02

(28)

Д2 2К2 +р2 аэфф - г - К2 К1

+ К1

30 3540455055

и зависит от соотношения коэффициентов передачи делителей К1 и К2 и параметра связи выходов делителей 0S/o °°.. Уменьшение параметра pz , т е. уменьшение сопротивления цепи связи, соединяющей выходы делителей, дает уменьшение параметра стереофоничности, т.е. уменьшение ощущаемой слушателем ширины стереоба- зы.

Таким образом, включение цепи связи, соединяющей выходы делителей одного вида, уменьшает величину противофазной со- ставляющей псевдостереосигналов, адаптируя сигналы к психофизиологическим особенностям восприятия сигналов на головные телефоны.

Реализация эффекта псевдостереофонии в предлагаемом тракте не требует дополнительных электронных цепей.

Предлагаемый тракт может быть использован также для электронной обработки сигналов, при записи на промежуточные носители, например компакт-диски, с последующим воспроизведением записи на

стереоустановках, не имеющих устройств расширения стереобазы или создания псевдостереоэффекта.

Формула изобретения 1. Двухканальный электроакустический тракт с общей шиной, содержащий схему обработки сигналов в виде двух электрических каналов с первой и второй входными шинами, первым и вторым сумматорами, входы которых соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, первым и вторым делителями напряжения, включенными между соответствующими входными и выходными шинами, и двумя выходными электроакустическими преобразователями, при этом выход каждого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом соотетствующего сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества звуковоспроизведения, схема обработки сигналов дополнительно содержит третий и четвертый делители напряжения, каждый из которых включен между общей шиной и соответственно первой и второй входными шинами,

Bxodl

входг

№ъ1

причем выход каждого делителя напряжения соединен с неинвертирущим входом сумматора смежного канала, а между одной из выходных шин и общей шиной введен выключатель с малым сопротивлением, замыкаемый при монофоническом входном сигнале.

делители напряжения выполнены регулируемыми, а третий и четвертый делители напряжения выполнены фиксированными.

четвертый делители напряжения выполнены регулируемыми, а первый и второй делителинапряжениявыполненыфиксированными.

напряжения выполнены фиксированными.

напряжения выполнены регулируемыми.

0шод

R О-{

Фиг. г

ь

. ФигЗ

It

Фцг. 5

,5

0,80,6OfО0,2 0,4 0,60,8 Щ

Фиг.ВоHi

,2

34

Фиг№

б Ј

KZ

$2,ЭБ .5

ОЛ

Ft

4- 2

О

-2

.dB Кго-Кго опт

C1:Q5.

NJL

Fl

;

Фиг.7

Sz,H

й-

Яэфс ffm d 1-m

Фиг.8

1 1

0,1

§Л,ЭБ

C1:Q5.

Fl J

f,3

Фиг. 9

0,2

0,5

-$5,Б

k

г

0,050,10,15. .0:2

Фиг. 10

9s 0,5