Шумоподавитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4 В 1/ ТВ и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54)(57) 1.ШУИОПОДАВИТЕЛЬ,содержащийоперационный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, одинвывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходуоперационного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отводчастотно-зависимого.депителя напряжения подключен к инвертирующему входуоперационного усилителя, при этомпервое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в видерезистора, а второе содержит параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот, идентичный основному фильтру верхних частот, и формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входам управления основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые выполнены управляемыми по частоте, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения модуляции уровня шума, во второе плечо частотно-зави с мого делителя напряжения введен сумматор, входы которого подключены к выходам основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно, а выход подключен к отводу частотно-зависимого делителя напряжения, при этом вход дополнител ного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот.11485452. Шумоподавитель по п, 1, о т,л и- . мени с перезапуском, выход которого ч а ю щ и й с я тем,. Что формирова- подключен к управляющему входу уптель управляющего напряжения содержит , .равляемого делителя напряжения и че- последовательно соединенные источник рез цепь положительной обратной свянапряжения, управляемый делитель на-. зи к управляющему входу селектора пряжения и вйходной фильтр нижних час- импульсов по длительности, при этом ;тот, параллельно входу которого вклю- между выходом амплитудного детекточен разрядный ключ, а параллельно вы- ра и управляющими входами разрядного ходу - элемент с управляемым сопро- ключа и элемента с управляемым сотивлением, а также последовательно противлением включены соответсоединенные входной амплитудный де- ственно второй компаратор тектор, первый компаратор, селектор и ограничитель по минимуимпульсов,по длительности и реле вре- му.Изобретение относится к области приборостроения, а именно к электронным схемам общего назначения и устройствам регулирования усиления в частности к электронным схемам су жения и/или расширения динамического диапазона громкости в усилителях звуковой частоты, и может быть использовано в высококачественной аппаратуре магнитной записи, грамзаписи и радиовещания.Известно устройство автоматического компрессирования или экспандирова-. ния динамического диапазона, которое содержит канал сигнала и канал управления, причем канал сигнала вклю-. чает в себя инвертирующий усилитель, . выход которого является выходом устройства, фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, и резистор, один из выводов которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а канал. управления включает в себя формипователь управляющего напряжения,Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумоподавления обусловленной эффектом модуляФ30 ции шума, состоящим в слышимом изменении уровня шума при изменении уровня полезного сигнала.1Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является шумоподавитель, содержащий операционныйусилитель и частотно-зависимый делитель напряжения, один вывод которогоявляется входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционногоусилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключенк инвертирующему входу операционногоусилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжениявыполнено в виде резистора, а второесодержит параллельно соединенные повходу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а крометого, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот,идентичный основному фильтру верхнихчастот, и формирователь управляющегонапряжения, выход которого подключен к входам управления основного идополнительного фильтров верхних час.тот, которые выполнены управляемымипо .частоте.Однако известный шумоподавительобладает невысокой эффективностьюшумоподавления, обусловленной эффектом модуляции уровня шума.Цель изобретения - уменьшение моцуляции уровня шума,Поставленная цель достигается тем что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотно- зависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а от1148вод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе содержит параллельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верхних частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный 10 Фильтр верхних частот, идентичный основному фильтру верхних частот, и. Формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входам управления основного и дополни тельного Фильтров верхних частот, которые выполнены управляемыми по частоте, во второе плечо частотно- зависимого делителя напряжения введен сумматор, входы которого подклю чены к выходам основного. фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно, а выход подключен к отводу частотно-зависимого делителя напряжения, при этом вход допол нительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот, а также тем, что формирователь управляющего напряжения содержит последовательно соединен ные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и выходной фильтр нижнихчастот, параллельно входу которого включен разрядный ключ, а параллельно выходу - элемент с управляемым сопротивлением, а также последовательно соединенные входной амплитудный детектор, первый компаратор, селекторимпульсов по длительности и реле времени с перезапуском, 40 выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения и через цепь положительной обратной связи к управляющему входу селектора импульсов по длительности, 45 при этом между выходом амплитудного 1детектора и управляющими входами разрядного ключа и элемента с управляемым сопротивлением: включены соответственно второй компаратор и ог раничитель по минимуму.На Фиг. 1 представлена структурная электрическая схема шумоподавителя в режиме компрессирования, на фиг: 2 - то же, в режиме экспандирования. 55Шумоподавитель содержит операционный усилитель 1, частотно-зависимый делитель напряжения 2, первое плечо которого выполнено на резисФо" ре 3, второе содержит фильтр 4 нижних частот, основной фильтр 5 верхних частот и сумматор 6, дополнитвль" ный фильтр 7 верхних частот и формирователь 8 управляющего напряжения, который содержит амплитудный детектор 9, первый и второй компараторы 10 и 11, селектор 12 импульсов по длительности, реле времени 13 с перезапуском, цепь положительной связи 14, источник напряжения 15, управляемый делитель 16 напряжения, выходной фильтр 17 нижних частот, разрядный ключ 18, элемент 19 с управляемым сопротивлением и ограничитель 20 по минимуму.Шумоподавитель работает следующим образом.В исходном состоянии при отсутствии сигнала рабочий диапазон частот разделен основным фильтром 5 верх-. них частот и фильтром 4 нижних частот на два поддиапазона, практически частота разделения составляет 1 кГц. Коэффициент передачи в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот Равен единице, а коэффициент передачи в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот выбран в В раз больше, так что в режиме компрессирования коэффициент передачИ устройства в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот будет в М раз больше коэффициента передачи устройства в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандирования в И раз меньше. Избранное число Н ( - О) определяет максимальную величину сжатия или расширения динамического диапазонатсоставляющих сигнала, располагающихся в полосе пропускания основногофильтра 5 верхних частот и, соответственно, не зависит от его частоты среза. Изменение величины сжатия илирасширения динамического диапазона сигнала осуществляется лишь в полосе затухания основного фильтра 5 верхних частот при перестройке егочастоты среза, при этом область частот, в которой осуществляется снижение шума, определяется исходной полосой пропускания основного фильтра 5 верхних частот, которая устанавливается подачей напряжения с источника напряжения 15 на управляющие вхо5 114854 ды основного 5 и дополнительного 7 фильтров верхних частот.В режиме компрессирования сигнал поступает на вход устройства и соответственно - на входы основного5 фильтра 5 верхних частот и фильтра 4 нижних частот, С выхода основного фильтра 5 верхних частот составляющие сигнала в полосе пропускания фильтра поступают на один из входов 10 сумматора 6, а также на вход дополнительного фильтра 7 верхних частот. С выхода первого фильтра 4 нижних частот составляющие сигнала в полосе пропускания поступают на другой вход 15 сумматора 6. С выхода сумматора 6 сигнал, образованный суммой составляющих входного сигнала, выделенных основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частот, поступа ОФет на операционный усилитель 1, охваченный обратной связью с выхода на вход посредством резистора 3. Сумматор 6 может быть выполнен на резисторах, причем сопротивления этих 25 резисторов равны сопротивлению ре - зистора 3, благодаря чему коэффициент передачи от входов сумматора 6 до выхода шумоподавителя будет равен единице. 30 5 6него конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, а следовательно, снижение напряжения на управляющих входах основного 5 и дополнительного 7 фильтров верхних частот. Частота среза последних при этом повышается что вызывает снижение коэффициента передачи компрессора на срежних частотах, оставляя его неизменным на высших частотах, обеспечивая тем са-мым максимальную величину сжатия на высоких частотах.В экспандере высокочастотные составляющие ослабляются вместе с составляющими шума канала передачи, при этом в области верхних частот ослабление максимально, что соответствует максимальной величине расширения. Сопротивление резистора и емкость конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот определяют время установления системы при повышении уровня сигнала на входе шумоподавителя. 1С увеличением уровня среднечастотных и высокочастотных составляющих сигнала выше порога срабатывания второго компаратора 11 частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраивается выше граничной частоты рабочего пиапазона. В этом случае амплитудно-частотная характеристика компрессора определяется амплитудно-частотной ха," рактеристикой фильтра 4 нижних частот, при этом коэффициент передачи компрессора в области верхних частот становится меньше единицы, так что высокочастотные составляющие сигнала; проходя через компрессор, ослабляются и не перегружают канал передачи (в данном случае магнитную ленту). При прохожденииупомянутых составляю. щих через экспандер они усиливаются до исходного уровня, как на входе компрессора, при этом усиливаются и составляющие шума канала передачи. Однако, благодаря психоакустическому эффекту маскировки громкими звуками тихих, эти составляющие шума не прослушиваются.Таким образом, при малых уровнях входного сигнала несколько превышаю щего порог срабатывания второго компаратора 11, время установления устройства определяется временем разряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот через разрядный ключ 18 и имеет максимальную величину. При поступлении на вход компрессора сигнала среднечастотных и высокочастотных составляющих сигнал "Уровень" которых ниже порога срабатывания второго компаратора 11, амплитудно-частотная характеристика компрессора имеет подъем в области высоких и средних частот. Благодаря такому подъему, составляющие сигнала, 4 О проходя через компрессор, поступают в канал передачи и далее на вход экспандера с усилением, однако на выходе экспандера эти составляющие ослабляются до прежнего уровня вслед ствие. того, что характеристики экспандера обратны характеристикам компрессора, Одновременно с составляющими сигнала ослабляются и составляющие шума канала передачи, расположен О ные в той же области чаетот,При поступлении на вход компрессора сигнала со среднечастотными составляющими, уровень которых превышает порог срабатывания второго компаратора 11, и высокочастотными составляющими с уровнем ниже указанного порога происходит замыкание разрядного ключа 18 и разряд через114854При быстром увеличении входного сигнала до уровня, превышающего порог ограничения ограничителя, 20 по минимуму, сигнал .поступает на управляющий вход элемента 19 с управляемым со противлением. При этом сопротивление последнего уменьшается, шунтируя цепь разряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, вследствие чего разряд конденсатора ускоряется и время установления уменьшается. Причем, чем больше превышаение сигнала над порогом ограничения ограничителя 20 по минимуму, тем меньше время,установления. При разряде конденсатора снижается напряжение на выходе форми-. рователя 8 управляющего напряжения и соответственно на управляющих вхо- дах основного 5. и дополнительного 7 фильтров. верхних частот, что вызыва ет смещение частоты среза в область верхних частот до тех пор, пока уровень составляющих сигнала в формирователе 8 управляющего напряжения на входе второго компаратора 11 не сни-. зится до величины, равной порогу его срабатывания. При снижении уровня сигнала ниже порога срабатывания второго компара- З 0 тора 11 последний возвращается в исходное состояние, разрядный ключ 18 размыкается, ограничитель 20 по минимуму возвращается в исходное состояние, увеличивая тем самым сопро тивление элемента 19, конденсатор вы" ходного фильтра 17 нижних частот заряжается, т.е. уменьшением уровня входного сигнала время установления возрастает, поэтому кратковременные изменения уровня сигнала на незначительную величину, а также кратковременные импульсные помехи малого уровня не влияют на изменение коэффициента передачи устройства и, следовательно, не приводят к модуляции шума, прослушиваемого в отсутствии маскирующего полезного сигнала.После быстрого уменьшения уровня полезного сигнала, наступающего3 вслед за его увеличением, коэффициент передачи устройства восстанавливается до прежнего значения, спустя время восстановления, которое определяется временем заряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот.В связи с тем, что порог срабатывания первого компаратора 10 выбран 5 8несколько ниже (практически на 2 дВ) порога срабатывания второго компаратора 11, то второй компаратор 11 изменяет свое состояние при сигнаЛахпревышающих его порог срабатывания, Однако при этом, если длительность импульса, сформированного вторым компаратором 11 из сигнала, поступающего с выхода амплитудного детектора 9, не превышает порога селекцииселектора 12 импульсов по длительности, то последний не пропускает указанный импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, который представляет собой моностабильную схему,изменяющую состояние на выходе напротивоположное при появлении импульса на входе, и возвращающуюся в исходное состояние после окончания импульса, .спустя заданное время задерж"ки.Схема реле времени 13 с перезапуском может быть выполнена из последовательно соединенных формирователя пилообразного напряжения и компаратора, причем формирователь пилообразного напряжения может быть образован параллельно соединенными источником тока, конденсатором и закрытым в исходном состоянии ключом, управляющийвход которого является входом релевремени с перезапуском.Вследствие этого реле времени 13 с перезапуском остается в исходном состоянии и управляемый делитель 16 напряжения обладает большим коэффициентом передач, обеспечивая малое время восстановления, определяемое временем заряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, Если длительность импульса, сформированного первым компаратором 10превыФшает порог селекции селектора 12 импульсов по длительности, то последний пропускает указанный импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, и оно изменяет свое состояние, и коэффициент передачи управляемого делителя 16 напряжения уменьшается. Поскольку реле времени 13 с перезапуском возвращается в исходное состояниепосле действия входного импульса,спустя заданное время задержки, большое время восстановления, обеспечивается в течение всего времени эадержки. Таким образом, присутствие формирователя 8 управляющего напряжения низкочастотных составляющих сигнала9 14854 :обеСпечивает большое время восстановления коэффициента передачи с уменьшением уровня этих составляющих, пос.тупающим вслед за их увеличением. В процессе работы шумоподавителя по мере расширения спектра входного сигнала частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраивается в сторону верхней граничной частоты, в связи с чем уро вень низкочастотных составляющих в. формирователе 8 управляющего напряжения снижается, а сигнал управления формируется из высокочастотных составляющих полезного сигнала, рас полагающихся в текущей полосе пропускания основного и дополнительных фильтров верхних частот. Эта обуславливает малое время восстановления коэффициента передачи шумоподавителя 20 при уменьшении уровня высокочастотных составляющих, наступающем вслед за их увеличением.,Управляющее напряжение на выходе формирователя 8 управляющего напряже ноя подчиняется следующему математическому выражению:(1 где ц Ка 4( Учитывая что - " - = К = сапам тог К У 9 35 да выражение (7) можно записать вследующем виде;(8) 40 Из выражения (8) следует, что выходное напряжение основного фильтра 5 верхних частот пропорционально корню квадратному входного напряжения и при выполнении условия (5) не 45 зависит от регулировочной характеристики самого фильтра верхних частот (зависимость частоты среза от управляющего напряжения). цИсходя из того, что коэффициентпередачи цепи в режиме компрессирования от каждого из входов сумматора 6 до выхода шумоподавителя равен 1, а также с учетом выражения (8), напря жение на выходе ком рессора можнопредставить в следующем виде: К(РЦ) = - - -ц ф К,Ц 5 9= КЦ К (Р,Ц )К -Ц,Д (1) коэффициент передачи второго компаратора 11;выходное напряжение основного фильтра 5 верхних частот;коэффициент передачи допол.нительного фильтра 7 верхних частот, являющийсяфункцией частоты и управляющего напряжения;коэффициейт передачи амплитудного детектора 9;напряжение порога срабатывания второго компаратора11.Из выражения (1) запишем значениекоэффициента передачи дополнительногофильтра 7 верхних частот К (Р,Ц ) = - +- ---(2)ц (9% 9 Тогда при К оо выражение (2) принимает вид 5 1 ОВыходное напряжение основногофильтра 5 верхних частот. представимследующим образом: где Ц- напряжение на входе основного фильтра 5 верхнихчастот;К(Р,Ц) - коэффициент передачи основного фильтра 5 верхнихчастот, являющийся функцией частоты и управляющего напряжения.Поскольку основной и дополнительный фильтры верхних частот идентичны и имеют одинаковую, зависимость частоты среза от управляющего напряжения, то(17) 1 вя, комп 3 где У - выходное напряЖение фильтра 4 нижних частот; Бв- входное напряжение компрессора. Напряжение на выходе экспандера можно записать следующим образом:хвых. экс. ьх. экс. экс вх. Экс 15 входное напряжение экспандера;коэффициент передачи экспандера;коэффициент передачи операционного усилителя 1;коэффициент передачи цепи отрицательной об- . ратной связи, равный П 5 +В (11)о,с(ц вых.эк П 4)вых экс К Подставляя значения из выражения (9)получим111 Г(К Пвх, коху. ) +П+ 043.вых, экс К Из выражения (17) следует, что в процессе компрессирования (сжатия) динамического диапазона сигнала и экспандирования (расширения), сигнал на выходе экспандера будет соответствовать сигналу на входе компрессора.