Психоакустический процессор (адаптивный эквалайзер)

 

Изобретение относится к устройствам обработки сигналов звуковой частоты, служит для преобразования спектра исходного сигнала в соответствии с заданными психоакустическими требованиями и предназначен для применения в системах звукоусиления, включая воспроизведение и усиление сигналограмм, а также в системах записи звуковых сигналов. Его использование позволяет получить технический результат в виде возможности автоматической частотной коррекции по всей ширине спектра входного сигнала в соответствии с произвольно заданными требованиями. Технический результат достигается за счет того, что психоакустический процессор содержит управляемый темброблок и блок управления, управляющий выход которого соединен с управляющим входом управляемого темброблока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом процессора, причем управляемый темброблок выполнен n-полосным, блок управления выполнен n-канальным, каждый канал которого служит для управления темброблоком только в одной полосе частот, к n-полосному информационному входу блока управления подключены n полосовых выходов темброблока, служащих для раздельного вывода информации в каждой полосе частот, а n-полосный эталонный вход блока управления является эталонным входом процессора, служащим для задания формы спектра выходного сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам обработки сигналов звуковой частоты и служит для преобразования спектра исходного сигнала в соответствии с заданными психоакустическими требованиями. Процессор предназначен для применения в системах звукоусиления, включая воспроизведение и усиление сигналограмм, а также в системах записи звуковых сигналов.

Известно устройство, содержащее n полосовых фильтров, n усилителей с переменным коэффициентом усиления, усилитель с постоянным коэффициентом усиления и сумматор на (n+1) входов, выход которого является выходом устройства, входом которого служат объединенные входы n полосовых фильтров и усилителя с постоянным коэффициентом усиления, выходы n полосовых фильтров подключены к входам соответствующих n усилителей с переменным коэффициентом усиления, выходы которых подключены к соответствующим n входам сумматора, (n+1)-й вход которого соединен с выходом усилителя с постоянным коэффициентом усиления [Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры: Справочник. М.: Радио и связь, 1986, стр.131, рис.4.14а].

Устройство представляет собой n-полосный эквалайзер, позволяющий корректировать амплитудно-частотную характеристику тракта прохождения сигнала, влияя таким образом на спектр выходного сигнала. При этом эквалайзер не учитывает спектральные особенности входных сигналов. В результате сигналы с отличающимися спектрами подвергаются одной и той же частотной коррекции, что не позволяет рассматривать эквалайзер как автоматическое устройство, выполняющее эквализацию сигналов с различными спектральными свойствами, что является его существенным недостатком.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является психоакустический процессор (максимайзер), содержащий управляемый темброблок, фильтр высоких частот (ФВЧ), полосовой фильтр (ПФ) и блок управления, выход которого соединен с управляющим входом темброблока, выход которого является выходом процессора, входом которого служат объединенные входы ФВЧ, ПФ и темброблока, выходы ФВЧ и ПФ подключены к информационным входам блока управления [Чернецкий М. Психоакустические процессоры. - Звукорежиссер, 2002, №4, стр.4].

Психоакустический процессор-прототип самостоятельно анализирует спектр входного сигнала и в зависимости от соотношения энергий в высокочастотной и среднечастотной областях спектра усиливает либо ослабляет высокочастотные составляющие. Таким образом, удается в автоматическом режиме поддерживать в определенном соотношении баланс между среднечастотной и высокочастотной частями диапазона выходного сигнала, независимо от спектральных свойств входного сигнала.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, состоящие лишь в автоматическом управлении высокочастотной частью спектра выходного сигнала.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в обеспечении возможности автоматической частотной коррекции по всей ширине спектра входного сигнала в соответствии с произвольно заданными требованиями.

Технический результат достигается тем, что в известном психоакустическом процессоре, содержащем управляемый темброблок и блок управления, управляющий выход которого соединен с управляющим входом управляемого темброблока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом процессора, согласно изобретению к n-полосному информационному входу блока управления подключены n полосовых выходов темброблока, а n-полосный эталонный вход блока управления является эталонным входом процессора.

Сущность изобретения иллюстрируется функциональными схемами.

На фиг.1 показана функциональная схема психоакустического процессора; на фиг.2 - функциональная схема блока 2 управления; на фиг.3 - функциональная схема формирователя 9 команд.

Функциональная схема психоакустического процессора (фиг.1) содержит управляемый термоблок 1 и блок 2 управления. В свою очередь термоблок 1 содержит группу 3 полосовых фильтров, группу 4 усилителей с переменным коэффициентом передачи и аналоговый сумматор 5.

Входом DI психоакустического процессора являются объединенные входы N фильтров 3, выходы которых подключены к входам соответствующих N усилителей 4, выходы которых подключены к N входам аналогового сумматора 5, выход которого является выходом DO процессора, управляющим входом СО которого является управляющий вход блока 2 управления, управляющий выход u() которого, состоящий из N каналов, подключен соответственно к N управляющим входам N усилителей 4, к N-канальному информационному входу u() блока 2 управления подключены N полосовых выходов темброблока 1, являющихся, в свою очередь, выходами соответствующих N усилителей 4, N-канальный эталонный вход 0() блока 2 управления выполняет функции N-полосного эталонного входа процессора.

Функциональная схема блока 2 управления (фиг. 2) содержит группу 6 детекторов, группу 7 фильтров низких частот (ФНЧ), группу 8 аналоговых сумматоров и формирователь 9 команд, состоящий, в свою очередь, из группы 10 аналоговых ключей. Выходы N детекторов 6 через соответствующие N ФНЧ 7 подключены к первым информационным входам соответствующих сумматоров 8, вторые информационные входы которых составляют N-канальный эталонный вход u0() блока 2 управления, N-канальный информационный вход u() которого составляют соответствующие входы детекторов 6, выходы N сумматоров 8 подключены к N соответствующим входам u() формирователя 9 команд, выходы u(n) которого являются управляющим выходом u() блока 2 управления, управляющим входом СО которого служит соответствующий вход формирователя 9, образованный путем объединения разрешающих входов ОЕ N ключей 10 (фиг.3), N входов которых являются входами формирователя 9, а N выходов соответственно выходами формирователя 9.

Психоакустический процессор (фиг.1) действует следующим образом.

Входной сигнал, лежащий в диапазоне частот [н; в] (н и в, нижняя и верхняя границы частотного диапазона соответственно) и подлежащий частотной коррекции, подается на вход DI n-полосного темброблока 1, в котором разделяется на n полос шириной . Ширина спектрального окна выбирается таким образом, чтобы перекрывался весь диапазон, то есть N=в-н. Выделенные фильтрами 3 полосные сигналы поступают на соответствующие N информационных входов u() блока 2 управления, в котором сравниваются с эталонными значениями, задаваемыми по N-канальному эталонному входу u0() упомянутого блока. Результат сравнения, представляющий собой N управляющих сигналов u(), подается с выхода блока 2 на управляющие входы темброблока, где воздействует на коэффициенты передачи соответствующих усилителей из группы 4. Таким образом за счет изменения коэффициентов передачи усилителей 4 происходит преобразование формы (огибающей) спектра выходного сигнала в соответствии с требованиями, задаваемыми по эталонному входу u0() блока 2 управления.

Сигналы, снимаемые с выходов усилителей 4 и несущие информацию о распределении энергии в анализируемом диапазоне частот [н; в], могут сравниваться с эталонными сигналами по различным признакам. Например, можно сравнивать средние мощности, среднеквадратические или средневыпрямленные значения, в зависимости от чего и выбирается структура блока 2 управления. На фиг.2 представлена функциональная схема блока 2 в предположении, что сравнивают средневыпрямленные значения. Средневыпрямленные значения формируются в цепочке детектор 6 - фильтр 7 нижних частот. В схемах сравнения группы 8, выполняющих функции вычитания, вычисляется разность

u(n)=u(n)-u0(n), (1)

где u(n) - средневыпрямленное значение на выходе n-го ФНЧ 7 (n=1, 2,...,N) и соответствующее частотной полосе с центральным значением n;

u0(n) - эталонное значение, представляемое как средневыпрямленное значение и соответствующее частотной полосе с центральным значением n.

Учитывая, что преобразование спектра происходит по назначенным N опорным точкам, количество которых (число полос) выбирается в зависимости от требуемой точности, то внешнее задающее воздействие можно представить как N-мерный вектор эталонных значений

U0={u0(1), u0(2),..., u0(N)} (2)

Вектор (2) определяет требуемую форму спектра выходного сигнала путем формирования N-мерного вектора управляющих воздействий U, представляющих собой разность вектора входных сигналов

U={u(1), u(2),..., u(N)} (3)

и вектора (2), то есть

U=U-U0={u(1), u(2),..., u(N)} (4)

Таким образом, благодаря наличию цепи обратной связи (выход блока 2 - управляющие входы усилителей 4), средневыпрямленные значения напряжений на выходах усилителей 4 стремятся к соответствующим эталонным значениям u0(n), что в итоге и должно привести к изменению и поддержанию формы спектра выходного сигнала согласно эталонным отсчетам 0(n).

Входной сигнал в общем случае является случайной функцией времени, спектр которой даже при упрощающем предположении, что она стационарная и эргодическая, удается достаточно точно оценить только при большом интервале наблюдения. Однако в реальных условиях для принятия решений о частотной коррекции времени отводится гораздо меньше, чем это требуется для высокоточной оценки. Объясняется это тем, что в нашей задаче решение следует принять уже вначале действия сигнала, музыкального произведения, а не после его окончания, когда будет накоплен обширный объем статистическихданных. Это значит, что длительность интервала усреднения при вычислении средневыпрямленных значений u(n) будет также достаточно мала. Следовательно, напряжение u(n) будет колебаться случайным образом с дисперсией, зависящей от интервала усреднения, который задается постоянной времени ФНЧ 7. Поскольку вектор Uo(2) есть величина постоянная, то следовательно случайным колебаниям будет подвержен и вектор управляющих воздействий U(4). По этой причине дополнительно возникает весьма важная задача о способе передачи управляющих воздействий на усилители 4. Возможны различные варианты. Рассмотрим два из них, проиллюстрированные структурными схемами по фиг.2 и фиг.3.

При непосредственном управлении, когда разностный сигнал u(n) сразу же подается на управляющий вход усилителя 4-n, коэффициент передачи последнего будет также меняться случайным образом, как и значение u(n). Такой режим управления реализуется, если на управляющий вход СО формирователя 9 команд подается постоянный логический уровень “1”. В этом случае через ключи 9 управляющие сигналы u(n) беспрепятственно проходят по цепи обратной связи на управляющие входы усилителей 4. Второй вариант предусматривает подачу управляющих сигналов в импульсном режиме, в течение ограниченного во времени действия логической “l” на входе СО. Например, путем однократного корректирующего воздействия в течение всего сеанса воспроизведения конкретной музыкальной программы.

Применение первого из описанных режимов управления возможно при относительно больших интервалах усреднения и некоторой однородности музыкального материала, тогда непрерывная коррекция может быть вообще не замечена, особенно при воспроизведении современной популярной музыки на бытовой аппаратуре среднего класса. Реализуется такой способ управления сравнительно легко и недорого путем применения усилителей с электронным управлением. Второй вариант предпочтителен при коррекции музыкальных программ со сложным содержанием, например записей симфонического или джазового оркестра. К воспроизведению такого материала со стороны потенциальных слушателей предъявляются достаточно высокие требования, характеризующиеся отслеживанием мельчайших нюансов в звуковой картине, не говоря уже об общей тембральной окраске. Разумеется, для прослушивания подобного материала и при имеющихся требованиях к точности воспроизведения разрабатывают и используют аппаратуру класса High End, отличающуюся главным образом широким динамическим диапазоном при минимальных как линейных, так и нелинейных искажениях. С целью минимизации искажений в тракте прохождения полезного сигнала стремятся уменьшить количество активных элементов, в частности устройств электронного управления усилением. В таких конструкциях уже давно применяют моторизованные пассивные регуляторы аналогового типа, легко запоминающие свое последнее состояние (в данном случае положение ротора электродвигателя). Кроме того, моторизованные регуляторы хорошо согласуются с импульсным режимом коррекции, так как такие регуляторы не требуют постоянного поддержания на них управляющего напряжения. В силу вышеизложенного несложно понять, что в профессиональных и высококачественных бытовых трактах частотной коррекции целесообразно применение импульсного режима управления с моторизованными регуляторами. Однако в этом случае момент введения корректирующих сигналов будет задаваться извне, например, звукорежиссером. В то же время формирование управляющих воздействий будет происходить автоматически и непрерывно.

Описанный выше психоакустический процессор, в отличие от известных устройств частотной коррекции, поддерживает заданную форму спектра выходного сигнала независимо от спектральных особенностей входного сигнала, автоматически адаптируясь под него. (Конечно, такое возможно, если в спектре исходного сигнала присутствуют составляющие, подлежащие усилению или ослаблению.) Применение заявленного процессора, представляющего собой по сути адаптивный эквалайзер, позволяет, например, автоматически учитывать психофизиологические особенности слуха в соответствии с предварительно введенной в процессор изофонической кривой, задающей относительные уровни частотных составляющих в пределах слышимого спектра. Кроме того, рассмотренный процессор путем единожды экспериментально определенной эталонной огибающей спектра может использоваться и для коррекции акустических изъянов помещения прослушивания музыкальных программ.

Формула изобретения

Психоакустический процессор, содержащий управляемый темброблок и блок управления, управляющий выход которого соединен с управляющим входом управляемого темброблока, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом процессора, отличающийся тем, что управляемый темброблок выполнен n-полосным, блок управления выполнен n-канальным, каждый канал которого служит для управления темброблоком только в одной полосе частот, к n-полосному информационному входу блока управления подключены n полосовых выходов темброблока, служащих для раздельного вывода информации в каждой полосе частот, а n-полосный эталонный вход блока управления является эталонным входом процессора, служащим для задания формы спектра выходного сигнала.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для поверки приборов измерения реактивности ядерных реакторов

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для циркулярной сети связи

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для генерации линейно-изломных функций

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при обработке видеосигналов

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задачи определения оптимального распределения заданного потока продукции между ветвями многополюсных транспортных сетей со сложной структурой

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для нахождения оптимального решения из ряда возможных вариантов

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах, осуществляющих решение задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети, когда для каждого потока заданы его величина и пара конечных узлов

Изобретение относится к устройствам автоматической частотной коррекции сигналов звуковой частоты
Наверх