Шумоподавитель

Шумоподавитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ШУМОПОДАВИТЕЛЬ, содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя , другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора , а второе - в виде параллельно соединенных основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения , выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения модуляции уров.ня шума , основной фильтр верхних частот выполнен управляемым по частоте, и его вход управления является входом управления второго плеча частотнозависимого делителя напряжения, вход формирователя управляющего напряжения подключен к выходу введенного допол (Л нительного управляемого по частоте фильтра верхних частот, идентичного основному фильтру верхних частот, вход управления которого соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с входом или выходом шумоподавителя. -

COOS СОВЕТСНИ (СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1)Ц -.1" ъ

3CF.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3303430/18-09 (22) 22. 06. 81 (46) 07.06.87. Бюл. Ф 21 (72) И.С.Изаксон, П.Н.Колесников, В.А.Заика и В.А.Смирнов (53) 621.396.669(088.8) (56) Патент ФРГ N -2406258, кл. Н 04 В 1/64, опублик. 1976.

Патент Великобритании Ф 2003707, кл. Н 04 В 1/64, опублик. 1976. (54) (57) ШУИОПОДАВИТЕЛЬ, содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе — в виде параллельно соединенных основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения модуляции уровня шума, основной фильтр верхних частот выполнен управляемым йо частоте, и его вход управления является входом управления второго плеча частотнозависимого делителя напряжения, вход формирователя управляющего напряжения подключен к выходу введенного дополнительного управляемого по частоте фильтра верхних частот, идентичного основному фильтру верхних частот, вход управления которого соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с входом или выходом шумоподавителя.

1123512

Изобретение относится к приборестроению, а именно к электронным схемам общего назначения и устройствам регулирования усиления, в частности к схемам сужения и расширения динами- 5 ческого диапйзона громкости в.усилителях, и может быть использовано в аппаратуре магнитной записи, грамзаписи и радиовещания.

Известно устройство автоматическо- 10

ro компрессирования или экспандирования динамического диапазона, которое содержит каналы сигнала и управления, канал сигнала включает в себя инвертирующий усилитель, вход которого является выходом устройства, фильтр нижних частот, выхбд которого соединен с входом инвертирующего усилителя, и резистор, один из выводов которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а канал управления включает в себя формирователь управляющего напряжения.

Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумопонижения, обусловленной эффектом модуляции уровня шума, состоящим в слышимом изменении уровня шума при изменении уровня полезного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шумоподавитель, содержащий операционный усилитель, частотно-зависимый делитель напряжения, один вывод ко- 35 торого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения 40 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе - в виде параллель- 45 но соединенных основного фильтра, верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго 50 плеча частотно-зависимого делителя напряжения.

Однако известный шумоподавитель рбладает невысокой эффективностью шумоподавления, обусловленной эффектом 55 модуляции уровня шума.

Целью изобретения является уменьшение модуляции уровня шума.

Поставленная цель достигается тем, что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотно-зави симый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а отвод частотно-зависимого делителя напряжения подключен к инвертирующеиу входу операционного усилителя, при этом первое плечо частотно-зависимого делителя напряжения выполнено в виде резистора, а второе в виде параллельно соединенных основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, а также формирователь управляющего напряжения, выход которого подключен к входу управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, основной фильтр верхних частот. выполнен управляемым по частоте, и его вход управления является. входом управления второго плеча частотно-зависимого делителя напряжения, вход формирователя управляющего напряжения подключен к выходу введенного дополнительного управляемого по частоте фильтра верхних частот и идентичного основному фильтру верхних частот, вход управления которого соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, а вход соединен с входом или выходом шумоподавителя.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема-шумоподавителя в режиме компрессирования; на фиг.2— структурная электрическая схема шумоподавителя в режиме экспандирования.

Шумоподавитель содержит операционный усилитель 1, частотно-зависимый делитель 2 напряжения, первое плечо которого выполнено на резисторе 3, а второе — на фильтре 4 нижних частот и основном фильтре 5 верхних частот, дополнительный фильтр 6 нижних частот и формирователь 7 управляющего напряжения.

Формирователь 7 управляющего напряжения содержит последовательно соединенные амплитудный детектор, пороговый элемент и накопительный конденсатор с цепями заряда и разряда (на чертежах не показаны).

Шумоподавитель работает следующим образом. Выходные сопротивления фильтра 4 нижних частот и основного филь3 11235 тра 5 верхних частот образуют совместно с резистором 3 делители, которые включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 и определяют коэффициент пере- 5 дачи шумоподавителя в полосах пропускания указанных фильтров. Выходное сопротивление основного фильтра 5 верхних частот выбрано в N раз меньше выходного сопротивления фильтра 4 10 нижних частот, так что в режиме компрессирования коэффициент передачи шумоподавителя в полосе пропускания основного фильтра 5. верхних частот будет в М раз больше коэффициента f5 передачи устройства в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандирования — соответственно в N раз меньше. Число N определяет максимальную величину сжатия 20 или расширения динамического диапазона составляющих сигнала, располагающихся в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот и не зависит от его частоты среза. Изменение ве- 25 личины сжатия или расширения динамического диапазона сигнала осуществля;ется лишь в полосе затухания основ,ного фильтра 5 верхних частот при перестройке его частоты среза. 30

При отсутствии сигнала на входе компрессора и соответственно на входе экспандера амплитудно-частотная характеристика компрессора имеет подъем, а амплитудно-частотная харак- З5 теристика экспандера — обратный ему спад в области средних и высоких частот, в результате чего среднечастотные и высокочастотные шумы канала передачи, включенного между выходом 40 компрессора и входом экспандера, пройдя через экспандер, ослабляются.

Максимальное ослабление шумов определяется величиной N, а область час тот, в которой осуществляется сниже- 45 ние шума, определяется исходной полосой пропускания основного фильтра 5 верхних частот.

При поступлении на вход компрессора сигнала с среднечастотными и вы-. 50 сокочастотными составляющими, уровень которых ниже порога срабатывания порогового элемента формирователя 7 управляющего напряжения, амплитудночастотная характеристика компрессора, 55 аналогично предыдущему случаю, имеет подъем в области средних и высоких частот. Благодаря этому подъему сос12 Д тавляющие сигнала, пройдя через компрессор, поступают в канал передачи, а затем на вход экспандера усиленными.

Пройдя через экспандер, эти составляющие ослабляются до прежнего уровня благодаря обратному воздействию на них экспандера, при этом одновременно с составляющими сигнала ослабляются и составляющие шума канала передачи, располагающиеся в той же области частот.

Поступлейие на вход компрессора сигнала со среднечастотными составляющими, превышающими порог срабатывания порогового элемента формирователя

7 управляющего напряжения, и высокочастотными составляющими с уровнем ниже указанного порога приводит к повьппению частоты среза фильтров 5 и б верхних частот, вследствие чего коэффициент передачи компрессора на средних частотах снижается, оставаясь неизменным на высоких частотах и обеспечивая тем самым максимальную величину сжатия на этих частотах.

В экспандере эти составляющие ослабляются совместно с составлянпцими шума канала передачи. Причем в области высоких частот это ослабление максимально и соответствует максимальной величине расширения.

При дальнейшем увеличении уровня среднечастотных и высокочастотных составляющих вьппе порога срабатывания порогового элемента формирователя 7 управляющего напряжения частота среза фильтров-5 и 6 верхних частот перестраивается вьппе граничной частоты рабочего диапазона. При этом коэффициент передачи компрессора в области средних и высоких частот снижается настолько, что среднечастотные и высокочастотные составляющие сигнала, пройдя через компрессор, ослабляются, благодаря чему предотвращается перегрузка канала передачи этими состав- . ляющими. При прохождении указанных составляющих через экспандер они усиливаются до исходного уровня.

Одновременно усиливаются соответствующие составляющие шума канала передачи. Однако благодаря психоакустическому эффекту маскировки громкими звуками тихих эти составляющие шума не прослушиваются.

Управляющее напряжение в компрессоре .на выходе формирователя 7 управ1123512 (9) (10) Кх x —, R5 (5) 55 откуда

1 ц2

SbO. к (15) ляющего напряжения можно представить в виде следующего выражения:

UK - K, (U5h, х,(,U.) — UÄ). (1)

5 где U — выходное напряжение комвых, к прессора;

U — напряжение порога срабаи тывания порогового элемента формирователя 7 уп- t0 равляющего напряжения;

К6(Р,U„) — коэффициент передачи дополнительного фильтра 6 ,верхних частот, являющийся функцией частоты и 15 управляющего напряжения;

К вЂ” коэффициент передачи формирователя 7 управляющего напряжения.

Из выражения 1 определим значение 20 коэффициента передачи дополнительного фильтра 6 верхних частот тт и тт

Uï к т„т тс тт х

Цбых.к КтЦбых,к

25 откуда при К оо получйм

K(FU) цп

6 к Ц (3) бых. Ic

Выходное напряжение компрессора можно представить в следующем виде 30

5 где U „ „ — входное напряжение компрессора;

К (F U„) — коэффициент передачи ос- 35 новного фильтра 5 верхних частот;

R — сопротивление резистора 3;

R 5 — выходное сопротивление основного фильтра 5 верхних частот.

Поскольку фильтры 5 и 6 верхних частот идентичны и имеют одинаковую зависимость частоты среза от управ45 . ляющего напряжения, то к) .6(х к) и выражение 4 примет следующий вид:

Rs Цп

Uвых.к Цвх.к К6(F U„)R Цеххц

5 еых,K

Кх.

Если U — = К = const то выражение 6

nR

Э

5 можно записать в следующем виде

Из выражения 7 видно, что сжатие динамического диапазона сигнала в компрессоре осуществляется с постоянным коэффициентом, равным 0,5.

Управляющее напряжение в экспандере на выходе формирователя 7 можно представить в виде следующего выражения:

Ц, =К tv„, К (УЦ ) — Цп), (8) где U „- входное напряжение экспандера.

Из выражения 8 определим значение коэффициента передачи дополнительного фильтра 6 верхних частот цп цэ

K(FU) = — — +- — ——

K 7UÂx, э откуда при К - оо получим

К (Е V ) vn

6 х э ц вх. э

Выходное напряжение экспандера можно представить в следующем виде:

U = U

Rg 1 (11).

eых.э sx. Р К (Р Ц. )

Поскольку фильтры 5 и 6 верхних частот идентичны и имеют одинаковую зависимость частоты среза от управляющего напряжения, то

К5(хЦэ) Ke(F U ) х и выражение 11 примет вид

1 R5. Цбх.э

U = U вых.э вх.q р К (у ц ) IIx. тх ц х (12) Если U — = К = const то выражение

R5 бR

6 примет вид

Из выражения 14 видно, что расширение динамического диапазона сигнала в экспандере осуществляется с постоянным коэффициентом, равным 2.

При обеспечении условия Ц „ =Ц „„„ выражение 14 можно переписать в следующем виде

7 или с учетом выражения 7

Техред Н.Глущенко

Корректор А.Ильин

Редактор О.Кузнецова

Заказ 2680/1

Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

Hs равенства 16 следует, что в результате компрессирования и последующего экспандирования предлагаемым устройством динамического диапазона сигнала последний не изменяется.

Таким образом, в шумоподавителе сжатие и расширение динамического диапазона и соответственно снижение

23512 8 шума канала передачи осуществляется в полосе пропускання фильтра верхних частот с автоматически перестраиваемой в зависимости от спектра сигнала частотой среза, благодаря чему снижается эффект модуляции уровня шума.

Применение шумоподавления, например, в составе магнитофона позволяет

10 увеличить отношение сигнал/шум канала записи — воспроизведения на 20 дБ.