SU1148545A1 - Шумоподавитель - Google Patents

Abstract

1.ШУМОПОДАВИТЕЛЬ,содержащий операционный усилитель и частотнозависимый делитель напр жени , один вьшод которого  вл етс  входом шумоподавител , другой подключен к выходу операционного усилител ,  вл ющегос  выходом шумоподавител , а отвод частотно-зависимого делител  напр жени  подключен к инвертирующему входу операционного усилител , при этом первое плечо частотно-зависимого делител  напр жени  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 управл ющего напр жени , выход которого подключен к входам управлени  основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые выполнены управл емыми по частоте, отличающийс  тем, что, с цепью уменьшени  модул ции уровн  шума, во второе плечо частотно-зависимого делител  напр жени  введен i сумматор, входы которого подключены к выходам основного фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно , а выход подключен к отводу частотно-зависимого делител  напр жени , при этом вход дополнительного фильтра верхних частот подключен к выходу основного фильтра верхних частот. 4ib ЭО У1 4 сл

Description

2. Шумоподавитель по п. 1, о т.л ичающийс  тем, что формирователь управл ющего напр жени  содержит последовательно соединенные источник напр жени , управл емый делитель напр жени  и вйходной фильтр нижних час .-тот, параллельно входу которого включен разр дный ключ, а параллельно выходу - элемент с управл емым сопротивлением , а также последовательно соединенные входной амплитудный детектор , первый компаратор, селектор ; импульсов -по длительности и реле времени с перезапуском, выход которого подключен к управл ющему входу управл емого делител  напр жени  и через цепь положительной обратной св зи к управл ющему входу селектора импульсов по длительности, при этом между выходом амплитудного детектора и управл ющими входами разр дного ключа и элемента с управл емым сопротивлением включены соответственно второй компаратор и ограничитель по минимуму .

Изобретение относитс  к области приборостроени , а именно к электронным схемам общего назначени  и устройствам регулировани  усилени , в частности к электронным схемам су7 жени  и/или расширени  динамического диапазона громкости в усилител х звуковой частоты, и может быть использовано в высококачественной аппаратуре магнитной записи, грамзаписи и радиовещани . Известно устройство автоматическо го компрессировани  или экспандирова ни  динамического диапазона, которое содержит канал сигнала и канал управлени , причем канал сигнала включает в себ  инвертирующий усилитель выход которого  вл етс  выходом устройства , фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом инвертирующего усилител , и резистор, один из выводов которого соединен с входом инвертирующего усилител , а канал управлени  включает в себ  форми рователь управл ющего напр жени . Однако известное устройство обладает низкой эффективностью шумоподав лени , обусловленной эффектом модул  ции шума, состо щим в слышимом изменении уровн  шума при изменении уров н  полезного сигнала. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  шумо подавитель, содержащий операционный усилитель и частотно-зависимый делитель напр жени , один вьшод которого  вл етс  входом шумоподаьител  , другой подключен к выходу операционного усилител ,  вл ющегос  выходом шумо- подавител , а отвод частотно-зависимого делител  напр жени  подключен к инвертирующему входу операционного усилител , при этом первое плечо частотно-зависимого делител  напр жени  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 управл ющего напр жени , выход которого подключен к входам управлени  основного и дополнительного фильтров верхних частот , которые выполнены управл емыми по .частоте. Однако известный шумоподавитель обладает невысокой эффективностью шумоподавлени ,обусловленной эффектом модул ции уровн  шума. Цель изобретени  - уменьшение модул ции уровн  шума. Поставленна  цель достигаетс  тем,, что в шумоподавителе, содержащем операционный усилитель и частотнозависимый делитель напр жени , один вьгаод которого  вл етс  входом шумоподавител , другой подключен к выходу операционного усилител ,  вл ющегос  выходом шумоподавител , а отвод частотно-зависимого делител  напр жени  подключен к инвертирующему входу операционного усилител , при этом первое плечо частотно-зависимого делител  напр жени  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 ос новному фильтру верхних частот, и формирователь управл ющего напр жени , выход которого подключен к входам управлени  основного и дополнительного фильтров верхних частот, которые вьтолнены управл емыми по частоте, во второе плечо частотно- зависимого делител  напр жени  введен сумматор, входы которого подключаны к выходам основного, фильтра верхних частот и фильтра нижних частот соответственно, а выход подключе к отводу частотно-зависимого делител  напр жени , при этом вход дополнительного фильтра верхних частот . подключен к выходу основного фильтра верхних частот, а также тем, что формирователь управл ющего напр жени  содержит последовательно соединенные источник напр жени , управл емый делитель напр жени  и выходной фильт нижнихчастот, параллельно входу которого включен разр дный ключ, а параллельно выходу - элемент с управл емым сопротивлением, а также по следовательно соединенные входной ам плитудный детектор, первый компаратор , селекторимпульсов по длитель ности и реле времени с перез.апуском, выход которого подключен к управл ющему входу управл емого делител  на;пр жени  и через цепь положительной обратной св зи к управл ющему входу селектора импульсов по длительности, при этом между выходом амплитудного детектора и управл ющими входами разр дного ключа и элемента с управл емым сопротивлением; включены соответственно второй компаратор и ограничитель по минимуму. На фиг. 1 представлена структурна электрическа  схема шумоподавител  в режиме компрессировани , на фиг: 2 - то же, в режиме экспандировани . Шумоподавитель содержит операцион ный усилитель 1, частотно-зависимый делитель напр жени  2, первое

плечо которого вьшолнено на резисФоре 3, второе содержит фильтр А нижних частот, основной фильтр 5 верхних частот и сумматор 6, дополнительньй фильтр 7 верхних частот и формирователь 8 управл ющего напр жени , который содержит амплитудный детектор 9, первьш и второй компараторы 10 и 11, селектор 12 импульсов по длительности, реле времени 13с перезапуском, цепь положительной св зи 14, источник напр жени  15, управл емый делитель 16 напр жени , выходной фильтр 17 нижних частот, разр дный ключ 18, элемент 19 с управл емым сопротивлением и ограничитель 20 по минимуму.

Шумоподавитель работает следующим образом.

В исходном состо нии при отсутствии сигнала рабочий диапазон частот разделен основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частот на два поддиапазона, практически частота разделени  составл ет 1 кГц. Коэффициент передачи в полосе пропускани  фильтра 4 нижних частот равен единице, а коэффициент передачи в полосе пропускани  основного фильтра 5 верхних частот выбран в N раз больше, так что в режиме компрессировани  коэффициент передачи устройства в полосе пропускани -основного фильтра 5 верхних частот бу Р больще коэффициента передачи устройства в полосе пропускани  фильтра 4 нижних частот, а в режиме экспандировани  в N раз меньше . Избранное число N ( 10) определ ет максимальную величину сжати  или расширени  динамического диапазона составл ющих сигнала, располагающихс  в полосе пропускани  основного I фильтра 5 верхних частот и, соответственно , не зависит от его частоты среза. Изменение величины сжати  или расширени  динамического диапазона сигнала осуществл етс  лишь в полосе затухани  основного фильтра 5 верхних частот при перестройке его частоты среза, при этом область частот , в которой осуществл етс  снижение шума, определ етс  исходной полосой пропускани  основного фильтра 5 верхних частот, котора  уст иавливаетс  подачей напр жени  с источника напр жени  15 на управл ющие входы основного 5 и дополнительного .7 фильтров верхних частот. В режиме компрессировани  сигнал поступает на вход устройства и соот ветственно - на входы основного фильтра 5 верхних частот и фильтра нижних частот, С выхода основного фильтра 5 верхних частот составл ющие сигнала в полосе пропускани  фильтра поступают на один из входов сумматора 6,а также на вход дополни тельного фильтра 7 верхних частот. С выхода первого фильтра 4 нижних частот составл ющие сигнала в полос пропускани  поступают на другой вхо сумматора 6. С выхода сумматора 6 сигнал, образованный суммрй составл ющих входного сигнала,вьщеленных основным фильтром 5 верхних частот и фильтром 4 нижних частдт, поступа ет на операционный усилитель i охваченньй обратной св зью с выхода на вход посредством резистора 3. Су матор 6 может быть выполнен на рези торах, причем сопротивлени  этих резисторов равны сопротивлению резистора 3, благодар  чему коэффициент передачи от входов сумматора 6 до выхода шумоподавител  будет раве единице. . I При поступлении на вход компрессора сигнала среднечастотных и высо кочастотных составл ющих сигнал Уровень которых ниже порога сраба- -зг тывани  второго компаратора 11, амплитудно-частотна  характеристика компрессора имеет подъем в области высоких и средних частот. Благодар  такому подъему, составл ющие сигнала проход  через компрессор, поступают в канал передачи и далее на вход экспандера с усилением, однако на выходе экспандера эти составл ющие ослабл ютс  до прежнего уровн  вследствие , того что характеристики экспандера обратны характеристикам компрессора . Одновременно с составл ющими сигнала ослабл ютс  и составл ющие шума канала передачи, расположе ные в той же области частот. При поступлении на вход компрессора сигнала со среднечастотньми составл ющими, уровень которых превьш1ает порог срабатывани  второго компаратора 11, и высокочастотными составл ющими с уровнем ниже указан ного порога происходит замыкание разр дного ключа 18 и разр д через него конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, а следовательно, снижение напр жени  на управл ющих входах основного 5 и дополнительного 7 фильтров верхних частот. Частота среза последних при этом повьш1аетс , что вызьшает снижение коэффициента передачи компрессора на срежних частотах , оставл   его неизменным на высших частотах, обеспечива  тем самым максимальную величину сжати  на высоких частотах. В экспандере высокочастотные составл ющие ослабл ютс  вместе с составл ющими шума канала передачи, при этом-в области верхних частот ослабление максимально, что соответствует максимальной величине расширени . Сопротивление резистора и емкость конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот определ ют врем  установлени  системы при повышении уровн  . сигнала на входе шумопоДавител . С увеличением уровн  среднечастотных и высокочастотных составл ющих сигнала вьш1е порога срабатывани  второго компаратора 11 частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраиваетс  выше граничной частота рабочего iguana- зона. В этом случае амплитудно-частотна  характеристика: компрессора определ етс  амплитудно-частотной ха рактеристикой фильтра 4 нижних частот , при этом коэффициент передачи компрессора в области верхних частот становитс  меньше единицы, так что высокочастотные составл ющие сигнала,проход  через компрессор, ослабл ютс  и не перегружают канал передачи ( в данном случае магнитную ленту). . При прохожденииупом нутых составл ющих через экспандер они усиливаютс  ДО исходного уровн , как на входе компрессора, при этом усиливаютс  и составл ющие шума канала передачи. Однако,благодар  Психоакустическому эффекту маскировки громкими звуками тихих, эти составл ющие шума не прослушиваютс . Таким образом, при малых уровн х входного сигнала несколько превьшгающего порог срабатьшани  второго компаратора 11, врем  установлени  устройства определ етс  временем разр да конденсатора выходного фильтра 17нижних частот через разр дный ключ 18 и имеет максимальную величину. При быстром увеличении входного сигнала до уровн , превышающего порог ограничени  ограничител . 20 по минимуму ,сигнал .поступает на управл ющий вход элемента 19 с управл емым сопротивлением . При этом сопротивление последнего уменьшаетс , шунтиру  цепь разр да конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот, вследствие чего разр д конденсатора ускор етс  и врем  установлени  уменьшаетс . Причем, чем больше превьш1аение сигнала над порогом ограничени  ограничител  20 по минимуму, тем меньше врем  .установлени . При разр де конденсатора снижаетс  на.пр жение на выходе формировател  8 управл ющего напр жени  и соответственно на управл ющих -входах основного 5. и дополнительного 7 фильтров. верхних частот, что вызывает смещение частоты среза в область верхних частот до тех пор, пока уровень составл ющих сигнала в формирователе 8 управл ющего напр жени  на входе второго компаратора 11 не снизитс  до величины, равной порогу его срабатывани . При снижении уровн  сигнала ниже порога срабатьгеани  второго компаратора 11 последний возвращаетс  в исходное состо ние, разр дный ключ 18 размыкаетс , ограничитель 20 по минимуму возвращаетс  в исходное состо ние , увеличива  тем самым сопротивле;1ие элемента 19, конденсатор вы ходного фильтра 17 нижних частот зар жаетс , т.е. уменьшением уровн  входного сигнала врем  установлени  возрастает, поэтому кратковременные изменени  уровн  сигнала на незначительную величину, а также кратковременные импульсные помехи малого уров н  не вли ют иа изменение коэффициента передачи устройства и, следо- 5 вательио, не привод т к модул ции шума , прослуп1ивае «ого в отсутствии маски1 укщего полезного сигнала. После быстрого уменьшени  уровн  полезного сигнала, наступающего вслед за его увеличением, коэффициент передачи устройства восстанавливаетс  до прежнего значени , спуст  врем  восстановлени , которое определ етс  временем зар да конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот.В св зи с тем, что порог срабатывани  первого компаратора 10 выбран 114 50 . 8 несколько ниже (практически на 2 дБ) порога срабатьшани  второго компаратора 11, то второй компаратор 11 измен ет свое состо ние при cKrnajtax, превьш1ающих его порог срабатывани . Однако при этом, если длительность импульса, сформированного вторым компаратором 11 из сигнала, поступающего с выхода амплитудного детек ора 9, не превышает порога селекции селектора 12 импульсов по длительности , то последний не пропускает указанный.импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, который представл ет собой моностабипьную схему. измен ющую состо ние на выходе на противоположное при по влении импульса на входе, и возвращающуюс  в исходное состо ние после окончани  импульса, спуст  заданное врем  задержСхема реле времени 13 с перезапуском может быть вьшолнена из последовательно соединенных формировател  пилообразного напр жени  и компаратора , причем формирователь пилообразного напр жени  может быть образован параллельно соединенными источником тока, конденсатором и закрытым в исходном состо нии ключом, управл ющий вход которого  вл етс  входом реле времени с перезапуском. Вследствие этого реле времени 13 с перезапуском остаетс  в исходном состо нии и управл емый делитель 16 напр жени  обладает большим коэффициентом передач, обеспечива  малое врем  восстановлени , определ емое временем зар да конденсатора выходного фильтра 17 нижних частот. Если длительность импульса, сформированного первым компаратором 10, превышает порог селекции селектора 12 им пульсов по длительности, то последкий пропускает указанный импульс на вход реле времени 13 с перезапуском, и оно измен ет свое состо ние, и коэффициент передачи управл емого делител  16 напр жени  уменьшаетс . Поскольку реле времени 13 с перезапуском возвращаетс  в исходное состо ние после действи  входного импульса, спуст  заданное врем  задержки, большое врем  восстановлени , обеспечиваетс  в течение всего времени задержки . Таким образом, присутствие формировател  8 управл ющего напр жени  низкочастотных составл ющих сигнала лени  коэффициента передачи с уменьшением уровн  этих составл ющих, поступающим вслед за их увеличением. В процессе работы шумоподавитеп  по мере расширени  спектра входного сигнала частота среза основного и дополнительных фильтров верхних частот перестраиваетс  в сторону верхней граничной частоты, в св зи с чем уровень низкочастотных составл ющих в формирователе 8 управл ющего напр жени  снижаетс , а сигнал управлени  формируетс  из высокочастотных составл ющих полезного сигнала, располагающихс  в текущей полосе пропускани  основного и дополнительных фильтров верхних частот. Эта обуславливает малое врем  восстановлени  коэффициента передачи шумоподавител  при уменьшении уровн  высокочастотных составл ющих, наступающем вслед за их увеличением. Управл ющее напр жение на выходе формировател  8 управл ющего напр же HjiH подчин етс  следующему математическому выражению: и, к„ и-к,(р,и,)к,-и„„ (1) где К„ - коэффициент передачи второ го компаратора 11 , Uj. - выходное напр жение основного фильтра 5 верхних час тот; , ,)- коэффициент передачи допол нительного фильтра 7 верхних частот,  вл ющийс  функцией частоты и управл ющего напр жени ; - коэффициент передачи ампли тудного детектора 9; напр жение порога срабатывани  второго компаратора 11. . Из выражени  (1) запишем значение коэффициента передачи дополнительног фильтра 7 верхних частот

.

K,(F,U,,)

и 5к.

и,-к,

00 выражение (2)

Тогда при Кд,- принимает вид

K7(F,Ua) Исход  из того, что коэффициент передачи цепи в режиме компрессировани  от каждого из входов, сумматора 6 до выхода шумоподавител  равен 1, а также с учетом выражени  (8), напр жение на выходе компрессора можно представить в следующем виде:

1г

вых.комп (K.LT,,,)+ и, фильтра 5 верхних частот.представим следующим образом: KC(F,U,), и и«.5где и..., - напр жение на входе основО , Э ного фильтра 5 верхних частот; K(F,U,j) - коэффициент передачи основного фильтра 5 верхних . частот,  вл ющийс  функцией частоты и управл ющего напр жени . Поскольку основной и дополнительный фильтры верхних частот идентичны и имеют одинаковую .зависимость частоты среза от управл ющего напр жени , то К(Р,иг) K/F,U). (5) С учетом (5) и (3) выражение .(4) имеет вид .;-K,(F,U.)Ue.5 откуда ( и„„ 2 и, и у К, К const,TorУчитыва , что да выражение (7) можно записать в следующем виде: Из вьфажени  (8) следует, что выходное напр жение основного фильтра 5 верхних частот пропорционально корню квадратному входного напр жени  и при выполнении услови  (5) не зависит от регулировочной характеристики самого фильтра верхних частот (зависимость частоты среза от управл ющего напр жени ). (KUe,.,,. ) - U,(9) где U - выходное напр жение фильтра 4 нижних частот; вч.комп входное напр жение коътрес Напр жение на выходе экспандера можно записать следующим образом: вых. экс. в .эке. кс бх.Экс где Ug j - входное напр жение эк пандера; кс коэффициент передачи экспандера; -коэффициент передачи операционного усилите л  1; -коэффициент передачи цепи отрицательной об ратной св зи, равный .. вых. энс.

с учетом выражени  (8)

1/2

.)+у4

и

Вых. JkC а также с учетом того, что в экспанде- на

вьиг-жс.

к„

10

JQ Из выражени  (17) следует, что в процессе компрессировани  (сжати ) динамического диапазона сигнала и экспандировани  (расширени ), сугнал f. (K.UeX.,K.) +U4 /,3 и. вых. . Тогда вьфаженке (10) с учетом (13) эазапишетс  -т-ЛкчзГьГГкЛПи; 6Ы. экс. тогда при Kj- оа получим J (Uev.Kc - иО LSixiKc. BblV. 5КС. К где К - посто нна  величина. Учитьгаа , что Ug. вы , экс выражение (15) запишетс  и iHBbiX, .(6) Bbu.экc К Подставл   значени  из выражени  (9) получим ц li -HaJLLoMP- -.8ЫХ.ЭКС в. КОМП . выходе экспандера будет соответст6 . О Л1

Лаг. -О

Claims (2)

1.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 содержит парал- лельно соединенные по входу фильтр нижних частот и основной фильтр верх них частот, а кроме того, последовательно соединенные дополнительный фильтр верхних частот, идентичный основному фильтру верхних частот, и фор мирователь 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.

1 148545

2. Шумоподавитель по π. 1, о т.л и- . чающийся тем, что формирователь управляющего напряжения содержит последовательно соединенные источник напряжения, управляемый делитель напряжения и вйходной фильтр нижних час-, .тот, 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 вре мени с перезапуском, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения и через цепь положительной обратной связи к управляющему входу селектора импульсов по длительности, при этом между выходом амплитудного детектора и управляющими входами разрядного ключа и элемента с управляемым сопротивлением включены соответственно второй компаратор и ограничитель по минимуму.