Устройство обработки звуковых сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИН 1 4 51) 4 В 1/1 ЕТЕНИ ой,.й ЕЛЬСТВУ в шумопоЭнергия,ССР 1985;ВУКОВЫХ овкиный ЬХ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ С(57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышениеотношения сигнал/шум на выходе устр"ва. Устр-во содержит г-р 1 несущейчастоты, однополосный модулятор 2,ограничители 3 и 8, перемножители 4и б, фильтр 5 нижних частот, амплитудные детекторы 7 и 12, двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10,зл-т диФФеренцированияблок извлечения 13 квадратного корняи полосовой Фильтр 14 с регулируемой ширинои полосы пропускания и срегулируемой частотой настройки.При уровне входного сигнала нижепорога частотного шумопонижения(ШП) и в паузах на выходе устр-ванаблюдаются лишь аддитивные шумылеремножителя 6. При уровне входногсигнала больше порога частотногоШП, но меньше амплитудного ШПосуществляется комбинированное безынерционное ШП: амплитудное за счетвозведения огибающей в квадрат ичастотное за счет создания адекватноисигналу частотной х-ки фильтраПри уровне входного сигнала, больше или равном величине порога амплитудного ШП, осуществляется толькочастотное ШП и сигнал на выходеустр-ва Формируется без преобразования динамического диапазона, Т.о.,цель достигается за счет полногоустранения эфФекта модуляции шумавозникающего из-за плохой маскиршума сигналом, имеюш;лм узкополосспектр. 1 ил.1443 182 Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано призаписи и воспроизведении звуковойинформации.Цель изобретения - повышение от 5ношения сигнал/шум на выходе устройства.На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства 1 Ообработки звуковых сигналов.Устройство обработки звуковых сигналов содержит , .генератор 1 несущей,однополосной модулятор 2, первый ограничитель 3, первый перемножитель4, фильтр 5 нижних частот, второйперемножитель 6, первый амплитудныйдетектор 7, второй ограничитель 8,двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10, элемент 11 дифференцирования, второй амплитудный детек( тор 1.2, блок 13 извлечения квадратногокорня, нолосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы пропускания,выполненный с регулируемой частотой 25настройки,Устройство обработки звуковых сигналов работает следующим образом.На входы однополосного модулятора 2 поступают широкополосный звуковой сигнал С Бс)ссс ис)йс о40Б вь ю (с)6) 1 пап) Бв, (С) = созсо,1 при 45 ц 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, есВ сс с) = в с) со сис) ас,где Б(С) - мгновенная амплитуда;соИ) - мгновенная частота, и гармонический сигнал с вьгхода генератора 1 На выходе модулятора 2 формируется высокочастотное колебаниес СБ уцс с) 8 с)сови + ис Йс,которое одновременно поступает навход амплитудного детектора 7 и навходы ограничителей 3 и 8. Ограничитель 3 совмещен с фильтром низкихчастот (не показан), выделяющим извыходного. сигнала первую гармонику.При величине входного сигнала Баниже порога ограничителя 3, который 55в дальнейшем будем называть порогомамплитудного шумопонижения 1 паа)ют.е. при Б ь0)о,. сигнал на выходе ограничителя 3 пропорционаленвходному Б = Б И) сояГ),+ )(Е) йс, с О а при НЪ Н )аа выходной сигналограничителя 3 представляет собойчастотно-модулированное колебание спостоянной амплитудой Б = Бсоя ),+,3 д,а где О, = сопз - амплитуда выходногосигнала ограничителя 3. Выходной сигнал ограничителя 3 подается на вход первого леремножителя 4, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 1, На выходе перемножителя 4 имеемсБ эьу 4Б(С) СОЯ) иь+ с) 3 ЙС со.Схсоз,) С = Б(1) соз с)(г.)ЙС +о+ сов2)о+,) (С) дЕО при Б цФильтр 5 выделяет из выходного сигнала первого перемножителя 4 низкочастотное колебание и на его выходеимеем сигнал вша с (Г) = Усоя с)с 11 при о- Б совы + ь,(С)с 1 ЕВых 9о при Бь Ппчш ли известна мгновенная частота сигнала, а частота настройки полосового фильтра 4 в каждый момент времени совпадает с мгновенной частотой сигнала.Реальные звуковые сигналы (речь, музыка) непрерывно изменяются. Следовательно, меняются непрерывно их спектры. Известны количественные соотношения, связывающие ширину активной частиной части спектра ды , т.е. той части текущего спектра, которая позволяет воспроизводить исходную функцию времени с наперед заданной погрешностью и .скорость изменения мгноды(с)венной частоты сигналас 11 ный коэффициент, характеризующийточность 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 обьясняется наличие у полосового фильтра 14 двух управляющих выходов.На один управляющий вход полосового фильтра 14 поступает выделяемое частотным детектором 1 О напряжение, пропорциональное мгновенной частоте входного сигнала. Это напряжение определяет частоту настройки полосового фильтра 14.На второй управляющий вход полосового фильтра 14 поступает напряжение, определяющее 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. Для правильного выделения мгновенной частоты частотным детектором 1 Она его вход должно поступать колебание постоянной амплитуды. Для того,чтобы не допустить на вход частотного детеь ора 10 колебание с переменной амплитудой, перед ним включендвухпороговый компаратор 9. Для фор мирования условной 1 на выходедвухпорогового компаратора 9 необходимо, чтобы сигнал превысил значение верхнего порога, а для возвращения в состояние условного "О" сиг нал на входе должен стать меньше ниж" Известно, что если разность величин порогов компараторов больше или 20 равна средней амплитуде шума, то такой компаратор позволяет в значительной степени избавиться от аддитинного шума.Таким образом, необходимо выби рать значение верхнего двухпорогового компаратора 9 в два раза большевеличины нижнего порога, Это позволяет установить такой коэффициентусиления второго ограничителя 8, 30 чтобы средняя амплитуда шума быламеньше или - равна нижнему порогудвухпорогового компаратора 9. Тогдабудут ограничены по амплитуде входные сигнал,л, амплитуда которыхбольше или равна величине нижнего порога (так как сумма сигнала и шумапревысит величину верхнего порогадвухпорогового компаратора 9). Таким образом, второй ограничитель 8 совместно с двухпороговымкомпаратором 9 определяют величинудругого порога который в дальнейшем будем называть частотным порогом 45шумопонижения. По аналогии с первымограничителем 3 будем считать, чтодвухпороговый компаратор 9 совмещенс фильтром низких частот, выделяющимпервую гармонику сигнала, Тогда сиг 50нал на выходе двухпорогового компаратора 9 можно записать следующимобразом.1где Б - постоянное значение амплитуды на выходах двухпорогового компаратора 9; Б - напряжение порога частотнопчщго шумопонижения,1443182 Б(е) сояцйе при У д, сЭодЧю вхП соэс 4 с 11 при П вх бэппаоП,ао Б= дух 7 Ф Пщ при УвП.,Б(е)соэы И)й при П,сПв, Пи,БП,соэю И)дй при Пво Бвык с,( Для сигналов, величина которых меньше порога частотного шумопонижения, на выходе частотного детектора 10 Формируется сигнал мгновенной частоты равный нулю и(с) = О, а следовательно, и ды = О, вследствие чего полосовой Фильтр 14 не пропускает шум на выход. Наличие двух ограничителей 3 ио позволяет раздельно регулироватьпороги шумопонижения. Приведенные соотношения порога двухпорогового компаратора 9 и.средней амплитуды шума близки к оптимальным, так как если порог частотного шумопонюкения ниже средней амплитуды шумов, о частотный детектор О выделит в 1 аузах мгновенную частоту шума что приведет к расширенио полосы пропускания полосового фильтра 14 и паузах до пределов звукового диапазона, вследстзие чего частотного шумспонюкения не будет. де а, (г.) -" мгновенная частота навыходе полосового Фильт 14.Этст сигнал поступает на вход второго перемножителя 6, на другой :ход которого поступает беэынерционно выделенная огибающая звукового 45Таким образом, при уровне входного сигнала ниже порога частотного ыумопонижения 3 в,П и в паузах на выходе устройства наблюдаются лишь. аддитивные шумы второго перемножителя 6. 5 ОПри уровне входного сигнала больв 1 е порога частотного шумопонижения, но меньше порога амплитудного шумопонижения осуществляется комбиниро" ванное безынерционное шумопонижение: 55 амплитудное за счет возведения огибающей в квадрат и частотное на счет создания,адекватной сигналу Если же порог частотного шумопонижения будет установлен значительно выше средней амплитуды шумов, то будетпотеряна часть еще воспроизводимойзвуковой информации, закрыв полосупропускания полосового Фильтра 14.Здесь необходимо принять во внимание следующее, Звуковой сигнал вовремя нарастания и уменьшения всегдаболее узкополосный, чем шум и чемменьше сигнал, тем более узкополоснымего можно считать с точки зренияслухового восприятия Этот Фактприводит к тому, что уже при равенстве напряжений сигнала и шума широкополосный шум практически полностью маскирует сигнал,Таким образом, устанавливая порогчастотного шумопонижения, равнымсредней величине амплитуды шума, делают воспроизводимой звуковую информацию, которую раньше считали потерянной,Теперь можно записать сигнал навыходе полосового фильтра 14 сигнала Б с выхода ампдитудного детектора 7, Второй перемножитель 6 служит для восстановления амплитудной модуляции звукового сигнала и амплитудного порогового шумопонижения. На его выходе Формируется сигнал вида частотной характеристики полосовогофильтра 14,При уровне входного сигнала больше или равном величине порога амплитудного шумопонижения осуществляет"ся только частотное шумопонижение,сигнал на выходе устройства Формируется без преобразования динамического диапазона.Таким образом, удается полностьюустранить, так называемый "эффектмодуляции шума", возникающий иэ-заплохой маскировки шума сигналом,имеющим узкополосный спектр. В предформула изобретения Составитель Н,МельниковРедактор В.Бугренкова Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патай Заказ 6397/55 Тираж 660ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 1443 лагаемом устройстве полоса пропускания полосового фильтра 14 соответствует спектру входного сигнала (точнее описано выше) и шум подавляется.5 Устройство обработки звуковых сигналов, содержащее генератор несущей частоты, первый амплитудный детектор, второй амплитудный детектор и соединенные последовательно одно" полосный модулятор, вход модулирующего сигнала которого является входом устройства, вход несущей частоты соединен с выходом генератора несущей частоты, а выход - с входом первого амплитудного детектора, первый ограничитель, первый перемножитель, другой вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, фильтр нижних частот, полосовой Фильтр с регулируемой шириной полосы пропускания и второй перемножитель, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход является выходом 182 8устройства, о т л и ч а ю щ е е с 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 од" нополосного модулятора, двухпороговый компаратор, частотный детектор, элемент дифференцирования, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора, выход второ" го 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" тотой настройки полосового фильтра с регулируемой шириной полосы пропускания, выполненного с регулируемой частотой настройки, соединен с выходом частотного детектора.