Двухканальный электроакустический тракт с общей шиной

 

изобретение относится к технике передачи , обработки и воспроизведения сигналов в электроакустических двухканальных трактах и обеспечивает универсальность обработки стереофонических и монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и трансляции на головные телефоны с приближением звучания к естественному во всех указанных режимах работы. Последнее достигается при стереофонических сигналах за счет более полного электронного регулирования расширения стереобазы с перераспределением громкости звучания от центра к краям создаваемой звуковой панорамы, при монофонических входных сигналах за счет создания ярко выраженного псевдостереофонического звуИзобретение относится к электроакустике , а именно к технике передачи и воспроизведения стереои монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и передает на головные телефоны, и может быть использовано в транспортных, носимых и стационарных устройствах с двухканальной выходной акустической системой. Высококачественное звуковоспроизведение , например воспроизведение с промежуточных носителей, основано, как чания с регулируемой шириной стереобазы, при трансляции на головные телефоны за счет адаптирования ширины стереобазы применительно к психоакустическим навыкам слушателя. Сущность изобретения; обработка сигналов заключается в ослаблении сигнала в каждом канале тракта делителями двух видов, противофазном сложении в каждом канале сигнала, ослабленного делителем одного вида, с сигналом смежного канала, ослабленного делителем другого вида , и регулировании соотношения коэффициентов передачи делителей для установки необходимых слушателю значений ширины стереобазы и распределения громкости звучания . При монофонических входных сигналах входной сигнал одного из каналов выключают. При трансляции на головные телефоны противофазную составляющую на выходах по крайней мере одного из видов делителей ослабляют, соединяя выходы делителей цепью связи. Предлагаемый электроакустический такт содержит малое количество компонентов и предназначено для применения в массовой аппаратуре, включая аппаратуру высшего класса качества . 4 з.п.ф-лы, 10 ил. правило, на двухканальной стереофонии. Вместе с тем, во многих случаях, например в коротковолновом радиовещании, используется также монофоническое звуковоспроизведение . В аппаратуре слушателей распространены два основных вида трансляции звуковых сигналов. Один из них громкоговорящая трансляция, в которой акустическая стереосистема отделена от слушателя единым для обоих каналов аку 4 О О О О CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК

1746906 АЗ (я)з Н 04 Я 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4872719/10 (22) 24.08.90 (46) 07.07,92. Бюл. ¹ 25 (76) B.Ã.Êàëèíà (53) 534,282(088.8) (56) Патент США N 4696035, кл. Н 04 R 5/00, 1987.

1 (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ТРАКТ С ОБЩЕЙ ШИНОЙ (57) Изобретение относится к технике передачи, обработки и воспроизведения сигналов в электроакустических двухканальных трактах и обеспечивает универсальность обработки стереофонических и монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и трансляции на головные телефоны с приближением звучания к естест.венному во всех указанных режимах работы. Последнее достигается при стереофонических сигналах за счет более полного электронного регулирования расширения стереобазы с перераспределением громкости звучания от центра к краям создаваемой звуковой панорамы, при монофонических входных сигналах за счет создания ярко выраженного псевдостереофонического звуИзобретение относится к электроакустике, а именно к технике передачи и воспроизведения стерео- и монофонических сигналов при громкоговорящей трансляции и передает на головные телефоны, и может быть использовано в транспортных, носимых и стационарных устройствах с двухканальной выходной акустической системой, Высококачественное звуковосп роизведение, например воспроизведение с промежуточных носителей, основано. как чания с регулируемой шириной стереобазы, при трансляции на головные телефоны за счет адаптирования ширины стереобазы применительно к психоакустическим навыкам слушателя. Сущность изобретения; обработка сигналов заключается в ослаблении сигнала в каждом канале тракта делителями двух видов, противофазном сложении в каждом канале сигнала, ослабленного делителем одного вида, с сигналом смежного канала, ослабленного делителем другого вида, и регулировании соотношения коэффициентов передачи делителей для установки необходимых слушателю значений ширины стереобазы и распределения громкости звучания. При монофонических входных сигналах входной сигнал одного из каналов выключают. При трансляции на головные .телефоны .противофазную составляющую на выходах по крайней мере одного из видов делителей ослабляют, соединяя выходы делителей цепью связи. Предлагаемый электроакустический такт содержит малое количество компонентов и предназначено для применения в массовой аппаратуре, включая аппаратуру высшего класса качества. 4 3.п.ô-лы, 10 ил. правило, на двухканальной стереофонии.

Вместе с тем, во многих случаях, например в коротковолновом радиовещании, используется также монофоническое звуковоспроизведение.

В аппаратуре слушателей распространены два основных вида трансляции звуковых сигналов. Один из них громкоговорящая трансляция, в которой акустическая стереосистема отделена от слушателя единым для обоих каналов аку1746906 стическим пространством, Другой вид трансляции — с помощью головных телефонов, при которой стереотелефоны непосредственно передают звуки обоих каналов к ушам слушателя.

Однако при громкоговорящем звуковоспроиэведении связь каналов стереотракта в акустическом пространстве, которое разделяет слушателя и излучатель звука, существенно уменьшает ширину стереобазы, воспринимаемую слушателем и нивелирует характерные дяя.стереопередачи отклики местных ревербераций зала с исходными источниками звука стереотракта. Значения местных ревербераций у слушателя оказываются намного меньше исходных, стереобаза уменьшенной, исходные различия стереосигналов сглаженными. Это приближает стереопередачу к монофонической и препятствует полному использованию преимуществ стереофонии, ухудшая качество звука и лишая слушателя эффекта присутствия в зале.

При воспроизведении стереопрограмм на головные телефоны возникает противоположный эффект черезмерно широкой сте.реобазы и избыточно резких откликов местных ревербераций, что противоречит психофизиологическим особенностям слу, ха, утомляет слушателя и расценивается как пониженное качество звучания. . Монофоническому воспроизведению присуще пониженное качество звучания по сравнению со стереофоническим как при громкоговорящей передаче, так и при передаче с помощью головных телефонов.

Повышение качества звучания стереофонических громкоговорящих передач в электроакустике достигается с помощью устройств электронного расширителя стереобазы. В случае монофонических передач повышение качества звучания достигается с помощью устройств псевдостереофонии.

В основе как первого, так и второго приема повышения качества звучания лежит электронная обработка сигналов, передаваемых по двум каналам передачи, имеющих общую шину. Однако оба вида соответствующих устройств. отличаются один от другого подходами к обработке сигналов и схемными решениями, используемыми для реализаЦИИ ЭТИХ ПОДХОДОВ.

Эффект псевдостереофонии в электроакустике создают двумя известными приемами обработки монофонических сигналов. В первом из них прибегают к частичному разделению спектра сигнала на низко- и высокочастотные составляющие с помощью фильтров. Одну из этих составляющих подают в один из каналов тракта, к годен только для создания эффекта псевдостереофонии и не может быть ис55 пользован для, электронного расширения стереобазы стереофонических сигналов, т,е. не является универсальным. Экспертные оценки действия тракта (фиг.1) показывают, что создаваемый им эффект невыразителен.

ЗО

50 одному из акустических излучателей. другую — в другой канал тракта, к другому акустическому излучателю, При втором приеме используют фазовращатели, создающие фазовый сдвиг, предпочтительно 90, между выходными сигналами тракта.

Как первый, так и второй у иемы и соответствующие им устройства непригодны в случае передачи по тракту стереофонических сигналов, т.е. не универсальны. Оба укаэанных приема реализуются в виде сложных устройств, вносящих дополнительные нелинейные искажения и шумы. Первый из названных приемов приводит к выраженной локализации кажущихся источников звука разных частот. жестко "привязанных" к акустическим излучателям, что противоречит психоакустическому опыту и отвергается слушателями.

Наиболее простым и эффективным среди известных является комбинированный прием частотного разделения сигналов между двумя каналами тракта с созданием между двумя группами сигналов сдвига фаз

900. В данном устройстве низко- и высокочастотные составляющие разделяются между двумя каналами тракта с помощью

RC-фильтров, которые создают также сдвиг фазы 90 между сигналами каналов в некоторой полосе частот

На фиг.1 показана структурная схема известного тракта, где приняты обозначения: R> и Rz — выходное и входное сопротивления усилителей А1 и А2; С1 и Cz конденсаторы фильтра; S — переключатель режимов Монофония — псевдостереофония, "Выход НЧ" и "Выход ВЧ" — выходы каналов, несущих низко- и высокочастотные составляющие сигнала к усилителям мощности и акустическим излучателям.

В тракте (фиг.1) амплитуда выходных сигналов равны на некоторой расчетной частоте, например на частоте 1 кГц, и отличаются между собой при отклонении частоты от расчетной. Наиболее низкие и наиболее высокиечастоты "привязаны" соответственно к одному из акустических излучателей, что воспринимается как неестественное распределение источников звука.

Известный тракт (фиг.1) выгодно отличается от других простотой. Однако он при1746906

55

В электроакустике известно также устройство электронного расширения стереобазы. действие которого основано на подчеркивании стереоэффекта путем выделения и обработки противофазной соСтавляющей сигналов двухканального тракта.

При этом синфазную составляющую сигналов воспринимает узел компрессора, который вырабатывает сигналы, контролирующие коэффициент передачи противофазного сигнала. При невысоком уровне синфазного сигнала устройство подчеркивает противофазный сигнал, что обеспечивает расширение стереобаэы. При возрастании синфазного сигнала, например, в моменты музыкальных атак, устройство предотвращает черезмерное возрастание уровня противофаэного сигнала, снижая расширение стереобазы. В целом устройство предотвращает черезмерное возрастание суммарного уровня сигнала, интенсивность которого поддерживается в определенных пределах, что предотрващает избыточное расширение спектра частотно-модулированных сигналов радиопередатчика на пиках модуляции. Однако степень расширения стереобаэы в известном устройстве регулируется в зависимости от уровня синфазного сигнала на основе несвойственного стереопрограмме условия, что стандартизирует стереосигнал в расчете на некоторую среднюю стереопрограмму и некие средние условия прослушивания, ухудшая качество звуковоспроизведения. Высокая сложность данного устройства также является недостатком при использовании устройства в масовых установках воспроизведения звука.

Современная электроакустика использует в аппаратуре слушателей два основных вида устройств электронного расширения стереобазы стереофонических сигналов.

Первый из них î" íîâàí на выделении противофазной составляющей стереосигналов двух каналов L и R стереотракта с помощью схемы вычитания (фиг.2), нормировании величин противофазной составляющей с помощью усилителей, имеющих коэффициенты передачи К и -К, и последующем сложении нормированных противофазных сигналов в сумматорах с основным сигналом каждого канала, пропущенным соответственно через фильтры нижних частот.

Известно, что двухканальный электро- акустический тракт, имеющий связь каналов, ведет себя подобно фазовому детектору. В таком тракте амплитуда сигналов у слушателя существенно зависит от соотношения фаз сигналов в каналах тракта

45 во всех случаях, кроме единственного, когда устройство расширения стереобазы благодаря своему функционированию вводит дополнительную связь каналов, которая полностью компенсирует имеющуюся ранее связь.

Однако условия прослушивания стереопрограммы в реальной акустической обстановке для различн ых слушателей существенно различны, Это вызывает необходимость регулирования степени расширения стереобазы в зависимости не только от конкретной стереопередачи, но и отусловий йрослушивания, которые различают акустическими характеристиками помещения прослушивания, включая связь каналов на оконечном акустическом участке тракта, Кроме того коэффициент нормирования противофазных сигналов усилителях и коэффициент передачи фильтров нижних частот установлены фиксированными. В связи с этим амплитудно-фазовые искажения у слушателя в данном у тройстве отсутствуют лишь при случайном совпадении величины связи каналов тракта, присущей ему без устройства расширения стереобазы, с величиной компенсирующей связи каналов, вводимой устройством расширения стереобазы, В известном устройстве существуют также амплитудно-фазовые искажения сигналов.

Недостатком известного устройства является также зависимость уровня сигнала от величн ы отношения двух составляющих сигнала: противофазной и синфазной (преимущественно низкочастотной, передаваемой фильтром нижних частот). Такая зависимость порождена примененным при построении устройства способом обработки сигналов. Она отражена в математичесикх выражениях для амплитуд выходных сигналов L»i< и R»i>< каналов тракта:

Lвых = -фнч+ К(= ):

Ввых = Вфнч К(= ) где L u R — входные сигналы; фнч и Кфнч — сигналы, прошедшие через фильтр нижних частот;

К вЂ” константа.

Кроме того, известные устройства не универсальны и не могут быть применены при передаче по тракту монофонических сигналов, поскольку при монофонии противофазная составлящая сигналов отсутствует и данные устройства пропускают к слушателю лишь часть спектра звуковых частот, соответствующего характеристике фильтра нижних частот, примененного в устройстве. В известных устройствах отсутствует также возможность преобразования

1746906 монофонического сигнала в псевдостереофонический.

Известное устройство для расширения стереобазы стереофонических сигналов, основанное на создании перекрестной связи 5 каналов, На фиг.3 приведена схема известного устройства, где 200 и 202 — инверстирующие усилители-сумматоры; Z1 и Zz — сопротивления делителей напряжения; Ез-Z5 — сопро- 10 тивления Н-образной цепи связи, передающей сигналы с выходных шин L и

R к входным клеммам усилителей-сумматоров 200 и 202.

В схеме расширения стереобазы (фиг.2) 15 входной сигнал каждого из каналов, например L, поступает на соответствующий делитель, соединяющий вход и выход данного канала, и с делителя подается на инвертирующий вход усилителя данного канала, в слу- 20 чае Е-канала — усилителя 202.

Поскольку на тот же вход с помощью

Н-образной цепи связи подается сумма сигналов с выходов усилителей обоих каналов, в схеме достигается перекрестная связь ка- 25 налов тракта, В известном устройстве (фиг,3) коэффициент передачи противофазной составляющей сигналов по абсолютной величине устанавливается больше, чем коэффициент передачи синфазной составляю- 30 щей сигналов. Этим достигается для слушателя эффект расширения стереобазы, Входные сигналы схемы (фиг.3) определяются выражениями =В(+ ) (1)

В = В (1 +2AB О ); (2)

С где С и D — синфазная и противофазная составляющие сигналы каналов (L=C+D; 40

R=C-D);

В и А- коэффициент передачи сигналов соответственно от входа к выходу каждого канала через усилитель-сумматар и от выхода к входу через Н-образную цепь связи.. 45

Известное устройство может быть использовано также при передаче монофонических сигналов и позволяет, в принципе, регулировать степень расширения стереобаэы путем изменения коэффициента пере- 50 дачи от входа к выходу либо от выхода к входу, преимущественно коэффициента передачи А в цепи обратной связи.

Недостатком известного устройства является значительное уменьшение уровня 55 сигнала при расширении стереобазы. Зависимость уровня выходной мощности обоих каналов тракта от коэффициента передачи

Н-образной цепи обратной связи А приведена на фиг.4. Графические зависимости даны для наиболее вероятного случая, когда коэффициент передачи инвертирующих усилителей 200 и 202 выбран В=1. При

Bconst приведенные в (1) и (2) выражения дают следующие зависимости для изменения мощности на выходе каналов:

S1 = 1010 =10lg

Рисх а + 1 . где Ppes и Рисх — результирующее (при A>0) и исходное (при А=О) значения суммарной мощности на выходе каналов тракта; а — отношение противофазной и синфазной составляющей сигналов в тракте.

Графики (фиг,4) построены для статически наиболее вероятных значений параметра а = 0,2...,.5 с центром тяжести распределения а =0,29. Из графиков видно, что расширение стереобазы в известном устройстве приводит к существенному уменьшению уровня выходных сигналов, тем большему, чем меньше отношение противофазной составляющей к синфазной, т.е. чем ближе сигнал к монофоническому, следовательно, чем больше ощущаемая слушателем необходимость расширения стереобазы.

Кроме того, падение уровня сигнала при расширении стереобазы останавливает слушателя на пути к достижению полной компенсации связи каналов, В результате связь каналов компенсируется неполностью и тракт частично сохраняет свойства фазового детектора, что ведет к неполному устранению амплитудно-фазовых искажений.

Неполная компенсация. связи каналов ведет также к неполному восстановлению сигналов местных ревербераций, присущих исходным сигналам стереофонии, т.е. к потере части информации об акустической об.становке концертного зала (к ослаблению эффекта присутствия в зале).

В известном устройстве не предусмотрена воэможность обеспечения эффекта псевдостереофонии при подаче на устройство монофонического сигнала, т.е. это устройство не универсально.

В известных устройствах отсутствует возможность регулирования ширины стереобазы в пределах, соответствующих комфортному восприятию стереопрограмм с помощью головных телефонов, т.е. данные устройства не универсальны и в этом отношении.

Цель изобретения — повышение качества звуковоспроизведения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном электроакустическом тракте с общей шиной, содержащем схему обра1746906

10

20

35

50 жен недастаточно

55 ботки сигналов в виде двух элекрических каналов с первой и второй входными шинами, первым и вторым сумматорами, выходы которых соединены соответственно с первой и второй выходными шиками, первый и второй делители напряжения, включенные между соответствующими входными и выходными шинами, и два выходных электроакустических преобразователя, при этом выход каждого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом соответствующего сумматора, схема обработки сигналов дополнительно содержит третий и четвертый делители напряжения, каждый из которых включен между общей шиной и соответственно первой и второй входными шинами, причем выход каждого делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом сумматора смежного канала, а между одной из входных шин и общей шиной введен выключатель с малым сопротивленим, замыкаемый при монофоническом входном сигнале.

Кроме того, первый и второй делители выполнены регулируемыми, а третий и чет вертый делители напряжения выполнены фиксированными; третий и четвертый делители напряжения выполнены регулируемыми. а первый и второй делители напряжения выполнены фиксированными; все делители напряжения выполнены фиксированными и регулируемыми.

На фиг,1 — 3 показаны схемы известных трактов; на фиг.4 — графики зависимости известного тракта; на фиг,5 — структурная схема предложенного тракта; на фиг.6- графики эффективного параметра стереофоничности сигнала в предложенном тракте от соотношения коэффициентов передачи. делителей, входящих в состав тракта; на фиг.7 и 8 — графики изменения мощности выходных сигналов тракта при расширении стереобазы стереофонических сигналов; на фиг,9 — графики эффективного параметра стереофоничности в зависимости от параметров делителей напряжения и цепей связи, входящих в состав тракта-при передаче íà головные телефоны; на фиг.10 — графики зависимости выходной мощности тракта от параметра, характеризующего расширение стереобазы при передаче на головные телефоны.

Повышение качества звуковоспроизведения в тракте достигается следующим образом.

При передаче по двухканальному тракту стереофонических сигналов сигналы каналов поступают на входные шины схемы обработки сигналов и далее поступают на делители двух видов, входящие в состав схемы обработки. Делитель первого вида соединяют входную и выходную шины каждого из каналов схемы обработки сигналов. Делитель второго вида в каждом из каналов схемы обработки сигналов соединяет входную шину с общей шиной. Каждый из четырех делителей нормированно ослябляет сигналы каналов. Ослабленный входной сигнал с делителя первого вида поступает на ин вертирующий вход суммирующего усилителя (далее называемого сумматором) этого же канала. Ослабленный входной сигнал с делителя второго вида поступает на инвертирующий вход сумматора смежного канала. Шина стереобазы и связанное с этим распределение громкости звучания в пределах звуковой панорамы регулируют, изменяя соотношение между коэффициентами передачи делителей первого и второго видов.

При монофонии сигнал одного из каналов выключают сохраняя малым сопротивление подводящей шины на выходе схемы обработки сигналов, например замыкая входную шину с общей шиной. В результате обработки сигналов выходные сигналы схемы обработки соответствуют псевдостереофоническим с псевдостереобазой, ширина которой зависит от еоотношения коэффициентов передачи делителей напряжения перваго и второго видов.

В том же режиме монофонии при включении обоих каналов схемы обработки сигналов выходные сигналы схемы соответствуют исходным монофоническим.

При стереофонии и псевдостереофонии с передачей сигналов на головные телефоны частично подавляют противофазную составляющую сигналов на выходах по крайней мере одного из видов делителей, соединяя с помощью дополнительного выключателя выходы делителей цепью связи, например импедансной цепью связи, коэффициент передачи которой зависит от частоты звукового сигнала, например имеет спад коэффицента передачи в низкочастотной части спектра, что с одной стороны ослабляет общий стереоэффект, делая звучание головных телефонов более комфортным, а с другой сторокы подчеркивает стерео- и псевдостереоэффект низкочастотных сигналов, где .стереоэффект, как правило, выраНа фиг.5 изображен двухканальный электроакустический тракт со схемой обработки сигналов УОС (участок обработки сигналов), в которой выполняется обработка сигналов, повышающая качество звучания.

На схеме прикяты обозначения: А, В - входные шины; А,  — выходные шины, 1 и 2—

1746906

12 делители первого вида; 3 и 4.— делители второго вида; 5 и 6- сумматоры, ЦС-1 и ЦС-2 — цепи связи для ослабления противофазной составляющей на выходах соответственно делителей первого и второго видов;

Кл-1. Кл-2 и Кл-3 — выключатели; ОШ вЂ” общая шина; МА-1 и MA-2 — усилители мощности;

ВА-1 и ВА-2 — акустические излучатели, Сл— слушатель.

При громкоговорящей стереофонии выключатели Кл-1; Кл-2 и Кл-3 в тракте (фиг.5) разомкнуты. Стереофонические сигналы тракта с входных шин А и В, минуя разомкнутый выключатель Кл-1, поступают на делители первого 1 и второго 3 видов в одном канале тракта и делители первого 2 и второго 4 видов во втором канале тракта.

Делители 1 и 2 первого вида соединяют входные шины А и B соответсвенно с выходI ными шинами А и В, делители 3 и 4 второго вида соединяют соответственно входные шины А и В с общей шиной ОШ. Выходные сигналы делителей 1 и 2 первого вида поступают на инвертирующие входы сумматоров

5 и 6 соответствующего канала А — А и В-В; выходные сигналы делителей 3 и 4 второго вида поступают на инвертирующие входы сумматоров 6 и 5 смежного канала соответственно. Выходные сигналы сумматоров поступают на выходные шины, соответствующие сумматору канала и далее к входным усилителям мощности МА-1 и

МА-2, акустическим излучателям ВА-1 и ВА2 и через выходное акустическое пространство к слушателю Сл.

При указанных соединениях узлов схемы обработки сигналов выходные сигналы

1 на шинах А и В определяются в виде

„(— K1(n + I m A) + K2(R + mn)) (4а)

1 К1 (- К1(Л + mn ) + К2(п+ й)Л)) (4б) где n+m л и A+mn — сигналы стереофонии на входных шинах А и В соответственно; п и — сигналы стереофонии при отсутствии связи каналов на всех участках тракта, включая входной акустический участок; m— коэффициент связи каналов до схемы обработки сигналов, К1 и К2 — коэффициенты передачи делителей первого 1 и 2 и второго

3 и 4 видов соответственно.

Сигналы у слушателя с учетом связи каналов, возникающей после схемы обработки сигналов, преимущественно на выходном акустическом участке тракта, определяются выражениями:

I сигнал от выходной шины А; (п(К2Г-К1)+ Л (К2-K1F)), (5а) сигнал от выходной шины В ;

1+mM

— — (4(K2F-K1)+n(K2-K1F)), (5б)

m+ M где Р 1 + М функция связи каналов

5 тракта на участках, расположенных до и после схемы обработки сигналов;

M — коэффициент связи каналов тракта после участка обработки сигналов.

В предельном случае полной связи ка10 налов (m=1 либо М=1) функция связи каналов F=1, При этом выходные сигналы тракта становятся одинаковыми, теряя стереофоничность. Соответствующий монофонический сигнал описывается выражениями, 15 одинаковыми для обоих каналов тракта

К„(п+ ) (К1 - К2) (6)

В таком тракте с полной связью каналов звук, исходящий из одного источника, рас20 положенного посередине между излучателями звука воспринимается слушателем, ширина стереобазы равна нулю, Качество звучания в данном случае резко ухудшается по сравнению со стереофоническим в связи

25 с потерей значительной части информации о расположении исходных источников звука и местных реверберациях, характеризующих исходную акустическую обстановку, В тракте с неполностью связанными ка30 налами mM<1 связь каналов, ведущая к ухудшению качества звучания, компенсируется посредством тракта при выполнении одного из условий, следующих из выражений (5а) и (5б) для сигналов у слушателя:

35 К10

К20 (7а)

К10 «1

К20 Р (7б) где К10 и К20 — значение коэффициентов

40 передачи К1 и К2 делителей первого и второго видов, при которых компенсируется связь каналов, присущая тракту.

При выполнении одного из условий (7) исходные сигналы стереофонии и и h посту45 пают к слушателю раздельно, без влияния одного канала на другой как на начальном (связь с коэффициентом m), так и на оконечном (связь с коэффициентом М) участках тракта. Благодаря этому тракт теряет свой50 ство фазового;,етектора и более не вносит свойственных ему ранее амплитудно-фазовых искажений.

Благодаря компенсации связи каналов и раздельной передаче слущателю исход55 ных сигналов стереофонии и и кэти сигналы полностью сохраняют отклики местных ревербераций помещения, в котором расположены исходные источники звуковых сигналов. Восстановление сигналов мест13

1746906

14 ных ревербераций существенно улучшает естественность и выразительность звучания расположенных в звуковой панораме источников звука по сравнению со стереопередачей с частично расширенной стерео- 5 базой, где звуковые характеристики исходного помещения передаются сглаженными вследствие связи каналов.

Благодаря компенсации связи каналов слушатель воспринимает звуковую панора- 10 му-как значительно более широкую, чем геометрическое расстояние между акустическими излучателями: звуки воспринимаются слушателем из множества кажущихся источников, расположенных в 15 пределах широкой звуковой панорамы в соответствии с исходной информацией об амплитудах и фазах сигналов, присущих источникам.

На практике степень расширения сте- 20 реобазы в тракте целесообразно регулировать изменением коэффициента передачи делителей лишь одного вида. Этим достигается техническое упрощение тракта.

Регулирование коэффициента передачи 25 выборочно одного из видов делителей в сочетании с двумя возможностями компенсации связи каналов (7а) и (76) дает четыре варианта компенсации связи каналов:

K10 = K20F при К1 = var, К2 = К20 = const; (8а) 30

K10= K20F при К1 = K10 = const, К2 =var; (86)

К20= K10F при К1= var, К2 = K20 =const; (8в)

K20= K10F при К1 = K10 = const, К2 =var, (8г)

Все варианты могут быть использованы на практике. Первый и четвертый из них 35 дают более простые схемные решения, поскольку при их реализации коэффициент передачи делителей регулируют, начиная от нулевого, а не от некоторого фиксированного значения: 40

K10/K20< F = 0,2...0,95; (9а)

K20/К10 > 1/F = 5...1,1;, (96)

К10/K20 ) 1/F = 5...1,1; (9в)

K20/K10 < F = — 0,2...0,95. (9г)

Для дальнейшей демонстрации работо- 45 способности и промышленной полезности тракта сигналы в двух каналах целесообразно представить в виде суперпозиции и противофазных колебаний.

В обозначениях этих колебаний сигна- 50 лы (4а) и (46) в каналах тракта определяются выражениями

1 — К1 "с((к 1) а (K1 +111 где знаки "+" относятся соответственно к 55 двум каналам тракта; а = — — параметр стереофоничности

Un

Uc (а=О при монофонии);

Ur u Uc — амплитуды протииофазных и синфазных колебаний в каналах тракта; (U Я+ ) R — Е

R u L — амплитуды колебаний в одном и другом каналах.

Эффективное значение параметра стереофоничности у слушателя

1 — F К1+ К2 1+F К2 — К1 (1 1) оп редел я ющее ширину стереобазы у слуша- . теля, зависит от соотношения коэффициен- тов передачи К1 и К2 делителей первого и второго видов.

В условиях некомпенсированной связи каналов эффективное значение стереофоночности значительно меньше исходного значения а, Например, при К1=0; F--0,8 эффективное значение этого параметра на порядок меньше исходного: аэфф = 0,11а.

Графики зависимости нормированного значения параметра стереофоничности аэфф/а от соотношения коэффициентов передачи К1/К2 приведены на фиг.ба для вариантов компенсации (8а) и (86) и на фиг.66 для вариантов компенсации (8в) и (8г). При

K10 =- K20F согласно вариантам компенсации (8а) и (86) и при K20 = K10F при вариантах компенсации (Вв) и (8г) связь каналов компенсирована полностью и аэфф - а. т.е. достигнутое в результате применения тракта эффективное значение параметра стереофоничности равно истинному, характеризующему исходные источники звука.

Тракт обеспечивает мелкое изменение мощности выходных сигналов при регулировании ширины стереобазы, что также улучшает качество звучания, Синфазные и противофазные колебания ортогональны по определению. Благодаря этому суммарная мощность в каналах тракта может быть определена как сумма мощностей данных колебаний. Изменение . суммарной мощности в каналах тракта при расширении стереобазы определяется выражением

1Р 9 Рве (12)

Рисх где Рисх и Ррез — исходное (стереобаза не расширена) и результирующее (стереобаза расширена полностью) значения мощности в каналах тракта.

Изменение суммарной мощности в каналах тракта, например для первого (8а) и четвертого (8г) вариантов работы схемы обработки сигналов, соответственно определяются выражениями

1746906

2 2 . 2

S21 = 10)оя — - (13) (1 — К20Е) (1 + а)

524 = 101од +) — (— ) — (14)

+ а2 где F) = UF — текущее (компенсируемое) значение функции связи каналов, для которого выполнено расширение стереобазы; V

0...1 — степень расширения стереобазы (V =0 — связь каналов не компенсирована, стереобаза не расширена; 0

Графики изменения мощности $21 при расширении стереобазы в зависимости от величины F) приведены на фиг.7, При К20 =

0,35...0,55 изменение мощности S21 в среднем составляет 1,7 дБ и не превышает 5 дБ при наихудшем сочетании параметра стереофоничности а = 0,2 и компенсируемой связи каналов F(= 0,9.

Регулирование ширины стереобазы стереофонического сигнала при громкоговорящей трансляции путем изменения коэффициента передачи Кl от 0 до K20F при фиксированном значении коффициента передачи К20 целесообразно использовать для повышения качества звучания при обычных значениях параметра стереофоничности а = 0,2....0,5 в широком интервале значений функции связи каналов 0

Графики изменения мощности S24 при расширении стереобазы в зависимости от величины F) приведены на фиг.8, При наихудших значениях параметра стереофоничности в интервале а = 0,35...1,3 и функции связи каналов F(, вплоть до Fl -> 1, изменение мощности сигналов S24 при расширении стереобазы не превышает 4 дБ.

Регулирование ширины стереобазы путем изменения коэффициента передачи К2 от нулевого зг(ачения до величины K10F целесообразно использовать для повышения качества звучания громкоговорящей стереофонии при любой связи каналов тракта в случае повышенных значений параметра стереофоничности а, например при воспроизведении с промежуточных носителей с предварительно расширенной стереобазой сигналов. При этом величина коэффициента передачи К10 некритичная и в случае указанных выше делителей с коэффициентом передачи менее 1 лежит в пределах О<К10<1.

При воспроизведения стереопрограммы на головные телефоны выходы по крайней мере одного иэ видов делителей

50

55 где

1+d1 1 Р1

NI1 2+б1 Vl 2+б1 dl Кl Рl отношение сопротивления цепи связи ЦС-1 к сопротивлению секции делителя первого вида, соединяющей вход канала с инвертирующим входом сумматора.

Соединение выходов делителей второго вида резистивной цепью связи ЦС-2 с помощью выключателя Кл-3 дает слушателю на телефоны следующие сигналы: для одного канала тракта соединены цепью связи,например импедансной цепью связи, имеющей частотнозависимую характеристику коэффициента передачи.

Соединение выходов делителей одного и того же вида цепью связи уменьшает величину противофазной составляющей сигHBiloR, подводимых к сумматорам.

Синфаэная составляющая при этом остается неизменной. Благодаря этому отношение противофазной и синфазной составляющих на выходах делителей уменьшается по сравнению с исходным. В результате достигаемая в схеме обработки минимальная ширина стереобазы уменьшается по сравнению с шириной стереобаэы сигнала, поступающего на схему обработки.

Последующее регулируемое расширение стереобазы относительно достигнутого минимального значения обеспечивает слушател ю возможность выбора условий комфортного и естественного восприятия программы стереофонии в условиях, когда связь каналов на конечном участке тракта, включая оконечный акустический участок, практически отсутствует и связь каналов тракта определяется, в основном, начальным акустическим участком тракта, т,е. в условиях, когда исходная ширина стереобазы ужедостаточно велика. Этим достигается повышение качества звучания в условиях прослушивания стереопрограмм на головные телефоны.

Соединение выходов делителей первого вида резистивной цепью связи ЦС-1 с помощью выключателя Кл-2 (фиг.5) дает следующие сигналы слушателю на телефоны: — для одного канала (n(m(K2 — К1Ч1) —. K1W1) +

+i((К2 — K1(mW1 + Ч1))} (15a) — для другого канала

„„(A (т(К2 — K)V1) — K1 W1) +

+n(K2 — K1(mW1 + V1))), (15б) 1746906

n(K2(mW2 + V2) — К1) +

+h (К2 — m(K1 — K2V2)) (1 ба) для другого канала тракта

К1 A(K2(mW2+ V2) — K1)+

+ n(K2 — m(K1 — K2V2)) (166) где

1+б2 1

W2 — „, Чг —, (12 — „,р2 отношение сопротивления цепи связи ЦС-2 к сопротивлению секции делителя второго вида, соединяющей вход канала с неинвертирующим входом сумматора смежного канала.

При включенной цепи связи ЦС-1 или

УС-2 связь каналов на начальном участке тракта (козффициент m) компенсируется полностью, т.е. стереобаза расширяется полностью при выполнении любого из двух условий, связывающих параметры делителя . и цепи связи: для цепи связи ЦС-1

К20/К10 Ч1+ mW1, К20/К10 Ч1+ чч 1/m, (17а) для цепи связи ЦС-2

К10/К20 = Ч2 + mW2, К10/K20 - Ч2 + 1/Ч2/m. (176)

Регулирование козффицента передачи выборочно одного из видов делителей в сочетании с условиями компенсации (17а,б) дает восемь вариантов реализации схемы обработки сигналов в тракте. Из них для стереофонии на головные телефоны отмечают четыре

К10 = K20(V2+mW2) при К1 - var; К20

const, ЦС-2, (18а)

К20 = K10(V1+W1/m) и ри К10 = сопзс, К2

= чаг, ЦС-1, (18б)

К10 = K20(V2+W2/m) при К1 = var, К20const, ЦС-2, (18в)

К20 = К10(Ч1+п)И/2) при К10 = const, К2

= var, ЦС-1 (18г)

На практике могут быть реализованы все восемь вариантов. Варианты (18а) и (18г), аналогично вариантам (8а) и (8г), ведут к несколько более простым схемным решениям, поскольку при их реализации коэффи. циент передачи делителей регулируют начиная от нулевого значения.

При выполнении одного иэ условий (18а), (18г) исходные сигналы стереофонии и и Л поступают к слушателю раздельно, не смешиваясь один с другим, аналогично тому, как раздельно поступают к слушателю сигналы п и h при выполнении условий (8а), . (8г) в случае выключенной цепи свяЗи.

Уменьшение связи каналов, вплоть до полной ее компенсации, обеспечивает повы5

10 шенное качество звучания. Степень повышения качества звучания при трансляции программы через головные телефоны, т.е. в условиях, когда связь каналов на оконечном акустическом участке тракта отсутствует слушатель выбирает по комфортности звучания с учетом имеющегося у него психоакустического опыта прослушивания стереопрограмм на головные телефоны, В обозначениях синфазных Ос и противофазных U> колебаний сигналы тракта, содержащего цепи евязи ЦС. определяются в виде: для тракта с цепью связи ЦС-1 — — — (((К2 — К1) и а (К2 + К1 — ));

1 — К1 2 +d1 (19а} для тракта с цепью связи ЦС-2

Uc d2 гО 1 — К1 (Ê2 K1) A (K1 + K22 + d2)): (19б} где знаки "+" соответствуют одному и другому каналам тракта, Цепь связи изменяет эффективное зна25 чение параееетра стереофоннчности у слушателя. Значение этого параметра 2 для варианта.(16г} при цепи связи ИС-1 и значение зго параметра афЕ 21 для варианта (18а) при цепи связФ ЦС-2 определяют выраЗ0 жением

l4 . +К

; — <а-+- аа где арф - s при Ко е К10 - const:

35 р =-р1, К = K2 -. var, и аэ ац.р при Ко

=- К20 «сопзт; р рЯ,Kз К1 чаг.

3ффективное значение параметра стереофоничности s изменяется от некоторого минимума аа (а < 1), меньшего

40 1 — m исходной величины а + н соответствующего уменьшенной по сравненво с исходной ширине стереобазы,. до значения

Р а ф > 1), большего исходной величины

45 1 п1 а + и соответствующего расширению стереобазы.

Графики функции (20) показаны на фиг.9. Из графиков следует, что регулируя

50 величину коэффициента передачи К слуша тель регулирует величину стереофоничночти аэфф"от уменьшенного значения до увеличенного, что позволяет выбрать комфортные и приближенные к естественным

55 условиям звучания при прослушивании стереопрограмм на головные телефоны.

Параметры делителей и цепи связи при этом определяются следующими выражениями:

l Y46906

20 д-а

КРез = Ко 1- « Р (21а) ав 16О9

Р2) График зависимости величины Ьз от па- 30 раметрэ Р, характеризующего расширение

cT6p60633bl от начального состояния суженИОй бЭЗЫ Эзфф - аа ДО РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕГО СОстовииэ эвффРэ, пРЭДстаалеи нефиг,10ДлЯ и 0,25, К20 0,475. 35

Как эйдио из фиг.10, при расширении сте1-m реобаэы от суженной (Эее = à + +— а), где 6 данном примере а - 6,25, до номи1 — в 40 нального значения (3ефф =-- + — ) и до значения, превышающего номинальное в 1,5

1 — m раза (Ззфф = 1,56 + ), изменение мощ1+m ности несущественно и практически не ска- 45 зывается на качестве воспроизведения даже в случае значительного расширения стереобазы сверх исходного значения и,тем болев, при расширении стереобазы в соответствующих комфортному прослушиванию 5О на телефоны пределах между исходной и суженной величинами.

Цепь связи, соединяющая выходы делителей одного и того же вида, в общем случае выполнена импендансной, т.е. состоящей 55 из комбинации реактивных и резистивных элементов. Импедансная цепь, полное сопротивление которой зависит от частоты звукового сигнала, изменяет соотношение

Я =2ВцК 1 -а (21б) где Кр„— результирующее значение коэф- 5 фициента передачи регулируемого делите- ля, при котором азфф Р а;

R.— сопротивление цепи связи;

Яв — сопротивление секции делителя, соединяющей входную шину схемы обре- 10 ботки сигналов с выходом делителя.

Например. для цепи связи ЦС-2 (вари. ант(186}, К1 -var, К20-const/при а 0,25, Р- t,5. Й9-20КОм, сопротивление цепи связи Я- 6,2 КОм, результирующая величина К1 15 ., Klpe 0,238.

Изменение суммарной мощности е каналах тракта Зз при расширении стереобазы стереофонических сигиалоа 6 уелоэиях прослушивания на головные телефоны с 20 включением цепи связи ЦС определяется6 ы режЕННЕМ

Зз-1ОЬ| — =

Ржк (1 Р Я 25 синфазной и противофазной компонент сигнала в зависимости от частоты сигнала. Например, цепь связи, выполненная в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, уменьшает величину противофазных составляющих. на повышенных частотах более значительно, чем на пониженных частотах. Благодаря такой цепи достигается относительное подчеркивание стереоэффекта в низкочастотной части спектра звуковых сигналов, где величина противофэаных составляющих и, соответственно, стереоэффект, как правило. малы.

Подчеркивание стереоэффекта В низкочастотной части спектра обеспечивает повышение мягкости и сочности звучания стереопро грамм.

Согласно изобретению монофонический сигнал 6 тракте преобразуется в nces- достереофоиический при включении входного сигнала 6 0gpIooo из каналов тракта иа Эх0де схемы обработки сигналов. При . этом сопротиеление, иагружающее входнуа мима Эыклачаемого канала, остается малым фю сехранэниэ работоспособности делителей и сумматоров схемы. Это требование уд06йэтакфэется, нэпимер, при замы. кании входной вины на общую шину либо при выключении входного сигнала, повторителю напряжения, с которого сигнал канала поступает иа входную шину, В тракте(фиг.5) сигнал канала выключается замыканием входной шины А выключателем Кл-1„соединяющим шину А t общей виной ОШ, При громкоговорящей трансляции монофонического сигнала цепи связи ЦС-1 и

ЦС-2 (фиг.5) отключены от делителей посредством выключателей Кл-2 и Кл-3 и сигналы R и L, поступающие соответственно на входные шины А и В при разомкнутом переключателе Кл-l, порождают следующие сигналы у слушателя: для одного канала тракта

- K1 tR(1 — MK2) - — 3 (23а) для другого канала тракта — am <<1 — д) — (— Ч (23б) где при монофонии R = L.

В режиме псевдостереофонии выключатель Кл-.l замкнут и входной сигнал поступает лишь на одну из входных шин тракта, в данном случае на шину В. При этом сигнал

R отсутствует и выходные сигналы у слушателя определяются выражениями: для одного канала тракта

22

21

1746906 для одного канала тракта, „„L(Z1+Д1), для другого канала тракта (26а) „,„ (— М) = К-. „Ц;.Е+ Д) (24а) для другого канала тракта

„К" „ i(M — 21 — 1) — „К, (Х+Е Л) (24б)

1+M К2 1 — М К2 гдеХ = — в — (— 1) И Л вЂ” — — () — 1) — синфазная и противофазная составляющие псевдостереофонического сигнала громкоговорящей трансляции, Эффективный параметр стереофоничности, характеризующий ширину псевдостереобазы для созданных схемой псевдостереосигналов

Д1 1 — M К2+ К1.

l l 1+м ки — к1 зависит от коэффициента связи каналов М на выходном участке электроакустического тракта и регулируется соотношением коэффициентов передачи К1 и К2 от минимального значения

1 — М аэфф.MVIH = „+ „=4,2,...0,б до значений, больших 1.

Таким образом, предлагаемый тракт осуществляет обрабстку монофонического сигнала, в результате которой к слушателю поступают синфазная и противофазная компоненты сигналов каналов тракта, аналогич. но стереосигналам. Амплитуды синфазной и противофазной компонент зависят от соотношения коэффициентов передачи делителей К1 и К2, что позволяет регулировать смещение кажущихся источников звука от геометрического центра базы акустических излучателей. Велична смещения кажущегося источника звука пропорциональна частоте акустического колебания, что дает выраженный панорамный эффект севдостереофонии, соответствующий акустическим навыкам слушателя с расположением низкочастотных составляющих ближе к центру панорамы. Качество звучания при этом резко повышается по сравнению с монофонией.

При трансляции псевдостереофонии с помощью головных телефонов связь каналов на выходном акустическом участке тракта отсутствует (М=О). При включенных цепях связи ЦС-1 и ЦС-2 выходные сигналы у слушателя при этом определяются выражениями:

35 и зависит от соотношения коэффициентов передачи делителей К1 и К2 и параметра связи выходов делителей 0(р « oo Уменьшение параметра pz, т.е. уменьшение со40 противления цепи связи, соединяющей выходы делителей, дает уменьшение параметра стереофоничности, т.е. уменьшение ощущаемой слушателем ширины стереобазы.

45 Таким образом, включение цепи связи, соединяющей выходы делителей одного вида, уменьшает величину противофазной составляющей псевдостереосигналов, : адаптируя сигналы к психофизиологиче50 ским особенностям восприятия сигналов на головные телефоны.

Реализация эффекта псевдостереофонии в предлагаемом тракте не требует дополнительных электронных цепей.

55 Предлагаемый тракт может быть использован также для электронной обработки сигналов, при записи на промежуточные носители, например компакт-диски, с последующим воспроизведением записи на

1 1 Ц; 1 + 8 Д1), (26б) где Х1 = 2(— 1) и д1 = (+ 1) — син«1 К2» 1 К2

5 фазная и противофазная компоненты псевдостереосигналов и ри трансляции с помощью головных телефонов при выключенных цепях связи.

При включении с помощью выключате10 лей Кл-2, Кл-3 хотя бы одной цепи связи, например цепи ЦС-2, соединяющей выходы нерегулируемых делителей 3 и 4, выходные. сигналы у слушателя при трансляции с помощью головных телефонов определяют вы15 ражениями: для одного канала тракта

1 «К1 i- (1 + ) для другого канала тракта — К1 (Е1 + е Д2); (27б) гдв Ь2 =и(т + — т + 1) — противо«1Ê2 2 фазная составляющая сигналов псевдосте25 реофонии при трансляции с помощью головных телефонов и включенной цепи связи нерегулируемых делителей 3 и 4.

Эффективный параметр стереофоничности, соответствующий псевдостереосиг-

30 налам, определяемым выражениями (26), равен

К2Я и — гг И. (ги эфф,1 К2 К1

1746906 стереоустановках, не имеющих устройств расширения стереобазы или создания псевдостереоэффекта, Формула изобретения

1. Двухканальный электроакустический тракт с общей шиной, содержащий схему обработки сигналов в виде двух электрических каналов с первой и второй входными шинами, первым и вторым сумматорами, входы которых соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, первым и вторым делителями напряжения, включенными между соответствующими входными и выходными шинами, и двумя выходными электроакустическими преобразователями, при этом выход каждого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом соотетствующего сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества звуковоспроизведения, схема обработки сигналов дополнительно содержит третий и четвертый делители напряжения, каждый из которых включен между общей шиной и соответственно первой и второй входными шинами, причем выход каждого делителя напряжения соединен с неинвертирущим входом сумматора смежного канала. а между одной из выходных шин и общей шиной введен

5 выключатель с малым сопротивлением, замыкаемый при монофоническом входном сигнале.

2. Электроакустический тракт по п.1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что первый и второй

10 делители напряжения выполнены регулируемымм, а третий и четвертый делители напряжения выполнены фиксированными.

3, Электроакустический тракт по п.1, отличающийся тем, что третий и

15. четвертый делители напряжения выполнены регулируемыми, а первый и второй делители напряжения выполнены фиксированными.

4. Электроакустический тракт по п.1, 20 отличающийся тем, что все делители напряжения выполнены фиксированными.

5, Электроакустический тракт по п.1, отличающийся тем, что все делители

25 напряжения выполнены регулируемыми.

1746906

1746906 фиг. 5

1746906

Oil

0,2

1746906

Фиг.8

Fi.

0 35 к

0ю 3

174б906

0,1 0 15 ° . 0iZ

К

Фиг. <0

005

Составитель B.Êàëèíà

Техред М.Моргентал Корректор Э,Лончакова

Редактор А.Козориз

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2407 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5