Особенности регулирования сигналов в трактах звукового вещания

Особенности регулирования сигналов в трактах звукового вещания

Ключевые слова: Звуковые вещательные сигналы, регулирование коэффициента пере-дачи, модуляционные искажения, раздельная многополосная обработка, ограничение аналитической огибающей выходного сигнала.

На линиях связи страны используется способ автоматического регулирования пиковых значений звуковых вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности. При этом высокочастотные компоненты передаваемого сигнала в процессе регулирования модулируются НЧ компонентами того же сигнала, что вызывает заметные на слухмодуляционные искажения, нетерпимые в современных системах звукового вещания. Избежать модуляционных искажений при регулировании реального широкополосного сигнала, можно путем раздельной многополосной обработки с последующим соединением обработанных сигналов. Однако, постоянство выходного уровня после сведения существенно ухудшается. Поэтому для стабилизации выходного уровня следует прибегнуть к идеальному ограничению суммарного сигнала. Идеальное ограничение предложено производить с помощью ограничения аналитической огибающей выходного сигнала или с помощью изменения коэффициента передачи для сегментированного с перекрытиями сигнала и обеспечения постоянства выходного уровня. Опыт показал, что поскольку превышения выходного уровня в основном кратковременны, то такая обработка не заметна для слушателя — заметность искажений возникает на длительности не менее 20 мс

Венедиктов М.Д, д.т.н, проф. МТУСИ

Попов О.Б., к.т.н., профессор кафедры РВ и ЭА, МТУСИ

На линиях связи страны используется способ автоматического регулирования пиковых значений звуковых вещательных сигналов (ЗВС) на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности (ОСМ) [1]. Способ предполагает операции формирования сигнала управления и регулирования коэффициента передачи по заданному закону при превышении заданного порогового уровня.

Как показала практика, способ [1] обеспечивает достаточно высокое качество регулирования уровня в трактах передачи лишь при работе с относительно узкополосными речевыми и музыкальными сигналами. С повышением требований к качеству передачи, что, как правило, связано с использованием широкополосных ЗВС, появляются специфические искажения, свойственные любым одноканальным автоматическим регуляторам уровня (АРУР) [2]. Дело в том, что в процессе регулирования сигнал управления коэффициентом передачи АРУР формируется по наиболее мощным, как правило, низкочастотным компонентам сигнала. При этом высокочастотные компоненты передаваемого сигнала в процессе регулирования модулируются НЧ компонентами того же сигнала, что вызывает заметные на слух модуляционные искажения, нетерпимые в современных системах звукового вещания.

Механизм появления модуляционных искажений в одноканальных АРУР иллюстрируют осциллограммы (рис.1-4), полученные с помощью редактора звуковых файлов "Cool Edit". На рис. 1 показан двухкомпонентный испытательный сигнал, состоящий из мощной компоненты 100 Гц, промодулированной функцией "зигзаг", и менее мощной ВЧ компоненты — синусоидального колебания с частотой 2500 Гц. Спектр испытательного сигнала приведен на рис. 2; ясно видно, что ВЧ компонента — монохроматическое колебание, не обогащенное боковыми частотами.

Осциллограмма испытательного сигнала, прошедшего через АРУР с уровнем ограничения — 15 дБ, представлена на рис. 3, а спектр этого сигнала — на рис. 4.

В принципе, избежать модуляционных искажений при регулировании реального широкополосного сигнала, можно путем раздельной многополосной обработки. В частности, хороший эффект достигается даже при использовании двухканальной обработки. Например, путем полосовой фильтрации (расфильтровки) формируются НЧ и ВЧ составляющие входного цифрового сигнала. Эти составляющие независимо обрабатываются по известному алгорит-

FVto. 2

PKa З

Pmo. 4

Phc б

PИс. 7

Рис. 8

му, в результате у каждого из полосовых сигналов устанавливается заданный, обычно нулевой, уровень. Далее компонентные сигналы следует объединить в единый сигнал, однако нет никаких гарантий,

что постоянство выходного уровня результирующего сигнала сохранится. Напротив, за счет сложения сигналов со случайными фазами постоянство выходного уровня неизбежно нарушается. Это ясно видно из эксперимента на реальных звуковых вещательных сигналах (рис. 5-8). Реальный ЗВС (рис. 5) разделим (частота раздела 800 Гц) на НЧ и ВЧ полосовые сигналы и проведем их независимое регулирование с помощью АРУР Внешний вид полосовых сигналов после регулирования показан на рис. 6 и 7. Результат сведения (объединения) НЧ и ВЧ полосовых сигналов в единый сигнал представлен на рис. 8.

Как видно из анализа последней осциллограммы, постоянство выходного уровня после сведения существенно ухудшилось. Поэтому для стабилизации выходного уровня следует прибегнуть к идеальному ограничению суммарного сигнала, поскольку поддержание постоянства выходного уровня (нормативный допуск 1 дБ) необходимо при передаче по каналам и трактам звукового вещания.

Идеальное ограничение может производиться с помощью ограничения аналитической огибающей выходного сигнала [3] или с помощью изменения коэффициента передачи для сегментированного с перекрытиями сигнала и обеспечения постоянства выходного уровня. Опыт показал, что поскольку превышения выходного уровня в основном кратковременны, то такая обработка не заметна для слушателя — заметность искажений возникает на длительности не менее 20 мс [2].

Эксперименты на реальных каналах звукового вещания в трактах первичного и вторичного распределения показали высокую эффективность двухканального регулирования уровня — достигнуто резкое уменьшение модуляционных искажений при регулировании реального многокомпонентного широкополосного сигнала.

Литература

1. Патент №2165127. Б.И. №10, 2001 г. Способ автоматического регулирования пиковых значений электрических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности и устройство для его реализации / Мишенков С.Л., Петрова ГА., Попов О.Б., Рихтер С.Г

2. Патент РФ № 2383101 БИ №6 27.02.2010 "Способ автоматического регулирования пиковых значений монофонических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности и устройство для его реализации" / Попов О.Б., Рихтер С.Г

3. Исследование заметности искажений в радиовещательных каналах / Под ред. И. Е. Горона. — М.: Связьиздат, 1959.

3. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 341 с.

5. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка и измерения сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Инсвязьиздат, 2010. — 292 с.

FEATURES OF REGULATION OF SIGNALS IN PATHS OF THE SOUND ANNOUNCEMENT M.D. Venediktov, O.B.Popov, MTUSI, Moscow

Abstract

On the lines of communication used by the country's way of automatically regulating peak audio broadcast signal to the reference level for the relative stability of average power. In this case, the high frequency components of the transmitted signal in the regulation modulated LF components of the same signal, which is visible on the ear modulation distortion intolerable in a modern sound broadcasting. Avoid modulation distortion in the regulation of real broadband signal can be split by multiband processing followed by coupling processed signals. However, constant output level after information greatly deteriorates. Therefore, in order to stabilize the output level should resort to the ideal limit of the total signal. Asked to produce the ideal limit by restricting the output of the envelope analysis or by changing the transmission coefficient for the segmented with overlaps the signal and maintain a constant output level. Experience has shown that as the level of output over mostly shortterm, such a treatment is not noticeable to the listener — a significant distortion occurs on the duration of not less than 20 ms.

Keywords: Sound broadcasting signals, factor regulation peredachi, modulations distortions, separate multiband processing, ogranichenie analytical bending around the day off of a signal.