МОДЕЛЬ ШУМОПОДАВИТЕЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к области контрольно-измерительной технике и предназначена для имитации системы шумоподавления статического типа с частотными предыскажениями в научных и учебных целях.
Цель полезной модели - повышение эффективности имитирования системы шумоподавления.
Поставленная цель достигается путем обеспечения сочетания возможности имитации системы шумоподавления с частотными предыскажениями с возможностью чередования следования необработанных и частотно-обработанных аудиосигналов на выходах устройства имитации системы шумоподавления, что позволит использовать модель для проведения слуховых экспертиз методом парных сравнений, для чего в состав мультиплексора вводятся четыре сигнальных входа, по два для каждого канала, через которые выходы каналов соединяются с первыми входами четырех перемножителей, от первого до четвертого, соответственно, на вторые входы этих перемножителей подаются сигналы управления, причем, если на вторые входы первого и третьего перемножителей подается непосредственно сигнал управления с управляющего входа мультиплексора, то на вторые входы второго и четвертого перемножителей подается сигнал управления, полярность которого изменена, для чего сигнал управления с управляющего входа мультиплексора подается на инвертор, с выхода которого - на первый вход пятого сумматора, на второй вход которого подается сигнал от источника сигнала единичного уровня, выход пятого сумматора соединен со вторыми входами второго и четвертого перемножителей, сигналы с выходов первого и второго перемножителей подаются на разные входы шестого сумматора, а с выходов третьего и четвертого перемножителей на разные входы седьмого сумматора, при этом выход шестого сумматора образует первый выход мультиплексора и всего устройства, а выход седьмого сумматора - второй выход мультиплексора и всего устройства.
Описание аналогов
Известно устройство для имитации системы шумоподавления статического типа с частотными предыскажениями [1]. Система такого типа вводит подъем уровня высокочастотных составляющих аудиосигнала при передаче или записи с помощью предыскажающего контура с последующей коррекцией при приеме или воспроизведении с использованием восстанавливающего контура. В результате совместного действия указанных контуров частотных искажений не возникает, но уменьшается влияние шумовых спектральный составляющий на выходной сигнал устройства.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относится то, что устройство не обладает возможностью обеспечить чередование следования необработанных и частотно-обработанных сигналов на выходах устройства, что является необходимым условием проведения слуховых экспертиз методом парных сравнений.
Описание прототипа
Наиболее близким решением того же назначения по совокупности признаков, является устройство мультиплексирования, позволяющее получить чередование сигналов, подаваемых на его входы, на каждом из двух своих выходах, при этом коммутируются сигналы попарно друг с другом с помощью сигнала управления, подаваемого на управляющий вход устройства [2 - прототип].
Критика прототипа
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, при использовании известного устройства, относится то, что оно не обеспечивает получение необработанных и частотно-обработанных сигналов, имитирующих систему шумоподавления, т.е. его применение носит подчиненный характер: сигналы на основные и управляющий входы устройства должны поступать от внешних по отношению к нему источников и иметь требуемые для осуществления метода парных сравнений параметры.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении эффективности имитирования системы шумоподавления.
Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении полезной модели технического результата, который заключается в обеспечении сочетания возможности имитации системы шумоподавления с частотными предыскажениями с возможностью чередования следования необработанных и частотно-обработанных аудиосигналов на выходах устройства имитации системы шумоподавления.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в состав мультиплексора вводятся четыре сигнальных входа, по два для каждого канала, через которые выходы каналов соединяются с первыми входами четырех перемножителей, от первого до четвертого, соответственно, на вторые входы этих перемножителей подаются сигналы управления, причем, если на вторые входы первого и третьего перемножителей подается непосредственно сигнал управления с управляющего входа мультиплексора, то на вторые входы второго и четвертого перемножителей подается сигнал управления, полярность которого изменена, для чего сигнал управления с управляющего входа мультиплексора подается на инвертор, с выхода которого - на первый вход пятого сумматора, на второй вход которого подается сигнал от источника сигнала единичного уровня, выход пятого сумматора соединен со вторыми входами второго и четвертого перемножителей, сигналы с выходов первого и второго перемножителей подаются на разные входы шестого сумматора, а с выходов третьего и четвертого перемножителей на разные входы седьмого сумматора, при этом выход шестого сумматора образует первый выход мультиплексора и всего устройства, а выход седьмого сумматора - второй выход мультиплексора и всего устройства.
Перечень фигур чертежей
На фигуре представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемую полезную модель, где 1 - первый канал обработки и вещания; 2 - предыскажающий контур, 3 - первый усилитель; 4 - фильтр верхних частот; 5 - первый сумматор; 6 - тракт вещания; 7 - второй сумматор; 8 - третий сумматор; 9 - источник помехи, общий для обоих каналов; 10 - восстанавливающий контур; 11 - фильтр нижних частот; 12 - второй усилитель; 13 - четвертый сумматор; 14 - второй канал обработки и вещания; 15 - мультиплексор; 16 - источник сигнала управления; 17 - первый сигнальный вход мультиплексора; 18 - второй сигнальный вход мультиплексора; 19 - третий сигнальный вход мультиплексора; 20 - четвертый сигнальный вход мультиплексора; 21 - управляющий вход мультиплексора; 22 - первый перемножитель; 23 - второй перемножитель; 24 - третий перемножитель; 25 - четвертый перемножитель; 26 - инвертор; 27 - источник сигнала единичного уровня; 28 - пятый сумматор; 29 - шестой сумматор; 30 - седьмой сумматор; 31 - первый выход мультиплексора; 32 - второй выход мультиплексора. Блоки 3, 4, 11 и 12 выполнены перестраиваемыми.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением указанного технического результата, заключаются в следующем.
Известно применение систем шумоподавления в трактах звуковом вещании или в устройствах записи-воспроизведения аудиосигналов, вводящих подъем уровня высокочастотных составляющих сигнала при передаче с последующей коррекцией при приеме. Целесообразность введения частотных предыскажений сигнала основывается на предпосылках, изложенных в [1].
Предлагаемое устройство представляет собой имитатор двухканальной системы шумоподавления с регулируемыми значениями параметров цепей предыскажений и коррекции. Устройство предназначено для проведения слуховых экспертиз, направленных на определение оптимальных частотных зависимостей указанных цепей системы при передаче звуковых сигналов различного жанрового характера и происхождения, в том числе синтезированных сигналов, в условиях присутствия в тракте равномерно распределенных по спектру помех.
Устройство содержит два идентичных друг другу канала (1 и 14) обработки и вещания, общий для каналов источник 9 помехи и мультиплексор 15, управляемый источником 16 сигнала управления, при этом каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные предыскажающий контур 2, тракт 6 вещания и восстанавливающий контур 10, в состав предыскажающего контура 2 входят последовательно соединенные регулируемые первый усилитель 3 и фильтр 4 верхних частот, подключенные выходом фильтра 4 верхних частот к одному из входов первого сумматора 5, к другому входу которого подключен вход первого усилителя 3, являющийся одновременно входом предыскажающего контура 2 и входом канала 1, выходом предыскажающего контура 2 является выход первого сумматора 5, в состав тракта 6 вещания входят второй 7 и третий 8 сумматоры, один из входов второго сумматора 7 подключен к выходу первого сумматора 5, к другому входу второго сумматора 7 подключен источник 9 помехи, выход второго сумматора 7 подключен к входу восстанавливающего контура 10, к разным входам третьего сумматора 8 подключены вход предыскажающего контура 2 и источник помехи 9, выход третьего сумматора 8 представляет собой первый выход канала, подключенный к одному из четырех сигнальных входов мультиплексора 15, в состав восстанавливающего контура 10 входят регулируемые второй усилитель 12 и фильтр 11 нижних частот, входы которых соединены с выходом второго сумматора 7, а выходы - с разными входами четвертого сумматора 13, выход которого образует выход восстанавливающего контура 10, который одновременно является вторым выходом канала, подключенным к другому сигнальному входу мультиплексора 15, т.е. каждый из двух выходов обоих каналов подключен к отдельному сигнальному входу мультиплексора 15, коммутацией которых управляет источник 16 сигнала управления, подключенный к управляющему входу мультиплексора 15, два выхода (31 и 32) мультиплексора 15 образуют два выхода всего устройства, а входы каналов (1 и 14) обработки и вещания образуют два входа всего устройства. Первый 3 и второй 12 усилители, а также фильтр 4 верхних частот и фильтр 11 нижних частот выполнены регулируемыми.
Выходы каналов 1 и 14, образованные выходами третьих сумматоров каналов обеспечивают получение сигналов, не проходящих частотную обработку, а содержащие только добавленную помеху. Выходы четвертых сумматоров каналов обеспечивают сигнал, прошедший частотную обработку, влияющую на добавление помехи.
Мультиплексор обеспечивает чередование следования необработанных и частотно-обработанных сигналов каналов на выходах устройства, что требуется для осуществления слуховых экспертиз, проводимых методом парных сравнений и направленных на определение влияния значений параметров цепей коррекции системы шумоподавления на качество звукопередачи в условиях присутствия равномерно распределенных по спектру помех в тракте вещания или тракте записи-воспроизведения аудиосигналов. На управляющий вход мультиплексора 15 от источника 16 сигнала управления подается сигнал управления работой мультиплексора, коммутирующий выходные сигналы каналов попарно друг с другом. Этот сигнал представляет собой меандра частотой 0,1 Гц. Два выхода мультиплексора 15 образуют два выхода всего устройства. При имитировании системы шумоподавления одноканального вещания используется один из каналов обработки, на вход которого подключается источник монофонического сигнала. При имитировании системы шумоподавления двухканального (стереофонического) вещания используются оба канала обработки и вещания, входы которых подключаются к левому и правому каналам источника сигнала.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода источника звукового сигнала подается на вход предыскажающего контура 2. Неизмененный сигнал источника попадает также на один из входов первого сумматора 5, на другой вход которого подается высокочастотная часть сигнала, выделенная фильтром 4 верхних частот из предварительно усиленного первым усилителем 3 входного сигнала. Усилитель 3 и фильтр 4 выполнены регулируемыми, что позволяет в ходе проведения экспериментов изменять начало, крутизну (параметры фильтра 4 верхних частот) и величину подъема (коэффициент передачи первого усилителя 3) АЧХ предыскажающего контура. Далее предыскаженный сигнал с выхода первого сумматора 5 вместе с сигналом помехи от источника 9 поступает на второй сумматор 7, выход которого подключен к входу восстанавливающего контура 10, где с помощью фильтра 11 нижних частот обеспечивается спад АЧХ в области верхних частот. Фильтр 11 нижних частот и второй усилитель 12 выполнены регулируемыми. Этим обеспечивается регулирование начала, крутизны и величины спада АЧХ восстанавливающего контура. Одновременно с подачей сигнала на вход предыскажающего контура 2 входной сигнал вместе с сигналом помехи от источника 9 помехи подается на третий сумматор 8, на выходе которого формируется зашумленный сигнал, не прошедший обработку. Обработанный системой шумоподавления и необработанный звуковые сигналы с выходов третьего 8 и четвертого 13 сумматоров подаются на разные сигнальные входы мультиплексора 15, где поочередно с помощью управляющего сигнала от источника 16 коммутируются в выходной сигнал первого выхода 31 мультиплексора 15, а значит всего устройства. При использовании двухканального источника звукового сигнала и обоих каналов обработки и вещания на два других входа мультиплексора 15 подаются выходные сигналы второго канала 14 обработки и вещания, которые коммутируются в другой выходной сигнал на втором выходе 32 мультиплексора 15 и всего устройства, чем обеспечивается двухканальное вещание.
Раскрытая внутренняя структура мультиплексора 15 имеет четыре сигнальных входа с 17 по 20, к которым подключены выходы обоих каналов. Так, к сигнальному входу 17 подключен первый выход первого канала 1, по которому передается не измененный, но зашумленный входной сигнал этого канала, к сигнальному входу 18 - второй выход первого канала 1, по которому передается зашумленный и обработанный сигнал этого канала, к сигнальному входу 19 - первый выход второго канала 14, по которому передается не измененный, но зашумленный входной сигнал этого канала, к сигнальному входу 20 - второй выход второго канала 14, по которому передается зашумленный и обработанный сигнал канала 14.
На управляющий вход 21 мультиплексора 15 подается сигнал, значение которого определяет подключение к выходам 31 и 32 одного из двух сигнальных входов (17 или 18 для первого канала и 19 или 20 для второго канала устройства). Когда уровень управляющего сигнала соответствует единице (1 В), звуковые сигналы с входа 17 для первого канала и с входа 19 для второго канала подаются на первый 22 и второй 24 перемножители, соответственно, где перемножаются с единичным уровнем управляющего сигнала, в результате чего, через шестой сумматор 29 и седьмой сумматор 30 сигналы приходят на выходы мультиплексора 31 и 32, соответственно.
В тоже время с помощью инвертора 26, источника 27 сигнала единичного уровня и пятого сумматора 28 сигнал управления меняет свою полярность и далее перемножается со звуковыми сигналами, приложенными к входу 18 для первого канала и к входу 20 для второго канала, посредством второго перемножителя 23 и четвертого перемножителя 25, соответственно.
Благодаря тому, что в пятом сумматоре 28, управляющий сигнал, полярность которого изменена, складывается с единичным уровнем, формируемым источником 27, на входах перемножителей 23 и 25 значение управляющего сигнала оказывается равным нулю, и как следствие этого звуковой сигнал в этот момент времени не проходит через эти перемножители. Когда на входе 21 управления уровень сигнала принимает нулевое значение, перемножители 22 и 24 перестают пропускать сигнал, в то же время на выходе пятого сумматора 28 формируется единичный уровень, обеспечивающий прохождение сигнала через перемножители 23 и 25, коммутируя тем самым потоки данных с входов 18 и 20 на соответствующие выходы мультиплексора 15.
Устройство может быть реализовано аппаратно-программными средствами, например, с помощью пакета системотехнического моделирования System View (в настоящее время пакет переименован в «SystemVue»), разработанного компанией Elanix. Пакет осуществляет имитационное моделирование систем на уровне функциональных блоков. Внутренняя структура мультиплексора 15 может быть реализована в виде метасистемы. Метасистемы (Metasystems) в SystemView служат для введения иерархии проекта и представляют собой компоненты, содержащие подсистемы, которые могут включать другие метасистемы, представляя собой многоуровневую иерархическую структуру.
Важно то, что в системе SystemView имеется возможность записи временной реализации в файл, что позволяет выполнять обработку данных с помощью других программных средств, в том числе с помощью звуковой карты ПК, а это предоставляет возможность прослушивания аудиофайла. Источниками и приемниками звуковых сигналов могут выступать звуковые двухканальные WAV-файлы. В качестве наиболее характерного источника 9 помехи можно использовать генератор белого шума. В качестве источника 16 сигнала управления можно применить генератор сигнала прямоугольной формы (меандра) частотой 0,1 Гц. Это позволяет получить на выходе мультиплексора 15 звуковой файл, в котором будет происходить чередование звучания обработанного системой шумоподавления и необработанного сигналов с заданным интервалом времени, что повышает удобство выполнения слуховой оценки результатов работы системы в зависимости от установленных значений параметров регулируемых блоков.
Изложенное свидетельствует о том, что структурные схемы каналов обработки и вещания модели шумоподавителя обеспечивают получение необработанного и частотно-обработанного сигналов на своих выходах, в то время как структурная схема мультиплексора, к основным входам которого подключены выходы каналов обработки и вещания, обеспечивает чередование этих сигналов на выходах всего устройства. Это позволит использовать модель системы шумоподавления для проведения слуховых экспертиз методом парных сравнений, требующего чередования эталонного и оцениваемого аудиосигналов, в качестве которых экспертам предъявляются при прослушивании необработанные и частотно-обработанные сигналы, соответственно.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих условий:
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, позволит более эффективно имитировать систему шумоподавления.
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Литература
1. Патент РФ на изобретение №2559821 (RU 2559821 С1). МПК G11B 20/24 (2006.01). Устройство для имитации системы шумоподавления с частотными предыскажениями [Текст] / Тихонова Л.С., Растрига С.К.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения. - №2014141188 от 13.10.2014. Опубл. 10.08.2015, бюл. №22.
2. Веселова Н.И., Тихонова Л.С. Применение метасистем в моделировании РЭУ // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития: сб. науч. тр. по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 28 февраля 2014 г. Часть 8. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2014 - 163 с., С. 23-25.