SE445697B - Anordning for eliminering av brum i en signal - Google Patents

Description

8405878-5 instrumentets nätdel.

Med högpassfilter kan brummets starkaste deltoner skäras bort.

Det visar sig emellertid att det trots allt kan vara besvärligt att i till- räcklig grad eliminera brunzmet. Med t.e:n. en gitarrist som ständigt rör sig på scenen är det nära nog omöjligt att effektivt eliminera kopplingen för brum- överföringen. Vid stora hörsalars högtalaranläggningar kan det vara mycket kostsamt att byta ledningssystem. Balanserade kablar ger brumreducering endast då de används tillsammans med balanserade signalkíillor och balanserade in- gångar hos mottagarna vilket minskar flexibiliteten. Ombyggnad av instruments nätdelar kan bli kostsam. Vid högpassfiltrering kornmer även den nyttiga sig- nalen att påverkas, och vid övertonsrikt brum blir man ej av med deltonerna av högre ordning. Ändænålet med föreliggande uppfinning är att eliminera nu nämnda och andra nackdelar.

REuoc-'ÖRELSE FOR UPPFINNINGEN Den enligt uppfinningen utformade anordningens fördröjningskrets har positiv återkoppling, och någonstans i återkopplingsslingan finns organ som gör att en återkopplad signals amplitud, derivata och ev. även derivator av högre ordning begränsas.

Anordningen är vidare så utformad att det starkast tänkbara brum som kan inkomna på dess signalingång nätt och jämt filtreras utan distortion, och den har en relativt stor bandbredd så att en nyttig signal lätt kan överstyra den, men uppkommande distortionen blir mycket liten, tack vare begränsningen i återkopplingen. Då den nyttiga signalen upphör svänger anordningen snabbt in sig på bmmrnets kurvform tack vare den stora bandbredden och begränsningen i återkopplingen.

Fördröjningskretsen kan realiseras digitalt. Med återkopplingsfaktorn ett fås på så sätt bandbredd noll. Då är insignalens väg till återkopplingsslingan spärrad. En speciell krets styr filtret så att brummets kurvform efter åter- kopplingsslingan överensstämmer med brurmnets kurvform före återkopplings- slingan, då den nyttiga signalen är försumbart låg. Denna kretsen känner av dels signalen på utgången av hela anordningen och dels signalen från en åter- kopplingsslinga vars återkopplingsfaktor är mindre än ett. (I det här fallet 8405878-3 _3.. är bandbredden relativt smal.) Med ledning av dessa signaler avgör kretsen om den, på anordningens ingång påförda, signalens nyttiga komponent har tillräck- ligt låg styrka, jämfört med signalens brumkomponent, för att kunna betraktas som försumbart låg. När den betraktas som försumbart låg, sätter den speciella kretsen igång en styrsignalsekvens som rättar till brummets kurvform efter återkopplingsslingan.

Signalen i en digitalt återkopplad återkopplingsslinga, med återkopplingsfak- tor eæakt lika med ett, cirkulerar regelbundet med upprepningstid lika med fördröjningstiden i slingan, vilket ger upphov till en stationär, periodisk signal som likaväl skulle kunna genereras av en speciell funktionsgenerator.

Ett annat sätt att åstadkoma ett brumelimineringsfilter med bandbredd noll är alltså att subtrahera brummets kurvforny genererad i en digitalt styrd funk- tionsgenerator, från insignalen. Denna funktionsgenerator är då synkroniserad med nätfrekvensen och dess utsignals kurvform härleds från den tidigare be» skrivna återkopplingsslingan med återkopplingsfaktorn mindre än ett. Den tidi- gare beskrivna speciella kretsen ser till att kurvformen hos funktionsgenera- torns utsignal är konstant när den nyttiga signalen inte är förumbart låg; på samma sätt som nämnts i det föregående stycket.

Den speciella kretsens uppgift att avgöra om ingångssignalen skall tolkas som brum eller som nyttig signal underlättas om signalen på utgången av hela an- ordningen resp. signalen från återkopplingsslingan med återkopplingsfaktorn mindre än ett filtreras med var sitt vägningsfilter innan dessa når den spe- ciella kretsen. Dessa två vägningsfiltrens överföringsfunktioner bestämms av den nyttiga signalens spektrum resp. spektrum hos resten av brumsignalen som inte gick att fitrera bort fullständigt.

Den speciella kretsen har förinställbara fördröjningar för igångssättning av styrsignalsekvensen och känner av flera olika tröskelnivåer. Dessutom är dess reaktionstid skenbart mindre än noll. Allt detta för att sannolikheten att en nyttig signal skall tolkas som brum ska vara minimal.

Brus, distortion och resterande brum från både analogt och digitalt åter- kopplade återkopplingsslingor samt från eventuell digitalt styrd funktionsge- nerator kan reduceras med ett spänningsstyrt lågpassfilter på deras utgångar.

Lågpassfiltrets gränsfrekvens styrs av en kontrollkrets som känner av spän- ningar före och efter lågpassfiltret. Gränsfrekvensen ställs in automatiskt så att skillnaden mellan dessa två spänningar varierar omkring ett förinställt tröskelvärde. s4n5s7s-3 _4_ Kännetecken för en anordning enligt uppfinningen framgår av bifogade patent- krau .

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, där: Fig 1 visar en anordning enligt uppfinningen utformad i ett steg; Fig 2 visar en anordning med två kaskadlcopplade steg enligt Fig 1; Fig 3 visar en anordning i princip uppbyggd enligt Fig 1 men med digital fördröjning; Fig 4 visar en anordning med två steg enligt Fig 3,' Fig 5 visar exempel på begränsningskretsar som kan inkopplas i en åter- kopplingsslinga i någon av anordningarna enligt Fig 1-4, 6 och 9,' Fig 6 visar en anordning med två parallelt kopplade anordningar enligt Fig 4; Fig 7 visar en begränsningskrets med olinjàir förstärkare; Fig 8 visar vissa detaljer i samband med potentiometrar ingående i 'anordningen enligt Fig 6; Fig 9 visar en anordning med bandbredd noll, omfattande en digitalt styrd funktionsgenerator; och Fig 10 visar en anordning för att reducera brus och distortion från en återkopplingsslinga med hjälp av ett spänningsstyrt filter.

FOREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Anordningen enligt Fig 1 har en signalingång 11 för inmatning av den signal från vilken skall utfiltreras eg' önskvärt brum, och en signalutgång 144 för utmatning av en brurrzfri signal. En andra signalingdng 12 är avsedd för inmat- ning av en brumsignal med sanzrna frekvens som någon av brummets delfrekvenser.

Ett lågpassfilter 111 är inkopplat mellan signalingången 11 och en additiona- 8405878-3 krets 1? första signalingång 171 . Detta filter är dimensionerat för att elimi- nera den delen av signalen, vars frekvens överstiger halva samplingsfrekvensen hos ett tidsdiskret fördröjningsnät 13. Detta nät, som är anslutet mellan additionskretsens 17 utgång och - över en förstärkare 18 med förstärkninga- faktor a. - dess andra ingång 172, fördröjer signalen en period av brunvnets frekvens, d.v.s. brummet får samma fas på utgången 132 som på ingången 131 .

Nätet 13 styrs av en omkopplingsbar synkroniseringskrets 16 (faslåsningskrets) som på ingångssidan är ansluten till den andra signalingången 12. Genom adde- ringen i kretsen 17 kornmer brurnmet ~ ej signalen i övrigt - att få hög am- plitud (tack vare att fördröjningen fasförskjuter brurmnets alla deltoner med 360 grader) och på så sätt separeras brunzmet. Denna brann-komponent överföres via ett 'lågpassfilter 10 (bortfiltrering av vikningsfrekvenser från sampling- en) och en förstärkare 19 (dämpning) till en subtraktionskrets 14 minusingång 141 . Till denna krets plusingång 142 inmatas signalen direkt från signalin- gången 11, och på dess utgång 143 erhålles så en brumfri signal. Genom lämp- ligt val av förstärkarens 1.9 föstíírkningsfaktor* b (0451) komer nimligen brumkomponenterna från ingångarna 141 och 142 att utsläcka varandra i kretsen 14. Beträffande förstärkningsfaktorerna a och b gäller att när förstärkninga- faktorn a är stor är förstärkningsfaktorn b liten och vice versa. Förstärk- ningsfaktorn b skall ha sådan storlek att fullständig utsläckning av brum sker i subtraktionskretsen 14. Förstärkningsfaktorn a skall ha sådant storlek att önskat Q-värde hos återkopplingskretsen erhålles.

Enheterna 17, 13 och 18, som tillsammans utnyttjas för att fånga upp brumrrzet, behöver inte uppvisa hög dynamik. För undvikande av störande impulssvar från inkommande transient signal på ingången 11 är det lämpligt att koppla in en. begränsare någonstans i slingan 17-13-18 (t.ea:. vid punkten 131), men den kan också placeras före slingan eller efter slingan men före ingången 141 . I Fig 5 visas några exempel på en sådan begränsare, nämligen i Fig 5 a en amplitudbe- gränsare med en operationsförstärkare 50 och motstånd 51, 52, i Fig 5 b en begränsare för begränsning av amplituden och första derivatan, omfkzttande operationsförstärkaren 50, motståndet 51 och en kondensator 53 _, samt i Pig 5 c en generell begränsare för begränsning av såväl signalens amplitud som även signalens derivator av valfri ordning, omfattande operationsförstärkaren 50 och ett lågpassfilter 54.

Anordningen enligt Fig 2 omfattar två steg av samma slag som steget i Fig 1, 8405878-3 kopplade efter varandra mellan anordningens ingång 11 och utgång 144. Båda stegen styrs från synkroniseringskretsen 16. Med denna anordning kan man återigen ha mindre krav på stort dynomikområde för kombinationen 17-13-18.

Vidare ställs det mindre krav på förstärkaren 18 och 19, och krav på trimning av vissa potentiometrar elizmïneras. Om det första stegets 20 Q-värde väljes högre än det andra stegets 21 Q-värde och dessutom dess distortionsgräns väljes högre så uppnår man ytterligare reducering av impulssvar. Impulssvaret från steget 20 filtreras delvis bort av steget 21 .

Anordningen enligt Fig 3 har en fördröjningskrets 13 anordnad för digital fördröjning. Vidare är på fördröjningskretsens ingång resp. utgång inkopplad en analog/digital-ornvandlare 31 resp. en digital/analog-omvandlare 32. Med en omkopplare 33 i sitt övre, streekade läge är fördröjningskretsen 13 direkt återkopplad från utgången till ingången. Med fördröjningskretsen återkopplad digitalt blir återkopplingsfaktorn lika med 1, vilket innebär en bandbredd lika med 0.- Därigenom ernår man ett idealt filter som ej påverkar den nyttiga signalen. För insvängning av filtret återkopplas fördröjningskretsen 13 först på den analoga sidan med omkopplaren 33 i sitt nedre, heldragna läge. Därefter minskas bandbredden ned till 0 med den digitala återkopplingen, d.v.s. med onzkopplaren 33 i sitt övre läge.

Manövreringen av omkopplaren 33 kan automatiseras på så sätt att den styrs av ett avkänningsdon på anordningens utgångssida. Om någon nyttig signal ej upp- träder ställs omkopplaren 33 i sitt nedre läge, varigenom filtret kan svänga in sig till förekommande brum. Så fort en nyttig signal uppträder inställs omkopplaren 33 i sitt övre läge så att den nyttiga signalen ej förstör den upplagrade kurvform som finns i fördröjningskretsen 13. Beträffande förstärk- ningsfaktorerna a och b kan sägas att förstärkningsfaktorn a skall ha sådant värde att högt Q-värde erhålls.

Anordningen enligt Fig 4 är i likhet med anordningen enligt Fig 2 uppdelad i två steg, 30 resp. 40, av samma slag som anordningen enligt Fig 3. Det första steget 30 är anordnat att arbeta med höga nivåer, och det absoluta felet från omvandlarna 31 och 32 blir då stort. Det restbmm som då kvarstår .tas om hand i det andra steget 40, som arbetar med låga nivåer, varför det absoluta felet från omvandlarna 31 och 32 i det steget är litet. Med denna uppbyggnad ökar hela anordningens dynamik avsevärt. 8405878-3 _7_ Anordningen enligt Fig 6 omfattar två parallellt kopplade enheter enligt Fig 4, nämligen den övre enheten med kretsar 60-61 och den nedre enheten med kret- sar 62-63. Under tiden som den ena enheten, t.eæ. kretsarna 60-61, svänger in sig för brumeliminering har den andra enheten, kretsarna 62-63, bandbredden 0 och är kopplad ( via spänningsstyrd, elektronisk potentiometer 64) till utgång- en 144 och till styrelektroniken 66 och vice versa. På det viset blir anord- ningen ständigt korrekt inställd till den aktuella brumsituationen. Omkopplin- gen av enheterna sker med potentiometern 64 som är styrd från en styrelektro- nik 66. En annan spänningsstyrd elektronisk potentiometer 65 överför ut- signalen från den enhet vars bandbredd är större än noll till styrelektroni- ken 66 .

Den spänningsstyrda potentiometern kan även realiseras med hjälp av två spän- ningsstyrda förstärkare och en sumator eller med hjälp av två spänningsstyrda impedanser .

Om den nyttiga signalen överskrider en viss förinställd nivå förblir den en- het, t.ea:. enheten 60-61, som just för tillfället håller på att svänga in sig, frånkopplad överföringen tills den nyttiga signalens nivå sjunker under den förinställda nivån. Den andra enheten 62-63, som då har bandbredden 0, är under hela denna tid kopplad till utgången 144. Härigenom uppnås, att om den nyttiga signalen under kortare perioder innehåller toner med samma frekvenser som brumsiganlens deltoner så filtreras dessa ej bort.

Vid inkopplingen har den ena enhetens båda kretsar, t.ex. kretsarna 60 och 61 en bandbredd större än 0. Först minskas den första kretsens (60) bandbredd till 0 och sedan den andras (61). När den första kretsens bandbredd är 0, blir dess digitala distortions spektrum harmoniskt med samma grundton som brummet.

På så sätt kan den mycket effektivt filtreras bort i den andra kretsen innan dennas bandbredd minskas till 0.

För att anordningen inte ska låsa sig för gott om det t.eæ. skulle inkomna brum med en nivå överstigande den förinställda nivån så är den försedd med en krets som känner av signalen från den insvängande enheten via potentiometern 65 . Om den 'för starka” insignalen verkligen är brum så sjunker nivån från den insvängande enheten och en tidskrets signalerar efter viss förinställd tid att enheterna skall omkopplas.

Begränsningskretsen enligt Fig 7, avsedd som ev. ersättning för kretsarna 8405878-3 enligt Fig 5, onfattar ett ingångsfilter 71, en olinjär krets 72 och ett utgångsfilter 73. Filtren 71 och 73 är inversa enheter. Överföringsfunktionen hos filtret 73 skall uppvisa hög förstärkning vid de frekvenser vid vilka de starkaste deltoner hos brfumrnet uppträder. Med denna begränsningskrets erhålles mindre störande distortion om den olinjära kretsen har en distorionskurva, vars derivata av åtminstonne andra ordningen är begränsad.

Omkopplirzgen av enheterna 60-61 och 62-63 avbryts ( som tidigare beskrivits) om insignalø-n (exklusive brum) överstiger en förinställd nivå. Äterupptagnirzg av omkopplirzgen av enheterna sker när signalen har sjunkit under den nämnda ni- vån. Denra dterupptagning kan fördröjas med en tidskrets. Vidare kan anord- ningen vara sä utformad att återupptagning av omkopplingen av enheterna för- dröjs endast då signalen dessutom överstiger en andra nivå. Härigenom uppnås att en sakta avklingande signal av anordningen ej uppfattas som brum.

Detaljschemat enligt Fig 8 visar den elektroniska potentiometern 64 (_ se Fig 6) och ett vägningsfilter 80 vilket på sin utgängssida är anslutet till styrele- ktroniken 66. Dessutom visas den elektroniska potentiometern 65 och ett väg- ningsfilter 81 vilket på sin utgångssida är anslutet till styrelektroniken 66.

Filtrets 80 frekvenskarakteristik uppvisar hög förstärkning för de frekvens'- band som är mest dominerande hos den nyttiga signalen då denna är svag och således ligger nära träskelnivån. Pa° så sätt minskas sannolikheten för att anordningen även kormner att behandla den nyttiga signalen då denna är svag.

Filtrets 81 frekvenskarakteristik uppvisar hög dämpning i de frekvensband som är mest dominerande hos det resterande brummet hos signalen från potentiome- tern 65 till styrelektroniken 66. Det resterande brummet beror på att enheter- nas 60-61, 62-63 dämpning inte är oändligt stor.

Styrelektroniken 66 är så utformad att omkoppling av den enhet (t.e:n. 60-61) som just skall kopplas till utgången 144 fördröja visst tidsmoment för att eventuell insvängning hos den nyttiga signalen ej skall uppfattas av styren- heten 66' som brum. På det viset fås en skenbart negativ reaktionstid.

Synkroniseringsknetsen 16, se Fig 6, omfattar en faslåst krets anordnad som frekvensrrultiplikator med valbar multiplikationskonstant. Denna krets är om- kopplingsbar till, eller kan bytas ut mot, en osynkroniserad oscillator med reglerbar frekvens. Med hjälp av denna är det möjligt att filtrera brum även utan tillgång till brumsignal pd signalingången 12. 8405878-3 -9_ Anordningen enligt Fig 9 omfattar en digitalt styrd funktionsgenerator .91 istället för den digitalt återkopplade återkopplingsslingan. Brunmets kurvform överförs till funktionsgeneratorn 91 från förstärkaren 1.9. Funktionsgeneratorn är synkroniserad med brunfrekvensen via synkraniseringskretsen 16. Utsignalen från funktionsgeneratorn: har samma brumkurvform som den som finns på utgången av förstärkaren. 19 strax efter att förstärkarens 19 utsignal överförts till funktionsgeneratorn. Efter en avslutad överföring kan kurvformen på utgången av förstärkaren 19 ändras utan att det skulle inverka på kurvf ormen från funk- tionsgeneratorn.

En styrelektronik 92 som bygger på samma princip som styrelektroniken 66' i Fig 6 känner av dels signalen från en återkopplingsslinga, vilken signal tas från utgången av förstärkaren 1.9, och dels signalen från funktionsgeneratorn för att styra när brumkurvformen från förstärkaren 19 skall överföras till funk- tionsgeneratorn i syfte att hela tiden anpassa brumkurvformen från funktions- generatorn till den aktuella brumsituationen. Ett lågpassfilter 93 är kopplat till utgången av funktionsgeneratorn med samma motivering som gäller för låg- passfiltret 10 i Fig 1 .

För att reducera den högfrekventa delen av brus, distortion och resterande brum från återkopplingsslingor med analog eller digital återkoppling eller från den digitala funktionsgeneratorn, bör gränsfrekvensen hos lågpassfiltret 10 och/eller 93 väljas något högre än bmmmets högsta störande delfrekvens. Om denna frekvensen varierar kraftigt, kan en kontrollkrets, bestående av en järrgförare 102 och en glättningskrets 103, se Fig 10, styra dess gränsfrekvens så att ovanstående kriterium uppfylls. I det här fallet ersätts det fasta filtret 10 och/eller 93 med ett spänningsstyrt filter 101 .

Claims (1)

8405878-3 _10.. PATENZKRÅV.

1. . Anordning för elirmlnering av brum i en signal, omfattande en första signalingång ( 11) för inmatning av signalen; en andra signalingång (12) för inmatning av en brumsignal med sarrmxa frekvens som någon av brummets delfrekvenser; en fördröjningskrets (13) ansluten på sin ingång (131) till den första signal- ingången (11) och på sin utgång (132) till en subtraktionskrets (14), som har en andra ingång (142) ansluten till den första signalingången (11) och har en utgång (143) ansluten till anordningens utgång (144); samt en synkroniseringskrets (16) mellan den andra signalingången (12) och en styr- ingång (133) på fördrögíningskretsen (13), kännetecknad därav, att mellan den första signalingången (11) och fördröjningskretsens (13) ingång (131) är inkopplad en additionskrets (17),' att mellan fördröjningskretsens (13) utgång (132) och additionskretsens (17) andra ingång (172) är inkopplad en första förstärkare (18) med förstärknings- faktor a enligt relationen: 051151, och att mellan fördröjningskretsens (13) utgång (132) och subtraktionskretsens (14) första ingång (141) är inkopplad en andra förstärkare (19) med förstärk- ningsfaktor b enligt relationen 0