Шумоподавитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.ШУМОПОДАВИТЕЛЬ,содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вьшод 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 вьшолненов виде резистора, 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, отличающийся тем, что, с цепью уменьшения модуляции уровня шума, во второе плечо частотно-зависимого делителя напряжения введен i 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 дополнительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот. 4ib ЭО У1 4 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5I) 4 Н 04 В 1/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTI41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !13 „" 13

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3638350/24-09 (22) 31.08.83 (46) 07.06.87. Бюл. 11- 21 (72) И.С.Изаксон, П.Н.Колесников, В,А.Заика, В.А.Смирнов и А.Я.Лесниченко (53) 621.396.669(088.8) (56) Патент ФРГ У 2406258, кл. Н 04 В 1/64, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 988980, кл. Н 04 В 1/64, 1981. (54) (57) 1.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 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, отличающийся тем, что, с целью уменьшения модуляции уровня шума, во второе плечо частотно-зависимого 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 дополнительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра -верхних частот.

2. Шумоподавитель по п. 1, о т.л и- . мени с перезапуском, выход которого ч а ю шийся 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- 5 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 форми- 5 пователь управляющего напряжения.

Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумоподавления обусловленной эффектом модуляФ

30 ции шума, состоящим в слышимом изменении уровня шума при изменении уровня полезного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является шумо- 35 подавитель, содержащий операционный усилитель и частотно-зависимый 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 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.

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

Цель изобретения — уменьшение моцуляции уровня шума.

Поставленная цель достигается тем,, что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотнозависимый делитель напряжения, один вывод которого является входом шумоподавителя, другой подключен к выходу операционного усилителя, являющегося выходом шумоподавителя, а от1148

4 вод 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- 15 тельного фильтров верхних частот, которые выполнены управляемыми по частоте, во второе плечо частотно- зависимого делителя напряжения введен сумматор, входы которого подклю- 2р 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- 25 нительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот, а также тем, что формирователь управляющего напряжения содержит последовательно соединен- 30 ные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и выходной фильтр нижних частот, параллельно входу которого включен разрядный ключ, а параллельно выходу — элемент с управляемым сопротивлением, а также последовательно соединенные входной амплитудный детектор, первый компаратор, селектор импульсов по длительности и реле времени с перезапуском, 4р выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя на пряжения и через цепь положительной обратной связи к управляющему входу селектора импульсов по длительности, 45 при этом между выходом амплитудного

1 детектора и управляющими входами разрядного ключа и элемента с управляемым сопротивлением: включены соответственно второй компаратор и ог- 5р раничитель по минимуму.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема шумоподавителя в режиме компрессирования, на фиг:

2 — то же, в режиме экспандирования. 55

Шумоподавитель содержит операционный усилитель 1, частотно-зависимый делитель напряжения 2, первое плечо которого выполнено на резисФоре 3, второе содержит фильтр 4 нижних частот, основной фильтр 5 верхних частот и сумматор 6, дополнительный 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 15 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 N раз больше, так что в режиме компрессирования коэффициент передачИ устройства в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот будет в N раз больше коэффициента передачи устройства в полосе пропускания фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандирования в И раз меньше.

Избранное число N (-! О) определяет максимальную величину сжатия или расширения динамического диапазона т составляющих сигнала, располагающихся в полосе пропускания основного фильтра 5 верхних частот и, соответственно, не зависит от его частоты среза. Изменение величины сжатия или расширения динамического диапазона сигнала осуществляется лишь в полосе затухания основного фильтра 5 верхних частот при перестройке его частоты 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 основного

5 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 1О 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 f5 сумматора 6. С выхода сумматора 6 сигнал, образованный суммой составляющих входного сигнала, выделенных основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частот, поступа- 2р

Ф ет 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 6 него 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 повышений уровня сигнала на входе шумоподавителя.

С 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 прохождении упомянутых составляющих 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 превышающего 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, 4р 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 в 45 ствие того, что характеристики экспандера обратны характеристикам компрессора, Одновременно с составляющими сигнала ослабляются и составляющие шума канала передачи, расположен- 5О 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 через

114854

При быстром увеличении входного сигнала до уровня, превьппающего порог ограничения ограничителя. 20 по минимуму, сигнал .поступает на управляющий вход элемента 19 с управляемым со- 5 противлением. При этом сопротивление последнего уменьшается, шунтируя цепь разряда конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, вследствие чего разряд конденсатора ускоряется и вре-10 мя 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 входах основного 5, и дополнительного 7 фильтров. верхних частот, что вызыва- 20 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- З0 тора 11 последний возвращается в исходное состояние, разрядный ключ 18 размыкается, ограничитель 20 по минимуму возвращается в исходное состояние, увеличивая тем самым сопро- 35 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, наступающего

3 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 8

I несколько ниже (практически на 2 дВ) порога срабатывания второго компаратора 11, то второй компаратор 11 изменяет свое состояние при сигналах с превьппающих его порог срабатывания.

Однако при этом, если длительность импульса, сформированного вторым компаратором 11 из сигнала, поступающего с выхода амплитудного детектора 9, не превьппает порога селекции селектора 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 на противоположное при появлении импульса на входе, и возвращающуюся в исходное состояние после окончания импульса, .спустя-заданное время задерики.

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, управляющий вход которого является входом реле времени 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 10 ° превыт шает порог селекции селектора 12 им пульсов 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 состояние после 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 сигнала

9 l 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- 10 вень низкочастотных составляющих в. формирователе 8 управляющего напряжения снижается, а сигнал управления формируется из высокочастотных составляющих полезного сигнала, рас- 15 полагающихся в текущей полосе пропускания основного и дополнительных фильтров верхних частот. Это обуславливает малое время восстановления коэффициента передачи шумоподавителя gp при уменьшении уровня высокочастотных составляющих, наступающем вслед за их увеличением. ,Управляющее напряжение на выходе формирователя 8 управляющего напряже- 25 ния подчиняется следующему математическому выражению: (4) 5 В<<.5 У(< 2) <

5 2 7 й

U -П

<1 < % Т(< 2) 9 «<Л откуда

<<2 U„«ц2 и«)

B< 5 К (7) К

U

5 где

5

К,«

Учитывая что †" — = К = const тогУ

К

У

35 да выражение (7) можно записать в следующем виде:

K„(F U4 ) = (КП,„, )" . (8) 4Р 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).

К

<< «

Исходя из того, что коэффициент передачи цепи в режиме компрессирования от каждого из входов сумматора 6 до выхода шумоподавителя равен 1, а также с учетом выражения (8), напря55 жение на в оде компрессора можно представить в следующем виде:

К(FU) = — -1—

К U

5 9 коэффициент передачи второго компаратора 11; выходное напряжение основного фильтра 5 верхних частот; коэффициент передачи допол.нительного фильтра 7 верхних частот, являющийся функцией частоты и управляющего напряжения; коэффициейт передачи амплитудного детектора 9; напряжение порога срабатывания второго компаратора

11. Из выражения (1) запишем значение коэффициента передачи дополнительного фильтра 7 верхних частот

К (F,U ) = - +- — — — -- ° (2)

U«<

% 9 « 5 9 1 огда при К„оо выражение (2) принимает вид

5 I0

Выходное напряжение основного фильтра 5 верхних частот. представим следующим образом: где U „ — напряжение на входе основного фильтра 5 верхних частот;

K5(F,U ) — коэффициент передачи основного фильтра 5 верхних частот, являющийся функцией частоты и управляющего напряжения.

Поскольку основной и дополнительный фильтры верхних частот идентичны и имеют одинаковую, зависимость частоты среза от управляющего напряжения, то (5) K (F U ) =U — — — — (6) Kll«

7 < 2 В<<5 Ц . К

С учетом (5) и (3) выражение .(4) имеет вид

1148545 ь@

{K Пв.,комв. ) + U» х

If? (К Пвх.экс ) +U»

« вых, экс. (9) (13) В o,с

5 тогда выражение (10) с учетом (13) зазапишется

10 (10) 1

М

1/К2+Во с

15 входное напряжение экспандера; коэффициент передачи экспандера; коэффициент передачи операционного усилителя 1; коэффициент передачи цепи отрицательной об- . ратной связи, равный экс экс.

Ва,с (17) 1 вя, камп где U — выходное напряжение фильтра

4 нижних частот, U „ „„ — входное напряжение компрессора.

Напряжение на выходе экспандера можно записать следующим образом: х вых. экс; Ьх. экс. экс . вх. Экс

В (11) о,с живых, экс, С учетом выражения (8) (К П вх. ) +П»

В в в (12) ас ц

) вых ° экс а также с учетом того, что в экспандеРе Пвх.ь = Пвых экс полУчим

)(14) вых. экс. 1 (К 11вл,„экс,)" +U»

К2 явь к. JKc. тогда при К2 — ю получим (П вкэъкс =. о») — (15) вых. экс, . К где К вЂ” постоянная величина.

Цвх,,„, " U s„, õ выражение (15) запишется (Uвых.экс U4) вык экс К

Подставляя значения из выражения (9) получим

11 (К Пвх. колу. ) +П» П»1

Ьых. 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.

I 148545

Редактор E. Нефедова Техред Н. Глущенко Корректор А.Ильин

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