Компрессор динамического диапазона речи

р 1) 553655 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М соединением заявк 23) Приорите Государственныи комитет Совета Министров СССР ао делам изобретенийи открытий н ь Го 3) УДК 534.78(088,8 убликовано 05,04.77, Бюлл та опубликования описания 30.05,77(72) Авторы изобретени В, Болотов, В, Д. Есипенко, Г, И. Куц и липп 1) Заявител Киевский ордена Трудового Красного Знамени завод электронных вычислительных и управляющих машин(54) КОМПРЕССОР ДИНАМИЧЕСРЕЧИ ПАЗО Изобретение относится к технике передачи и синтеза речи и может быть использовано, например, в устройствах для воспроизведения командной речи, синтезирующих устройств для речевых сигналов,Известны устройства для компрессии динамического диапазона речи 3), содержащие последовательно включенные фильтр высокой частоты, делитель и усилитель, при этом делитель подключен к детектору, выход которого подключен к элементам схемы делителя. Компрессию динамического диапазона производят в случае прямой регулировки по входному сигналу, Однако компрессор вносит значительные нелинейные искажения, вызываемые непрерывным изменением амплитудных характеристик, а также искажения, обусловленные наличием устанавливающихся процессов в целях регулировки устройства. Кроме того, в устройстве происходит компрессия суммарного процесса (сумма сигналов помех и речи). В результате уровень помех изменяется в такт изменением уровня звуков речи. Это обуславливает повышение среднего уровня помех и помехозащищенность тракта уменьшается.Известно также устройство 1, содержащее несколько каналов приема с усилителями, соединенными последовательно, и общим сумматором. В таких устройствах имеют место значительные нелинейные искажения, вызываемые непрерывным изменением амплитудных характеристик, а также обусловленные наличием переходных процессов в цепях5 регулировок устройства, что снижает разборчивость воспроизводимой речи.Цель изобретения - повышение качествавоспроизведения речи, Это достигается введением блоков вычитания, вход каждого из ко 1 О торых подключен ко входу и выходу соответствующего усилителя, а выход - к сумматору,На фиг, 1 представлена блок-схема описываемого компрессора,15 Последовательно соединенные усилители1 - 6 выполнены в виде симметричных усилителей-ограничителей. Вход и выход каждогоусилителя подключены ко входу соответствующего блока вычитания 7, выход которого20 подсоединен к общему сумматору 8.В описываемом компрессоре динамическогодиапазона осуществляется формирование выходного сигнала, близкое к клиппированию сминимальными потерями информационных25 окрасок, В структурной схеме (фиг. 1) реализуется вышеуказанное формирование сигналас использованием так называемого бегущегомаксимума в линейке п - каскадного усилительного устройства. Если допустить уро 30 вень А максимальным для каждого элемен8тарного усилительного каскада, прц котором еще отсутствует ограничение сигнала, то прц некотором входном сигнале (большого илц малого уровня) можно иметь каскад усиления в линейке, на выходе которого сигнал будет близким к ограничению. При малых входных сигналах уровень А будет иметь значение в конце линейки и - каскадного усилительного устройства, а при больших входных сигналах - в начале ее, Таким образом, благодаря применению такой линейки амплитудное изменение сигнала на ее входе преобразуется в линейное бегущее премещение максцмума А. Следовательно, если построить логическую схему, позволяющую селектировать уровень Л на выходе схемы независимо от того, где он находится в линейке, то выходной сигнал может быть независим от уровня входного, Как показывают эксперименты, реализовать подобного рода задачу вполне возможно за счет применения усилительных каскадоВ с малым коэффициентом усцления ц оптимального выбора числа таких каскадов. Входной и выходной сигналы каждого каскада попарно вычцта 1 отся, так что в линейном режиме всегда их разность имеет положительный знак, поскольку выходной сигнал всегда больше входного. Поскольку уровень ограничений всех каскадов одинаковый, то разность напряжений (входного и выходного сигналов) будет равна нулю. Соответственно будет равен нулю и суммарный сигнал на выходе устройства. Таким образом, если все каскады усилителей, составляющие линейку, будут перегружены, то выходное напряжение оказывается равным нулю. Если же входной сигнал Ьв уменьшить до такой величины, при которой первый каскад не будет ограничивать сигнал, то разность на этом каскаде будет отличной от нуля, и выходное напряжение составит величину 11 вык - Уд 1где р - коэффициент усиления одного усилительного каскада;К, - напряжение на пороге ограничения.Так как Упредставляет собой напряжение на пороге ограничения, следовательно, живых НЕ ЗаВИСИТ ОТ УРОВНЯ (аМПЛИТУДЫ) ВХОД- ного сигнала, т, е, практически это означает, что если на вход поступают два сигнала, например тихая человеческая речь и мощные звуки от близко расположенного динамика, оркестра и т, п., уровень их воспроизведения будет одинаковым, что является важным в ряде случаев использования подобного рода устройств.Принципиальная схема компрессора динамического диапазона приведена на фиг. 2. Здесь усилители 1 п выполнены на транзисторах прямой и обратной проводимости. Нечетные усилители используют транзисторы р-п-р, а четные - транзисторы п-р-п, В связи с этим усилители питаются от двух отдельных источников питания 9 и 10. Выбор схем усилителей с использованием транзи 1 О 15 20 25 Зо 40 45 50 55 60 65 сторов различной проводимости обеспечивает с одной стороны почлеццос (покаскадное) вычитание, а с другой стороны - общее суммирование на одном резисторе,Важным условием для работы всего устройства является то, чтобы каждый каскад усиления не опрокидывал фазы сигнала. В противном случае невозможно добиться почлецного вычитания сигналов. Обычные схемы применяемых усилителей, как правило, опрокидывает фазу усиливаемого сигнала на 180. Чередование в схеме компрессора усилительных каскадов, выполненных на транзисторах разной проводимости, использование развязыва 1 О 1 ц 11 х резисторов 11 ц конденсаторов 12 обеспечивает синфазность работы каскадов,Выходные напряжения пары усилительных каскадов всегда одновременно либо нарастают, либо уменьшаются, Каскады настраиваются на симметричное ограциченце с по.- мощью резисторов 13, 14, той же цели слуяат диоды 5. Коэффициент усиления усилительного каскада (в данном случае он выбран 1,25) подбирается резистором 16, включенным последовательно с конденсаторами. Входной сигнал Ув, поступает на клеммы 17 ц 18 устройства. После усиления - ограничения каскадов часть выходного сигнала выделяется на резисторе 11, а часть усиливается каскадом 2, на резисторе которого также выделяется часть выходного (усиленного этим каскадом) сигнала, Разность падений напряжений на этих резисторах выделяется на суммирующем резисторе 19. Далее процесс повторяется, т. е. часть выходного напряжения каскада 2 усиливается каскадом 2 и т. д. Процесс усиления - ограничения происходит до тех пор пока значения выходного напряжения на выходе п-го каскада не достигнет порога ограничения.Для определения числа каскадов компрессора, коэффициента усиления одного каскада следует учитывать динамический диапазон входного сигнала, а также допустимую девиацию выходного максимального уровня. При весьма малом числе каскадов выходной уровень сигнала при монотонном росте входного сигнала изменяется волнообразно (растет, затем падает, вновь растет и т. д.). При большом числе каскадов линейки коэффициент усиления каскада стремиться к 1, а разность напряжений - к О, Такой режим значительно усложняет настройку устройства, Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что наиболее оптимальным следует принимать коэффициент усиления одного каскада Р=1, 25+1, 50,Тогда число каскадов определяется из расчета 5 -- (1,25 - 1,50) ", где и - число усилительных каскадов, 5 в,вв - максимальный коэффициент усилителя (линейки).При изменении уровня входного сигнала от 0,3 до 300 мВ (изменение уровня в 1000 раз) выходной не изменяется ц практически остается на уровне 0,31 В.553655 ЮГ 7 Применение компрессора позволит получить устройство для высококачественного воспроизведения звуковых сигналов, независимо от изменения входного уровня. Схему можно выполнить в интегральном исполнении, что в значительной степени уменьшит габариты и вес устройства. Схема технологична, так как все усилительно-ограничительные каскады компрессора идентичны, что позволит получить значительный экономический эффект при изготовлении и эксплуатации подобного рода устройств,Формула изобретенияКомпрессор динамического диапазона речи, содержащий усилители, последовательно соединенные между собой, и сумматор, о тл ич а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения качества воспроизведения речи, он снабжен блоками вычитания, вход каждого нз которых 5 подключен к входу и выходу соответствующего усилителя, а выход - к сумматору. Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:10 1. Лвторскос свидетельство СССР 347936, Н 04 В 7/04, 09.01.73. 2. Патент Японии11639, 111 ВЗ, 12.04.72. 3. Сапожков М. Л. Речевой сигнал в кп 15 бернетпке и связи, Связьпздат, М., 1963 г, стр. 136 - 138.