Устройство обработки звуковых сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повьшение отношения сигнал/шум на выходе устрва. Устр-во содержит г-р 1 несущей частоты, однополосный модулятор 2, ограничители 3 и 8, перемножители 4 и 6, фильтр 5 нижних частот, амплитудные детекторы 7 и 12, двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10,эл-т дифференцирования 11, блок извлечения 13 квадратного корня и полосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы пропускания и с регулируемой частотой настройки. При уровне входного сигнала ниже порога частотного шумопонижения (ШП) и в паузах на выходе устр-ва наблюдаются лишь аддитивные пумы перемножителя 6. При уровне входного сигнала больше порога частотного ШП, но меньше амплитудного Ш осуществляется комбинированное безынерционное ШП: амплитудное за счет возведения огибающей в квадрат и частотное за счет создания адекватной сигналу частотной х-ки ф -шьтра 14, При уровне входного сигнала, больше или равном величине порога амплитудного ШП, осуществляется только частотное ШП и сигнал на выходе устр-ва формируется без преобразспания динамического диапазона. Т.о,, цель достигается за счет полного устранения эффекта моц, а1ума, возникающего из-за плохой маскировки шума сигналом, имеющим узкополосный спектр. 1 ил. &0

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191 (И l (51)4 Н 04 В 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4227583/24-09 (22) 13 04.87 (46) 07.12.88. Бюл. Р 45 (72) В.И.Площев и В.К.Уваров (53) 621.396.6(088.8) (56) Кудрин И.Г. Устройства шумопонижения в звукозаписи. — N.: Энергия, 1977, с. 6-23.

Авторское свидетельство СССР

В 1338077, кл. Н 04 В 1/ 10, 1985 . (54) УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЗВУКОВЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение отношения сигнал/шум на выходе устр" ва. Устр-во содержит г-р 1 несущей частоты, однополосный модулятор 2, ограничители 3 и 8, перемножители 4 и 6, фильтр 5 нижних частот, амплитудные детекторы 7 и 12, двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10,зл-т дифференцирования блок извлечения 13 квадратного корня и полосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы пропускания и с регулируемой частотой настройки.

При уровне входного сигнала ниже порога частотного шумопонижения (ШП) и в паузах на выходе устр-ва наблюдаются лишь аддитивные шумы леремножителя 6. При уровне входного сигнала больше порога частотного

ШП, но меньше амплитудного ШП осуществляется комбинированное безынерционное ШП: амплитудное за счет возведения огибающей в квадрат и частотное за счет создания адекватной сигналу частотной х-ки фильтра 14.

При уровне входного сигнала, больше или равном величине порога ампли- 7. тудного ШП, осуществляется только частотное ШП и сигнал на выходе устр-ва формируется без греабразования динамического диапазона. Т.о., цель достигается за счет полного устранения " эффекта модуляции шума", возникающего из-за плохой маскировки ® шума сигналом, имеюш;лм узкополосный ф спектр. 1 ил. фь

1443182

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при записи и воспроизведении звуковой информации.

Цель изобретения — повышение от5 ношения сигнал/шум на выходе устройства.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства 1О обработки звуковых сигналов.

Устройство обработки звуковых сигналов содержит, .генератор 1 несущей, однополосной модулятор 2, первый ограничитель 3, первый перемножитель

4, фильтр 5 нижних частот, второй перемножитель 6, первый амплитудный детектор 7, второй ограничитель 8, двухпороговый компаратор 9, частотный детектор 10, элемент 11 дифферен- 0 цирования, второй амплитудный детек(тор 1.2, блок 13 и(звлечения квадратного корня, нолосовой фильтр 14 с регулируемой шириной полосы про пускания, выполненный с регулируемой частотой настройки.

Устройство обработки звуковых сигналов работает следующим образом.

На входы однополосного модулятора 2 поступают широкополосный звуковой сигнал

s(t) cot f è(t)at о

В вь(в в (t) в)(U()a(() 8 6ux t (t) созсооа при Вв(х

45 ц

7 U()tttt) в который является входным по отношению к полосовому фильтру 14 и поступает Hà 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, есС

s,„,(t) = в (в) сов и(с) ас, где S(t) - мгновенная амплитуда; со (й) — мгновенная частота, и гармонический сигнал с вьгхода генератора 1. На выходе модулятора 2 формируется высокочастотное колебание е.

t в д„„,(t) - в(c)tot j(w,+ (c)J at, о которое одновременно поступает на вход амплитудного детектора 7 и на входы ограничителей 3 и 8. Ограничи- 50 тель 3 совмещен с фильтром низких частот (не показан), выделяющим из выходного:сигнала первую гармонику.

При величине входного сигнала UgÄ ниже порога ограничителя 3, который 55 в дальнейшем будем называть порогом

aMGJTHT HOrO ШУМОПОНИжЕНИЯ U()(в„(s т.е. при U в„ с 0„в )о,. сигнал на выходе ограничителя 3 пропорционален входному

S вв)х y(t) = S (t) соя j ((,),+ (d(t))dt о

При 0 В)(пав) ВЫХОДНОЙ СИГНаЛ ограничителя 3 представляет собой частотно-модулированное колебание с пОстоянной амплитуДОЙ

С

S (t) = U„cos I P(() + (t)jdt, о где 0 = «est — амплитуда выходного сигнала 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 имеем

S gg(„4 (1) = S(t) cos ) С ыв+ 0э (Й)1ЙС х о4

cosa,t = S(t) (cos fv(t)dt +

С о

+ cos j(2c,+ v (t)) dt )

O при в„

t и S ()t()(4 (t) = U (соз I (t (t) dt +

t о

i co s (2() + (i) (t ) j d t j о при U „ Uä

Фильтр 5 выделяет из выходного сигнала первого перемножителя 4 низкочастотное колебание и на его Выходе имеем сигнал вида

С (t) = U„cos I (i) (t) dt npu о

1443182 него порога. где ." — постоянI

О при П вх вопч х э {t) - U ñîs ) ы,+ u(t)3dt

ВЬ1Х 9 о при 0в > 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 части ной части спектра йы, т.е. той части текущего спектра, которая позволяет воспроизводить исходную функцию времени с наперед заданной погрешностью и .скорость изменения мгноdv(t) венной частоты сигнала с1 ный коэффициент, характеризующий точность 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 1О 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.

1 где U — постоянное значение амплитуды на выходах двухпорогового компаратора 9;

Для правильного выделения мгновенной частоты частотным детектором 1О на его вход должно поступать колебание постоянной амплитуды. Для того, чтобы не допустить на вход частотного детей ора 10 колебание с переменной амплитудой, перед ним включен двухпороговый компаратор 9. Для фор10 мирования условной 1 на выходе двухпорогового компаратора 9 необходимо, чтобы сигнал превысил значение верхнего порога, а для возвращения в состояние условного "О" сиг15 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 аддитив но го шума .

Таким образом, необходимо выби25 рать значен е верхнего двухпорогового компаратора 9 в два раза больше величины нижне-о порога. Это позволяет установить такой коэффициент усиления второго ограничителя 8, 30 чтобы средняя амплитуда шума была меньше или — равна нижнему порогу двухпорогового компаратора 9. Тогда будут ограничены по амплитуде входные сигналы, амплитуда которых больше или равна величине нижнего порога (так как сумма сигнала и шума превысит величину верхнего порога двухпорогового компаратора 9).

Таким образом, второй ограничи40 тель 8 совместно с двухпороговым компаратором 9 определяют величину другого порога„ который в дальнейшем будем называть частотным порогом

45 шумопонижения. По аналогии с первым ограничителем 3 будем считать, что двухпороговый компаратор 9 совмещен с фильтром низких частот, выделяющим первую гармонику сигнала. Тогда сиг50 нал на выходе двухпорогового компаратора 9 можно записать следующим образом.

U — напряжение порога частотнопцщ

ro шумопонижения.

1443182

S(t) cos (v<(t)dt при U „«, cU о !!Чю ех

U cos ) а> <(t)dt npu U е, П„„, о (Упам

S (t) дух 74.

Utd, при UBx UUðчи

C (t)cos ) u<(t) dt при Б - У ех Уд!!цу з

S(t)U,cos ) v<(t)dt при UII„D UIIyIII . о

IIIiê !.(Для сигналов, величина которых меньше порога частотного шумопонижения, на выходе частотного детектора 10 формируется сигнал мгновенНОЙ частоты равный II!0 Q (t) = О а следовательно, и д!! = О, вследствие чего полосовой фильтр 14 не пропускает шум на выход.

Наличие двух ограничителей 3 и

8 позволяет ра !дельно регулировать пороги 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 т аузах мгновенную час..оту шума„что приведет к расширенюэ полосы пропускания полосового фильтра 14 и паузах до пределов звукового диапазона, вследстзие чего частотного шумспонижения не будет.

:де,, (t) -" мгновенная частота на выходе полосового фильтра !4.

Этст сигнал поступает на вход второго перемножителя 6, на другой ! ход которого поступает беэынерционно выделенная огибающая звукового

Таким образом, IIpH уровне входного сигнала ниже порога частотного

ыуиопонижения 3 „, П„„и в паузах а выходе устройства наблюдаются лишь. аддитивные шумы второго перемножителя 6. 50

При уровне входного сигнала больше порога частотного шумопонижения, но меньше порога амплитудного шумопонижения осуществляется комбинированное 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 будет потеряна часть еще воспроизводимой звуковой информации, закрыв полосу пропускания полосового фильтра 14.

Здесь необходимо принять во внимание следующее. Звуковой сигнал во время нарастания и уменьшения всегда более узкополосный, чем шум и чем меньше сигнал, тем более узкополосным его можно считать с тсчки зрения слухового восприятия„ Этот факт приводит к тому, что уже при равенстве напряжений сигнала и шума широкополосный шум практически полностью маскирует сигнал.

Таким образом, устанавливая порог частотного шумопонижения, равным средней величине амплитуды шума, делают воспроизводимой звуковую информацию, которую раньше считали потерянной.

Теперь можно записать сигнал на выходе полосового фильтра 14 сигнала S(t) 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 полосового фильтра 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 полностью устранить, так называемый "эффект модуляции шума", возникающий иэ-за плохой маскировки шума сигналом, ю еющим узкополосный спектр. В предформула изобретения

Составитель Н.Мельников

Редактор В. Бугренкова Техред Л. Олийнык Корректор Л.Патай

Заказ 6397/55 Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, 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.

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 8 устройства, 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 однополосного модулятора, двухпороговый компаратор, частотный детектор, элемент дифференцирования, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора, выход второго 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.