Устройство для измерения уровняшума b паузах речи

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 10.05.79 (21) 2767519/18-21 с присоединением заявки йо 6 01 й 29/26 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 300381, Бюллетень Й 9 12 Дата опубликования описания 30. 03. 81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА В ПАУЗАХ РЕЧИИзобретениеотносится к радиотех. нике и может использоваться для определения уровня шума в электро- акустических и радиотелефонных системах.Известно устройство для измерения уровня шума в паузах речи, содержащее усилитель, амплитудный детектор, фильтр низких частот и анализирующие цепи, каждая из которых содержит аттенюатор, электронный ключ, фильтр низких частот,второй электронный ключ, второй аттенюатор, вентиль, а также исполнительный блок (13Однако в этом устройстве для достижения заданной точности измерения уровня шума необходимо значительное усложнение схемы путем увеличения количества параллельно включенных цепей, содержащих аттенюатор, электронный ключ, фильтр низких частот, второй электронный ключ, второй аттенюатор и вентиль, что приводит к увеличению габаритов, а также затрудняет настройку устройства.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее исполнительный блок, последовательно соединенные усилитель, амплитудный детектор, синхронный интегратор, амплитудный селектор, первый счетчик импульсов, элемент запрета, реверсинный сумматор, цифроаналоговый преобразователь и интегратор, а также задающий генератор и второй счетчик импульсов, причем выход задающего генератора.одновременно подключен к второму входу синхронного интегратора и к счетному входу второго счетчика импульсов, выход которого одновременно подключен к входу .обнуления пер вого счетчика импульсов и к второмувходу элемента запрета, второй вход реверсивного сумматора подключен к выходу первого счетчика импульсов, а выход интегратора одновременно 20 подключен к второму входу амплитудного селектора и к входу исполнительного блока. Работа устройства основана на измеронии среднего числа превышений заданного уровня сигналом, представляющим собой дискретные выборки, огибающая которых являЬтся либо смесью речевого сигнала с шумом, либо только шумом. Устройство производит подсчет в единицу времени 30 число выборок входного сигнала, 817616ампл туда которых превышает заданныйуровень и вырабатывает сигнал рассогласованоя изменяющий указанный уровень таким образом, чтобы число выборок, превышающих этот уровень,оставалось постоянным 123 .5Недостатком устройства являетсяузкий динамический диапазон входныхсигналов, поскольку заведомо предполагается, что уровень входногошума ниже уровня сь.еси речевогосигнала и шума, т.е. накладываютсяограничения на динамический диапазонвходных сигналов: уровень шума недолжен быть больше, а уровень речевого сигнала не должен быть меньшекакого-то порогового значения Мд, 15Указанный недостаток приводит к неоднозначности измерений, что, в своюочередь, приводит к неверной оценкекачества проверяемого канала связи.Цель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измеренияуровня шума в паузах речи, содержащеепоследовательно соединенные входнойусилитель амплитудный детектор,синхронный интегратор и амплитудныйселектор, исполнительный блок и последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик, второй счетчик, элемент запрета, реверсивныйсчетчик, цифроаналоговый преобразователь и интегратор, выход которогоподключен к второму входу амплитудного селектора, выход задающегогенератора подключен к второму входусинхронного интегратора, выход амплитудного селектора подключен квторому входу второго счетчика, выход первого счетчика подключен квторому входу элемента запрета, выход 40второго счетчика подключен к второмувходу реверсивного счетчика, в неговведены Формирователь, третий ичетвертый счетчики, второй элементзапрета и аналоговый ключ, причемвыход входного усилителя соединен совходом третьего счетчика, выход задающего генератора одновременноподключен к второму входу третьегосчетчика, к второму входу второгоэлемента запрета и к первому входучетвертого. счетчика, выход которогоподключен к третьему входу второгоэлемента запрета, первый выход которого подключен к второму входучетвертого счетчика, а второй выход - к первым входам исполнительногоблока и аналогового ключа, второйвход которого подключен к выходуинтегратора, а выход - к второмувходу исполнительного блока. ОО Сущность изобретения заключается в применении более эффективного различения речевого сигнала и шума, основанного на том, что средняя(к ажущаяся ) частота шума, прошедшегочерез Фильтр низких частот с полосой пропускания, соответствующей.стандартному телефонному каналу,больше средней частоты речевогосигнала,С помощью дополнительно введенныхблоков формирователя, третьего счетчика импульсов, второго элементазапрета, четвертого счетчика импульсов и аналогового ключа) устройствоподсчитывает число периодов входногосигнала, т,е. определяет его среднюю частоту и, в зависимости отрезультата, включает или выключаетаналоговый ключ, сигнальный вход которого подключен к выходу интегратора. Таким образом, с выхода интегратора на вход исполнительного блокапоступает напряжение только в паузыречевого сигнала. Этим устраняетсянеоднозначность измерения уровняшума от величины отношения сигнал/шумвходного сигнала и от величины входного шумаНа чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит входной усилитель 1, амплитудный детектор 2,формирователь 3, синхронныйинтегратор 4, задающий генератор 5, счетчики.бимпульсов, первый элемент 9запрета, аналоговый ключ 10, исполнительный блок 11, интегратор 12,амплитудный селектор 13, четвертыйсчетчик 14 импульсов, второй элемент15 запрета, реверсивный сумматор 16,цифроаналоговый преобразователь 17.Устройство работает следующимобразом.Входной сигнал, представляющийсобой смесь речевого сигнала и шумаили только шум, поступает на входусилителя 1, с выхода которого сигнал поступает на вход амплитудногодетектора 2, С выхода амплитудногодетектора 2 сигнал поступает на входсинхронного интегратора 4, управляющий вход которого подключен к задающему генератору 5. На выходе синхронного интегратора 4 сигнал представляет собой дискретные выборкичастотой 40-50 Гц или длительностьюТ л. = 0,5 мс, огибающая которыхпредставляет собой или смесь речевого сигнала с шумом или только шум,Частота следования и длительностьвыборок на выходе синхронного интегратора 4 определяются параметрамиимпульсов задающего генератора 5.Постоянная времени заряда ЙС-цеписинхронного интегратора 4 для достикения высокой линейности выбрана равной7юта время разряда указанной КС-цепи всинхронном интеграторе 4Сквозной коэффициент передачи К, от нхода устройства до .выхода синхронного интегратора 4 выбирается из условиягде К - коэффициент передачи усили 1теля 1;К - коэффициент передачи ам 2плитудногодетектора 2;К - Коэффициент передачи син 3хронного интегратора 4.С выхода синхронного интегратора 4 сигнал поступает на сигнальный вход амплитудного селектора 13, а с его выхода - на счетный вход счет чика 14 импульсов, вход обнуления которого подключен к выходу счетчика 8 импульсов. На счетный вход счетчика 8 поступают импульсы от задающего генератора 5. Таким образом, счет- щ чик 14 заполняется импульсами с вы- . хода амплитудного селектора 13 в течение измерительного цикла, определяемого временем заполнения счетчика 8. Объем счетчика 8 выбран из условияСФ 8 " опгде Т - средняя длительность естественной паузы речевого сигнала;частота следования импульосов задающего генератора.Объем счетчика 14 выбран из условия- о 5С 4, Ус оСигнал с выхода счетчика 14 одновременно поступает на вход "Сложение" реверсивного сумматора 16 и на 40 первый вход элемента 15 запрета, На другой вход элемента 15 запрета поступают импульсы с выхода счетчика 8.В случае переполнения счетчика 14 за время анализа, определяемое временем заполнения счетчика 8, каждый импульс переполнения с выхода счетчика 14, поступающий на вход "Сложение" реверсивного сумматора 16, на одну ступеньку, равную значению50 младшего разряда, повышает напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 17, выход которого через интегратор 12 с коэффициентом пере;дачи, равным единице, подключен к управляющему входу амплитудного селек 55 тора 13. Увеличение напряжения на управляющем входе амплитудного селек-: тора 13 приводит к тому, что среднее количество импульсов за единицу вре 1 мени с выхода амплитудного селектора Я 13, амплитуда которых превышает управляющий уровень, будет уменьшаться до тех пор, пока импульсы свыхода амплитудного селектора 13,поступающие на счетный вход счетчика 14,перестанут вызывать его переполнение. При отсутствии импульсов переполнения на выходе счетчика 14 элемент 15 запрета разрешает прохождение импульсон с выхода счетчика 8 на вход "Вычитание" реверсивного сумматора 16. Каждый импульс с выхода счетчика 8, прошедший через элемент 15 запрета, поступая на вход Вычитание" реверсивного сумматора 16, понижает на одну ступеньку напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 17. Таким образом, амплитудный селектор ,13, счетчик. 8 импульсов, счетчик 14 импульсов, элемент 15 запрета, реверсинный сумматор 16, цифроаналоговый преобразователь 17, интегратор 12, а также задающий генератор 5 образуют систему стабилизации среднего количества импульсов за единицу времени. Стабилизация среднего коли честна импульсон за единицу времени обеспечивается изменением управляющего напряжения на выходе интегратора 12, нри этом величина управляющего напряжения на его выходе близка к вероятной величине действующего значения уровня сигнала на входе устройства.Одновременно с выхода усилителя 1 сигнал поступает на вход формирователя 3, который вырабатывает импульсы на каждое положительное пересечение нулевой линии напряжением смеси "сигнал+шум", а в паузы речевого сигнала напряжением шума, Импульсы с выхода Формирователя 3 поступают на счетный вход счетчика импульсов б, который накапливает их в течение времени, определяемого периодом следования импульсов сброса, поступающих на обнуляющий вход счетчика б от задающего генератора 5.Период следования импульсов сброса Т составляет величину 20-25 мс а объем счетчика б выбран из условияЛ/с .= бУ Р Угде Е, - средняя кажущаяся) частота шума на входе устройства.При переполнении счетчика б импульсы с его выхода поступают на первый вход элемента 9 запрета, который при этом запрещает прохождение импульсов сброса с выхода зада- щего генератора 5 на обнуляющий вход счетчика 7 импульсов, Счетчик 7 накапливает импульсы, поступающие на его счетный вход от задающего ,генератора 5 и соответствующие циклам обнуления счетчика б. Объем счетчика 7 выбран из условиягСФ 7 Рп )/7"где Т " - средняя продолжительностьнестественной паузы реченого сигнала.Если счетчик 6 переполняется подряд в течение количества циклов,большего Мсе.то счетчик 7 импульсовтакже переполняется. Импульс переполнения с выхода счетчика 7 изменяетсостояние элемента 9 запрета, который, в свою очередь, переводитаналоговый ключ в состояние "Включено", при этом сигнал с выхода интегратора 12 проходит на вход исполнительного блока 11. Вышеописанный1 Омеханизм работы происходит в томслучае, если на вход устройства поступает напряжение, состоящее толькоиз шума или смесь речевого сигналас шумом с отношением сигнал/шумменьше единицы, Когда отношение 15сигнал/шум речевого сигнала на входеустройства больше единицы, частотаимпульсов на выходе формирователятакова, что счетчик 6 не переполняется за время между двумя обнуляющими Щимпульсами. Элемент 9 запрета приэтом разрешает прохождение импульсов сброса с выхода задающего генератора 5 на обнуляющий вход счетчика 7и одновременно переводит аналоговыйключ 10 в положение "Выключено".При этом сигнал с выхода интегратора12 не проходит на вход исполнительного блока 11. В течение естественныхпауз речевого сигнала длительностьюне более Трл, элемент 9 запрета неизменяет своего состояния и ключ 10остается в закрытом состоянии. Этопроисходит потому, что за время Тна .счетный вход счетчика 7 от задаю-щего генератора 5 поступит количество импульсов менее йдпоэтому счетчик 7 не переполняется и после окончания естественной речевой паузывновь обнуляется импульсами с выходагенератора 5. 40С выхода ключа 10 постоянное напряжение, равное вероятной величинедействующего значения шума, замеренное во время паузы речевого сигнала,поступает на один из входов исполнительного блока 11 На другой входисполнительного блока 11 с выходаэлемента 9 запрета поступает сигналиндикации пауз речевого сигнала, больших времени Трп . ИсполнительныйЗОблок 11, например, может отключатьпроверяемый канал связи при уровнешума, превышающем допустимое значение, индицировать замеренную величину шума, а также индицировать паузу речевбго сигнала в контролируемом 55канале связи.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить неодно 1 значность измерения уровня шума в паузах речи, при отношении сигнал/шум входного речевого сигнала п Ф 1 во всем динамическом диапазоне изменения смеси "речевой сигнал + шум" с указанным отношением сигнал/шум, а также во всем динамическом диапазоне изменения входного шума,формула изобретенияУстройство для измерения уровня шума в паузах речи, содержащее входной усилитель, амплитудный детектор, синхронный интегратор и амплитудный селектор, исполнительный блок и последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик, второй счетчик, элемент запрета, реверсивный счетчик, ц фроаналоговый преобразователь и интегратор, выход которого подключен к второму входу амплитудного селектора, выход задающего генератора подключен к второму входу синхронного интегратора, выход амплитудного селектора подключен к второму входу второго счетчика, выход первого счетчика подключен к второму входу элемента запрета, выход второго счетчика подключен к второму входу реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены формирователь, третий и четвертый счетчики, второй элемент запрета и аналоговый ключ, причем выход входного усилиеля соединен со входом третьего счетчика, выход задающего генератора одновременно подключен к второму входу третьего счетчика, к второму входу второго элемента запрета и к первому входу четвертого счетчика, выход которого подключен к третьему входу второго элемента запрета,первый выход которого подключен к второму входу четвертого счетчика, а второй выход - к первым входам исполнительного блока и аналогового ключа второй вход которого подключен к выходу интегратора, а выход к второму входу исполнительнОго блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 466621, кл. Н 04 В 3/04, 1975.2. Авторское свидетельство СССР9 605322, кл. Н 04 В 3/46, 1977817616 8 ход оставитель О. Панчерниковехред П.Кастелевич Корректор О. Била еш Реда Тираж 732 Под ВНИИПИ Государственного комитетпо делам иэобретений и открыт 13035, Москва, )Х, Раушская на вгное СССР акаэ 1432/6 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4