Компрессор динамического диапазона речи

 

ii) 553655

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ бова Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт., свид-ву (22) Заявлено 04.06.75 (21) 2140798/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.04.77. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 30.05.77 (51) М, Кл. - 0 10L 1/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 534.78(088,8) (72) Авторы изобретения

Б. В, Болотов, В. Д. Есипенко, Г. И. Куц и В. Е. Филиппов (71) Заявитель

Киевский ордена Трудового Красного Знамени завод электронных вычислительных и управляющих машин (54) КОМПРЕССОР ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

РЕЧИ

Изобретение относится к технике передачи и синтеза речи и может быть использовано, например, в устройствах для воспроизведения командной речи, синтезирующих устройств для речевых сигналов, Известны устройства для компрессии динамического диапазона речи (3), содержащие последовательно включенные фильтр высокой частоты, делитель и усилитель, при этом делитель подключен к детектору, выход которого подключен к элементам схемы делителя.

Компрессию динамического диапазона производят в случае прямой регулировки по входному сигналу. Однако компрессор вносит значительные нелинейные искажения, вызываемые непрерывным изменением амплитудных характеристик, а также искажения, обусловленные наличием устанавливающихся процессов в целях регулировки устройства. Кроме того, в устройстве происходит компрессия суммарного процесса (сумма сигналов помех и речи). В результате уровень помех изменяется в такт изменением уровня звуков речи.

Это обуславливает повышение среднего уровня помех и помехозащищенность тракта уменьшается.

Известно также устройство (1), содержащее несколько каналов приема с усилителями, соединенными последовательно, и общим сумматором. В таких устройствах имеют место значительные нелинейные искажения, вызываемые непрерывным изменением амплитудных характеристик, а также обусловленные наличием переходных процессов в цепях

5 регулировок устройства, что снижает разборчивость воспроизводимой речи.

Цель изобретения — повышение качества воспроизведения речи, Это достигается введением блоков вычитания, вход каждого из ко10 торых подключен ко входу и выходу соответствующего усилителя, а выход — к сумматору.

На фиг. 1 представлена блок-схема описываемого компрессора.

15 Последовательно соединенные усилители

1 — б выполнены в виде симметричных усилителей-ограничителей. Вход и выход каждого усилителя подключены ко входу соответствующего блока вычитания 7, выход которого

20 подсоединен к общему сумматору 8.

В описываемом компрессоре динамического диапазона осуществляется формирование выходного сигнала, близкое к клиппированию с минимальными потерями информационных

25 окрасок. В структурной схеме (фиг. 1) реализуется вышеуказанное формирование сигнала с использованием так называемого «бегущего максимума» в «линейке» п — каскадного усилительного устройства. Если допустить уро30 вень 4 максимальным для каждого элемен553655

8 тарного усилительного каскада, при котором еще отсутствует ограничение сигнала, то прп некотором входном сигнале (большого илп малого уровня) можно иметь каскад усиления в «линейке», на выходе которого сигнал будет близким к ограничению. При малых входных сигналах уровень А будет иметь значение в конце «линейки» п — каскадного усилительного устройства, а при больших входных сигналах — в начале ее. Таким образом, благодаря применению такой «линейки» амплитудное изменение сигнала на ее входе преобразуется в «лпнейное бегущее» премещение максимума А. Следовательно, если построить логическую схему, позволяющую селектировать уровень Л на выходе схемы независимо от того, где он находится «в линейке», то выходной сигнал может быть независим от уровня входного. Как показывают эксперименты, реализовать подобного рода задачу вполне возможно за счет применения усилител1>ны каскадов с малым коэффициентом усиления и оптимального выбора числа таких каскадов. Входной и выходной сигналы каждого каскада попарно вычитаются, так что в линейном режиме всегда их разность имеет положительный знак, поскольку выходной сигнал всегда больше входного. Поскольку уровень ограничений всех каскадов одинаковый, то разность напряжений (входного и выходного сигналов) будет равна нулю.

Соответственно будет равен нулю и суммарный сигнал на выходе устройства. Таким образом, если все каскады усилителей, составляющие «линейку», будут перегружены, то выходное напряжение оказывается равным нулю. Если же входной сигнал U,x уменьшить до такой величины, при которой первый каскад не будет ограничивать сигнал, то разность на этом каскаде будет отличной от нуля, и выходное напряжение составит величи1. вы>;=- Un 1> > где P — коэффициент усиления одного усилительного каскада;

U„— напряжение на пороге ограничения.

Так как У„представляет собой напряжение на пороге ограничения, следовательно, Ь,„„не зависит от уровня (амплитуды) входного сигнала, т. е. практически это означает, что если на вход поступают два сигнала, например тихая человеческая речь и мощные звуки от близко расположенного динамика, оркестра и т. п., уровень их воспроизведения будет одинаковым, что является важным в ряде случаев использования подобного рода устройств.

Принципиальная схема компрессора динамического диапазона приведена на фиг. 2.

Здесь усилители 1....n выполнены на транзисторах прямой и обратной проводимости. Нечетные усилители используют транзисторы р-п-р, а четные — транзисторы и-р-и. В связи с этим усилители питаются от двух отдельных источников питания 9 и 10. Выбор схем усилителей с использованием транзи1О

G5 сторов различной проводимости обеспечивает с одной стороны почлепиос (покаскадное) вычитание, а с другой стороны — общее суммирование на одном резисторе.

Важным условием для работы всего устройства является то, чтобы каждый каскад усиления не опрокидывал фазы сигнала. В противном случае невозможно добиться почленного вычитания сигналов. Обычные схемы применяемых усилителей, как правило, опрокидывает фазу усиливаемого сигнала на 180 . 1ередовцнпе в схеме компрессора усилительных каскадов, выполненных на транзисторах разной проводимости, использование развязывающих резисторов 11 и конденсаторов 12 обеспечивает синфазность работы каскадов.

Выходные напряжения пары усилительных каскадов всегда одновременно либо нарастают, либо уменьшаются. Каскады настраиваются на симметричное ограничение с по.мощью резисторов 13, 14, той же цели служат диоды !5. Коэффициент усиления усилительного каскада (в данном случае он выбран

1,25) подбирается резистором 16, включенным последовательно с конденсаторами. Входной сигнал U,, поступает на клеммы 17 и 18 устройства. После усиления — ограничения каскадов часть выходного сигнала выделяется на резисторе 11, а часть усиливается каскадом 2, на резисторе которого также выделяется часть выходного (усиленного этим каскадом) сигнала. Разность падений напряжений на этих резисторах выделяется на суммирующем резисторе 19. Далее процесс повторяется, т. е. часть выходного напряжения каскада 2 усиливается каскадом 2 и т. д. Процесс усиления — ограничения происходит до тех пор пока значения выходного напряжения на выходе п-го каскада не достигнет порога ограничения.

Для определения числа каскадов компрессора, коэффициента усиления одного каскада следует учитывать динамический диапазон входного сигнала, а также допустимую девиацию выходного максимального уровня.

При весьма малом числе каскадов выходной уровень сигнала при монотонном росте входного сигнала изменяется волнообразно (растет, затем падает, вновь растет и т. д.). При большом числе каскадов «линейки» коэффициент усиления каскада стремиться к «1», а разность напряжений — к «О». Такой режим значительно усложняет настройку устройства.

Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что наиболее оптимальным следует принимать коэффициент усиления одного каскада р=1, 25+1, 50.

Тогда число каскадов определяется из расчета S,>.„,, = (1,25 — 1,50) ", где и — число усилительных каскадов, S, максимальный коэффициент усилителя («линейки»).

При изменении уровня входного сигнала от

0,3 до 300 мВ (изменение уровня в 1000 раз) выходной не изменяется и практически остается на уровне 0,31 В.

М3655

Применение компрессора позволит получить устройство для высококачественного Всспроизведения звуковых сигналов, независимо от изменения входного уровня. Схему можно выполнить в интегральном исполнении, что в значительной степени уменьшит габариты и вес устройства. Схема технологична, так как все усилительно-ограничительные каскады компрессора идентичны, что позволит получить значительный экономический эффект при изготовлении и эксплуатации подобного рода устройств, Формула изобретения

Компрессор динамического диапазона речи, содержащий усилители, последовательно соединенные между собой, и сумматор, о T. f ff a ю ш и и ся тем, что, с целью повышения качества воспроизведения речи, он снабжен блоками вычитания, вход каждого нз которых подключен к входу и выходу соответствующего усилителя, а выход — к сумматору.

Источники информации, принятые во внимание прц экспертизе:

1. Лвторскос свидетел ство CCCP ¹ 347936, Н 04В 7/04, 09.01.73.

2. Патент Японии ¹ 11639, 111 ВЗ, 12.04.72.

3. Сапожков М. A. Речевой сигнал в кп15 бернетпке и связи, Связьпздат, М., 1963 г, стр. 136 — 138.