Способ измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов и устройство для его осуществления

Способ измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике связи, в частности к цифровым способам и устройствам измерения мощности акустических сигналов.

Известен цифровой способ (Мирский Г.Я. Электронные измерения: М.: Радио и связь, 1986, рис.8.10.) измерения средней мощности акустических сигналов, принятый за прототип. Данный способ включает преобразование входного сигнала, линейное аналого-цифровое преобразование сигнала, цифровое квадрирование, формирование значения средней мощности измеряемого сигнала путем цифрового суммирования и усреднения и цифровую индикацию.

Известно устройство (Мирский Г.Я. Электронные измерения: М.: Радио и связь, 1986, рис.8.10.) для осуществления способа измерения средней мощности акустических сигналов, содержащее последовательно соединенные: входной блок, линейный аналого-цифровой преобразователь, цифровой квадратор, цифровой сумматор-усреднитель, блок индикации с дисплеем, а также блок управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами, соответственно, входного блока, линейного аналого-цифрового преобразователя, цифрового квадратора и цифрового сумматора-усреднителя.

Недостатком известного способа и устройства является существенное снижение точности измерения мощности сигнала при цифровом его представлении на коротких временных интервалах (мгновенных значениях мощности), соизмеримых с длительностью существования отдельных звуковых объектов. На больших длительностях сигнала точность известного метода и устройства повышается, однако вследствие особенностей самого способа измерения мощности, имеют место погрешности, которые оказываются приемлемыми при одних видах измерений и неприемлемы при других видах измерений. Дело в том, что существующие цифровые способы измерения мощности дискретизированного сигнала вносят ошибку, особенно существенную на коротких интервалах, что обусловлено самим способом представления. Действительно, операция цифрового суммирования с усреднением, соответствует выражению [Мирский]:

где n_i - числовой эквивалент мгновенной амплитуды сигнала при i-й выборке,

N - количество дискретных отсчетов на данном отрезке времени.

Из формулы (1) видно, что, чем короче временной интервал, на котором измеряется мощность сигнала, при цифровом его представлении (малое количество дискретных отсчетов), тем больше будет величина ошибки. Для примера рассмотрим случай, когда частота дискретизации больше наиболее высокой частоты акустического сигнала в 4 раза и половина отсчетов соответствует нулю, а половина - максимальному значению амплитуды сигнала. Измерение мощности такого сигнала на длительности в несколько периодов колебания сигнала с использованием его программной реализации в среде звукового редактора «COOL» приводит к достаточно большим ошибкам (рис.1). На рисунке приведены примеры расчета мощности процесса на длительности 0,5, 1, 2, 9 периодов колебания акустического сигнала. Из рис.1 видно, что наибольшая погрешность измерения мощности будет при использовании наиболее коротких временных интервалов сигнала, однако данная погрешность вследствие самого способа представления имеет место и на длительных временных интервалах. Т.е. известный способ не пригоден для измерения абсолютных и относительных значений мощности сигнала на коротких временных интервалах (мгновенной мощности), а следовательно, и для оценки характера изменения мгновенных абсолютных и относительных значений мощности на сравнительно длительных временных отрезках.

Задачами предлагаемого изобретения являются

1. Повышение точности цифрового метода измерения средней мощности акустических сигналов.

2. Расширение функциональных возможностей для измерения абсолютной и относительной мощности акустических сигналов на коротких (мгновенная мощность) и длинных временных интервалах.

Предлагаемый способ измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов включает преобразование входного сигнала, линейное аналого-цифровое преобразование сигнала, цифровое квадрирование, формирование значения средней мощности измеряемого сигнала путем цифрового суммирования и усреднения, цифровую индикацию. В отличие от прототипа после линейного аналого-цифрового преобразования сигнала и перед цифровым квадрированием осуществляют в цифровом виде гильбертовское преобразование с формированием ортогонального сигнала из цифрового сигнала, полученного после аналого-цифрового преобразования, выделение в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей исходного аналогового сигнала, формирование К сегментов цифрового сигнала из N кодовых комбинаций в каждом сегменте из выделеннного в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей исходного аналогового сигнала. А после цифрового квадрирования осуществляют формирование в каждом из К сегментов, путем суммирования и усреднения, цифрового отсчета, соответствующего значению пиковой мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, после чего в каждом из полученных К=K₁ цифровых отсчетов путем деления на два в цифровом виде осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, а далее полученные К=K₁₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из К₁₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке, после чего осуществляют цифровую индикацию K₁₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке. А также осуществляют формирование в каждом из К сегментов цифрового сигнала цифрового отсчета, соответствующего пиковому значению амплитуды измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, после чего в каждом из полученных К=К₂ цифровых отсчетов, путем квадрирования и деления на два, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, после этого в каждом из полученных K=K₂₁ цифровых отсчетов, путем деления цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, на цифровой отсчет, соответствующий значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на этом же коротком временном отрезке, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, а далее полученные К=К₂₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из K₂₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке, после чего осуществляют цифровую индикацию К₂₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

Поставленная в предлагаемом способе задача решается за счет того, что для измерения используются не быстро изменяющиеся в широком диапазоне цифровые значения мгновенной амплитуды измеряемого аналогового сигнала, а выделенный в цифровом виде на основе гильбертовского преобразования медленно изменяющийся сигнал, соответствующий амплитудной огибающей этого аналогового сигнала. Когда имеется такой сигнал, соответствующий огибающей, то данный медленно меняющийся сигнал можно измерять с минимальной ошибкой в том числе и на коротких временных интервалах. Для этого после преобразования входного аналогового сигнала, линейного аналого-цифрового преобразования и выделения в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей измеряемого аналогового сигнала, осуществляют формирование К сегментов цифрового сигнала из N кодовых комбинаций в каждом сегменте, соответствующих медленно меняющимся значениям амплитудной огибающей аналогового сигнала. Далее в каждом из К сегментов после квадрирования осуществляют суммирование и усреднение медленно меняющегося цифрового сигнала и получают значение цифрового отсчета, соответствующего значению пиковой мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. После этого в каждом из полученных К₁ цифровых отсчетов путем деления на два в цифровом виде осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. Далее эти полученные K₁₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из K₁₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке. И, наконец, осуществляют цифровую индикацию K₁₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

Такая индикация позволяет с большой точностью оценить как отдельные значения средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения значений средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов.

Для измерения относительной средней мощности сигнала осуществляют формирование в каждом из К сегментов цифрового сигнала цифрового отсчета, соответствующего пиковому значению амплитуды измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. Далее, в каждом из этих полученных К₂ цифровых отсчетов, путем квадрирования и деления на два, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. После этого в каждом из этих полученных К₂₁ цифровых отсчетов, путем деления цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, на цифровой отсчет, соответствующий значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на этом же коротком временном отрезке, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. Эти полученные К₂₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из К₂₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке. И, наконец, осуществляют цифровую индикацию К₂₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

Такая индикация позволяет с большой точностью оценить как отдельные значения относительной средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения относительной средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов.

Решение задачи по повышению точности цифрового метода измерения мощности акустических сигналов позволяет измерять как абсолютную, так и относительную мощности данных сигналов на коротких (мгновенная мощность) и длинных временных интервалах, а также оценивать характер изменения мгновенных абсолютных и относительных значений мощности на этих длинных временных интервалах.

Поставленная задача решается также тем, что в устройство измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов, содержащее последовательно соединенные входной блок, линейный аналого-цифровой преобразователь, цифровой квадратор, цифровой сумматор-усреднитель, блок индикации с дисплеем, а также блок управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими (вторыми) входами, соответственно, входного блока, линейного аналого-цифрового преобразователя, цифрового квадратора и цифрового сумматора-усреднителя, в отличие от прототипа дополнительно включены блок гильбертовского ортогонального преобразования, блок вычисления амплитудной огибающей, блок сегментации, блок деления на два, первый блок памяти, анализатор пиковых значений на длительности сегмента, формирователь мощности гармонического колебания с заданной амплитудой, формирователь оценки относительной средней мощности, второй блок памяти. При этом первый выход линейного аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока гильбертовского ортогонального преобразования, а его второй выход соединен со вторым входом блока сегментации и вторым входом блока гильбертовского ортогонального преобразования, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока вычисления амплитудной огибающей, выход которого соединен с первым входом блока сегментации, первый выход которого соединен с первым входом цифрового квадратора и входом анализатора пиковых значений на длительности сегмента, а его второй выход соединен со вторым входом первого блока памяти и вторым входом второго блока памяти, выход цифрового квадратора соединен с первым входом сумматора-усреднителя, выход которого соединен со входом блока деления на два, выход которого соединен со вторым входом формирователя оценки относительной средней мощности и первым входом первого блока памяти, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока индикации с дисплеем, при этом выход анализатора пиковых значений на длительности сегмента соединен с первым входом формирователя мощности гармонического колебания с заданной амплитудой, второй вход которого подключен к пятому выходу блока управления, а выход анализатора пиковых значений на длительности сегмента соединен с первым входом формирователя оценки относительной средней мощности, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с третьим и четвертым входами блока индикации с дисплеем.

Предложенный способ и устройство поясняются рисунками, где:

Рис.1. Зависимость погрешности измерения у прототипа от временного интервала, на котором измеряется мощность сигнала, при цифровом его представлении.

Рис.2. Структурная схема устройства измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов.

Рис.3. Блок гильбертовского ортогонального преобразования.

Рис.4. Блок вычисления амплитудной огибающей.

Рис.5. Блок сегментации.

Рис.6. Сумматор-усреднитель.

Рис.7. Первый и второй блоки памяти.

Рис.8. Анализатор пиковых значений на длительности сегмента.

Рис.9. Формирователь мощности гармонического колебания с заданной амплитудой.

Рис.10. Схема сегментации и наложения оконной функции Наттолла, входящей в блок гильбертовского ортогонального преобразования.

Рис.11. Временные диаграммы работы схемы сегментации и наложения оконной функции Наттолла, входящей в блок гильбертовского ортогонального преобразования.

Рис.12. Схема перекрытия сегментов и компенсации неравномерности оконной функции Наттолла, входящей в блок гильбертовского ортогонального преобразования.

Рис.13. Временные диаграммы работы схемы перекрытия сегментов и компенсации неравномерности оконной функции Наттолла, входящей в блок гильбертовского ортогонального преобразования.

Способ измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов реализуется следующим образом.

Входной акустический сигнал в зависимости от его амплитуды подвергается преобразованию в виде усиления или ослабления. Далее осуществляют линейное аналого-цифровое преобразование сигнала и полученный сигнал подвергают в цифровом виде гильбертовскому преобразованию с формированием ортогонального сигнала. Это преобразование соответствует тому, что все спектральные составляющие, входящие в измеряемый акустический сигнал, сдвигаются по фазе на 90°. После этого осуществляют выделение в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей измеряемого аналогового сигнала A(t). Для этого используют цифровой сигнал, соответствующий исходному акустическому сигналу u(t), и цифровой сигнал после гильбертовского преобразования, соответствующий исходному акустическому сигналу, но со сдвинутыми на 90° спектральными составляющими u₁(t). Выделение амплитудной огибающей осуществляют в соответствии с формулой A(t)=[u²(t)+u₁ ²(t)]^1/2.

Далее из выделенного в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей исходного аналогового сигнала, осуществляют формирование К сегментов цифрового сигнала из N кодовых комбинаций в каждом сегменте. Такая сегментация позволяет измерять мощность сигнала на коротких временных интервалах (мгновенную мощность). После этого осуществляют квадрирование и формирование в каждом из К сегментов путем суммирования и усреднения в цифровом виде медленно меняющегося цифрового сигнала и получают значение цифрового отсчета, соответствующего значению пиковой мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке (сегменте). При этом получается К=K₁ таких цифровых отсчетов. После этого в каждом из K₁ цифровых отсчетов путем деления на два в цифровом виде осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=K₁₂ таких цифровых отсчетов. Далее эти K₁₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из K₁₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке. И, наконец, осуществляют цифровую индикацию K₁₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

Такая индикация позволяет с большой точностью оценить как отдельные значения средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения значений средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов.

Для измерения относительной средней мощности сигнала осуществляют формирование в каждом из К сегментов цифрового сигнала цифрового отсчета, соответствующего пиковому значению амплитуды измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=К₂ таких цифровых отсчетов. Далее, в каждом из этих К₂ цифровых отсчетов, путем квадрирования и деления на два, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=K₂₁ таких цифровых отсчетов. После этого в каждом из этих К₂₁ цифровых отсчетов, путем деления цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, на цифровой отсчет, соответствующий значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на этом же коротком временном отрезке, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=К₂₂ таких цифровых отсчетов. Эти К₂₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из К₂₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке. И, наконец, осуществляют цифровую индикацию К₂₂ запомненных цифровых отсчетов и цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

Такая индикация позволяет с большой точностью оценить как отдельные значения относительной средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения относительной средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов.

Описанный способ обеспечивает повышение точности измерения мощности акустических сигналов и позволяет измерять как абсолютную, так и относительную мощности данных сигналов на коротких временных интервалах (мгновенная мощность), а также оценивать характер изменения мгновенных абсолютных и относительных значений мощности на сравнительно длительных временных отрезках.

Устройство измерения мгновенных и средних значений абсолютной и относительной мощности акустических сигналов (рис.2) состоит из: входного блока 1, линейного аналого-цифрового преобразователя 2, блока гильбертовского ортогонального преобразования 3, блока вычисления амплитудной огибающей 4, блока сегментации 5, цифрового квадратора 6, сумматора-усреднителя 7, блока деления на два 8, первого блока памяти 9, анализатора пиковых значений на длительности сегмента 10, формирователя мощности гармонического колебания с заданной амплитудой 11, формирователя оценки относительной средней мощности 12, второго блока памяти 13, блока индикации с дисплеем 14, блока управления 15.

Первый (информационный) вход входного блока 1 соединен со входом устройства, а выход - с первым входом линейного аналого-цифрового преобразователя 2. Первый выход линейного аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с первым входом блока гильбертовского ортогонального преобразования 3, а его второй выход соединен со вторым входом блока сегментации 5 и вторым входом блока гильбертовского ортогонального преобразования 3. Первый и второй выходы блока гильбертовского ортогонального преобразования 3 соединены, соответственно, с первым и вторым входом блока вычисления амплитудной огибающей 4, выход которого соединен с первым входом блока сегментации 5. Первый выход блока сегментации 5 соединен с первым входом цифрового квадратора 6 и входом анализатора пиковых значений на длительности сегмента 10. Второй выход блока 5 соединен со вторым входом первого блока памяти 9 и вторым входом второго блока памяти 13. Выход цифрового квадратора 6 соединен с первым входом сумматора-усреднителя 7, выход которого соединен со входом блока деления на два 8. Выход блока 8 соединен со вторым входом формирователя оценки относительной средней мощности 12 и первым входом первого блока памяти 9, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока индикации с дисплеем 14.

Выход анализатора пиковых значений на длительности сегмента 10 соединен с первым входом формирователя мощности гармонического колебания с заданной амплитудой 11, выход которого соединен с первым входом формирователя оценки относительной средней мощности 12. Выход блока 12 соединен с первым входом второго блока памяти 13, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с третьим и четвертым входами блока индикации с дисплеем 14. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления 15 соединены со вторыми входами, соответственно входного блока 1, линейного аналого-цифрового преобразователя 2, цифрового квадратора 6, сумматора-усреднителя 7 и формирователя мощности гармонического колебания с заданной амплитудой 11.

Предлагаемый способ осуществляется при помощи предлагаемого устройства следующим образом (рис.2). Акустический аналоговый сигнал подается на вход устройства и далее поступает на первый вход входного блока 1, где в зависимости от его амплитуды подвергается преобразованию в виде усиления или ослабления. Затем акустический сигнал с выхода входного блока 1 подается на вход линейного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2. В данном блоке осуществляется линейное аналого-цифровое преобразование сигнала. Цифровой сигнал в параллельном коде поступает с выхода АЦП 2 на первый вход блока гильбертовского ортогонального преобразования (БГОП) 3, на второй вход которого подаются импульсы с частотой дискретизации со второго выхода АЦП 2. В блоке 3 осуществляется в цифровом виде гильбертовское преобразование с формированием ортогонального сигнала. Это преобразование соответствует тому, что все спектральные составляющие, входящие в исходный акустический сигнал, сдвигаются по фазе на 90°.

Далее цифровой сигнал с первого и второго выходов блока 3 в параллельных кодах поступает, соответственно, на первый и второй входы блока вычисления амплитудной огибающей (БВАО) 4. В блоке 4 осуществляется выделение в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей измеряемого аналогового сигнала A(t). Для этого используется цифровой сигнал, с первого выхода БГОП 3, соответствующий измеряемому акустическому сигналу u(t), и цифровой сигнал со второго выхода БГОП 3, соответствующий измеряемому акустическому сигналу, но со сдвинутыми на 90° спектральными составляющими U₁(t). Выделение амплитудной огибающей в блоке 4 осуществляется в соответствии с формулой A(t)=[u²(t)+u₁ ²(t)]^1/2.

Цифровой сигнал с выхода блока 4 в параллельном коде поступает на первый вход блока сегментации 5, на второй вход которого подаются импульсы с частотой дискретизации со второго выхода АЦП 2. В данном блоке 5 из выделенного в цифровом виде сигнала, соответствующего амплитудной огибающей измеряемого аналогового сигнала, осуществляется формирование К сегментов цифрового сигнала из N кодовых комбинаций в каждом сегменте. Такая сегментация позволяет измерять мощность сигнала на коротких временных интервалах (мгновенную мощность). После этого цифровой сигнал в виде сегментов с первого выхода блока 5 поступает на вход анализатора пиковых значений на длительности сегмента (АПЗДС) 10 и на первый вход цифрового квадратора 6. В блоке 6 осуществляется возведение в квадрат поступившего в виде сегментов цифрового сигнала.

Далее цифровой сигнал в виде сегментов с выхода блока 6 поступает на первый вход сумматора-усреднителя 7, где в каждом сегменте осуществляется суммирование и усреднение медленно меняющегося цифрового сигнала и формируется значение цифрового отсчета, соответствующего значению пиковой мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке (сегменте). При этом получается К=K₁ таких цифровых отсчетов.

После этого K₁ цифровых отсчетов поступают с выхода блока 7 на вход блока деления на два 8. В данном блоке в каждом из K₁ цифровых отсчетов путем деления на два в цифровом виде осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=K₁₂ таких цифровых отсчетов.

Далее K₁₂ цифровых отсчетов поступают с выхода блока 8 на первый вход первого блока памяти 9, на второй вход которого подаются импульсы с частотой сегментации со второго выхода блока сегментации 5. В блоке 9 К₁₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из K₁₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

После этого K₁₂ запомненных цифровых отсчетов с первого выхода блока 9 и цифровой отсчет, соответствующий значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке со второго выхода блока 9, подаются, соответственно, на первый и второй входы блока индикации с дисплеем 14. Данный блок 14 позволяет с большой точностью измерять как набор отдельных значений средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения значений средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов.

Для измерения относительной средней мощности сигнала осуществляется подача цифрового сигнала в виде сегментов с первого выхода блока 5 на вход анализатора пиковых значений на длительности сегмента (АПЗДС) 10. В данном блоке осуществляют формирование в каждом из К сегментов цифрового сигнала цифрового отсчета, соответствующего пиковому значению амплитуды измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=К₂ таких цифровых отсчетов. После этого К₂ цифровых отсчетов с выхода блока 10 поступает на первый вход формирователя мощности гармонического колебания с заданной амплитудой (ФМГСЗА) 11. На второй вход данного блока подаются управляющие сигналы с пятого выхода блока управления 15. В блоке 11 в каждом из этих К₂ цифровых отсчетов, путем квадрирования и деления на два, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому (при подаче «лог.0» на 2 вход блока 11) или номинальному (при подаче «лог.1» на 2 вход блока 11) значению измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=К₂₁ таких цифровых отсчетов.

Далее К₂₁ цифровых отсчетов с выхода ФМГСЗА 11 подаются на первый вход формирователя оценки относительной средней мощности (ФООСМ) 12. На второй вход блока 12 с выхода блока 8 деления на два подаются K₁₂ цифровых отсчетов, соответствующих значениям средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротких временных отрезках. В блоке 12 в каждом из цифровых отсчетов, путем деления цифрового отсчета, соответствующего значению средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке, на цифровой отсчет, соответствующий значению мощности гармонического колебания, амплитуда которого равна пиковому или номинальному значению измеряемого аналогового сигнала на этом же коротком временном отрезке, осуществляют формирование цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на коротком временном отрезке. При этом получается К=К₂₂ цифровых отсчетов.

После этого К₂₂ цифровых отсчетов с выхода ФООСМ 12 подаются на первый вход второго блока памяти 13, на второй вход которого поступают импульсы с частотой сегментации со второго выхода блока сегментации 5. В блоке 13 К₂₂ цифровых отсчетов запоминают, а также осуществляют формирование из К₂₂ цифровых отсчетов, путем суммирования и усреднения этих отсчетов, цифрового отсчета, соответствующего значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке.

В заключение К₂₂ запомненных цифровых отсчетов с первого выхода блока 13 и цифровой отсчет, соответствующий значению относительной средней мощности измеряемого аналогового сигнала на длительном временном отрезке со второго выхода блока 13, подаются, соответственно на третий и четвертый входы блока индикации с дисплеем 14. Данный блок 14 позволяет с большой точностью измерять как набор отдельных значений относительной средней мощности на коротких временных отрезках, так и характер изменения значений относительной средней мощности на сравнительно длительном временном отрезке, содержащем К сегментов

Пример реализации блока гильбертовского ортогонального преобразования (БГОП) 3 показан на рис.3 Данный блок содержит последовательно соединенные: схему сегментации и наложения оконной функции Наттолла (ССНОФН), схему прямого дискретного преобразования Фурье (СПДПФ), схему поворота фазы коэффициентов преобразования (СПФКП), схему обратного дискретного преобразования Фурье (СОДПФ), схему перекрытия сегментов и компенсации неравномерности оконной функции Наттолла (СПСКНОФН). Кроме того, БГОП 3 содержит схему удвоения частоты импульсов дискретизации (СУЧИД) и линию задержки. Первый (кодовый) вход ССНОФН соединен с первым (кодовым) входом БГОП 3 и первым (кодовым) входом линии задержки, а кодовый выход ССНОФН подключен через последовательно соединенные СПДПФ, СПФКП, СОДПФ к кодовому входу СПСКНОФН, кодовый выход которой соединен со вторым кодовым выходом БГОП 3. Второй вход БГОП 3 соединен со вторым входом ССНОФН, вторым входом СПСКНОФН, вторым входом линии задержки и входом СУЧИД, выход которой соединен с третьим входом ССНОФН, третьим входом СПСКНОФН, вторым входом СПДПФ, вторым входом СПФКП и вторым входом СОДПФ. Кодовый выход линии задержки соединен с первым кодовым выходом БГОП 3

Работа блока гильбертовского ортогонального преобразования (БГОП) 3 основана на выражении для прямого и обратного дискретного преобразования Фурье (ДПФ)

где x(n) - последовательность из В временных отсчетов, X(k) - последовательность из В частотных отсчетов.

Блок БГОП 3 функционирует следующим образом (рис.3). На первый (кодовый) вход БГОП 3 поступают параллельные кодовые комбинации с выхода АЦП 2. Эти кодовые комбинации подаются на первый (кодовый) вход линии задержки и на первый (кодовый) вход ССНОФН, на второй и третий входы которой поступают, соответственно, импульсы частоты дискретизации и импульсы с удвоенной частотой дискретизации. В ССНОФН осуществляют формирование сегментов, состоящих из В параллельных кодовых комбинаций в каждом сегменте, соответствующих В временным дискретным отсчетам звукового сигнала. На каждый сегмент далее налагают оконную функцию Наттолла. Цифровой сигнал в виде сегментов из В параллельных кодовых комбинаций в каждом сегменте с кодового выхода ССНОФН поступает на кодовый вход СПДПФ, где осуществляют В точечное прямое дискретное преобразование Фурье этих В параллельных кодовых комбинаций в каждом сегменте.

Необходимость наложения оконной функции Наттолла вызвана тем, что при дискретном преобразовании Фурье (ДПФ) используется прямоугольное окно без перекрытия, что приводит к появлению разрывов анализируемых функций. Возникающие вследствие этого в спектре боковые лепестки преобразования окна, называемые просачиванием, будут искажать амплитуды соседних спектральных составляющих. Для снижения уровня искажений и помех необходимо минимизировать такое просачивание энергии боковых лепестков в основные компоненты сигнала. Очевидно, что, чем ниже уровень боковых лепестков функции окна в частотной области, тем выше точность прямого дискретного преобразования Фурье. Наименьшим уровнем боковых лепестков, из существующих оконных функций, обладает именно окно Наттолла.

В результате В точечного прямого дискретного преобразования Фурье В кодовых комбинаций в СПДПФ формируют В пар коэффициентов, соответствующих представлению цифрового звукового сигнала в спектральной области. Далее цифровой сигнал с кодового выхода СПДПФ подается на кодовый вход СПФКП, где осуществляют поворот фазы коэффициентов преобразования путем изменения в каждой паре коэффициентов знака коэффициента при jsin 2πnk/В, что с