Исследование компандерной системы шумопонижения

3.2.2.         Обработайте компрессором остальные два сигнала: «Синус Nп.wav»,  «Синус Nп-20.wav», повторив методику, п.3.2.1. Сохраняйте полученные сигналы, добавляя в конце их имени букву «к». Включая воспроизведение полученных файлов, записывайте показания ИУ.

3.2.3.         Постройте амплитудные характеристики компрессора, используя уровни его входных и выходных сигналов.

3.2.4.         Исследование АХ экспандера.

Активируйте курсором «мыши» первый испытательный сигнал «Синус 0.wav». Обработайте его экспандером. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.5.2.б, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, позволяющая превратить устройство в экспандер путём изменения амплитудной характеристики. Выберите Untitled и установите вручную, выбранные в п.3.1.1 параметры статических характеристик: курсором «мыши» задайте требуемую амплитудную характеристику. Установите усиление экспандера (Output gain) – 0дБ. Динамические характеристики  экспандера установите регуляторами, учитывая соображения, приведённые в п.2.2. Нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени букву «э». В первом случае сигнал будет иметь имя «Синус 0э.wav». Включите воспроизведение полученного файла, запишите показания ИУ.

3.2.5.         Обработайте экспандером остальные два сигнала: «Синус Nп.wav», «Синус Nп-20.wav», повторив методику, п.3.2.4. Сохраняйте полученные сигналы, добавляя в конце их имени букву «э». Включив воспроизведение полученных файлов, запишите показания ИУ.

3.2.6.         Постройте амплитудные характеристики экспандера, используя уровни его входных и выходных сигналов.

3.2.7.         Исследование сквозной АХ компандера (компрессора – экспандера).

Активируйте курсором «мыши» сигнал, прошедший через компрессор (в первом случае «Синус 0к.wav»). Обработайте его экспандером, вызвав панель настроек Dynamics, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, на которой не изменяя предыдущих настроек экспандера нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени буквы «кэ» (в первом случае сигнал будет иметь имя «Синус 0кэ.wav»). Включите воспроизведение полученного файла, запишите показания ИУ.

3.2.8.         Обработайте экспандером остальные два сигнала, ранее обработанных компрессором: «Синус Nпк.wav», «Синус Nп-20к.wav», повторив методику, п.3.2.7. Сохраните полученные сигналы, добавив в конце их имени буквы «кэ». Включив воспроизведение полученных файлов, запишите показания ИУ.

3.2.9.         Постройте сквозные амплитудные характеристики КСШП (системы компрессор-экспандер), т.е. зависимость уровней выходных сигналов экспандера от уровней одноимённых входных сигналов компрессора.

3.2.10.    Оценка эффективности КСШП выполняется по разности уровней шума при наличии КСШП и её отсутствии. Эффективность компандерной СШП рассчитывается по формуле:

                                          ∆N=Nш-Nшэ,  дБ,                                                                                    (5.4)

где ∆N – эффективность СШП, Nш  - уровень шумового сигнала без КСШП, т.е. без обработки его экспандером (на его входе), Nшэ - уровень шумового сигнала после обработки его экспандером (на его выходе).

Для её нахождения сымитируйте шумы канала передачи, введя в сигналы «Синус Nпк.wav»,  «Синус Nп-20к.wav» белый шум.

3.2.11.    Сформируйте предварительно файл шумового сигнала: последовательно выберите File→New. В открывшемся окне установите: частота дискретизации 44100Гц, Bit-depth - равным 16bit  и каналы - моно. Нажмите ОК. Выберите последовательно в основном меню: Tools→Synthesis→Simple.  В открывшейся панели меню выберите: в выпадающем меню набора предустановок→Untitled, форму волны→White Noise (белый шум), длительность→20 секунд, вставить новое колебание→Start of file, установите регулятором его уровень равным Nш=(Nп-20) дБ. Нажмите ОК. Сохраните его под именем «Шум. wav».  Для введения  этого шума в сигнал скопируйте шумовой сигнал в буфер, выделив весь файл: Edit→Select All и скопируйте его: Edit→Copy.

3.2.12.    Переместитесь на файл ЗС «Синус 0к.wav», установите курсор «мыши» в начало файла.  Введите  в него шум, выбрав  в основном меню: Edit→Paste Special→Mix. В открывшейся панели установите регуляторы Source и Destination в положение – 0 дБ. Чтобы убедиться, что все операции проделаны корректно, воспроизведите сформированный файл ЗС. На последних 10 секундах синтезированного файла индикатор уровня (ИУ) должен показать введённое в сигнал значение уровня шума:  Nш=(Nп-20) дБ. Сохраните файл под именем «Синус+шум1.wav». Включив воспроизведение, измерьте ИУ и запишите это значение уровня шума (на последних 10 с).

3.2.13.    Сформируйте второй и третий испытательные сигналы с шумом, введя шум в файлы «Синус Nпк.wav» и «Синус Nп-20к», соответственно, по методике изложенной в п.3.2.13. Сохраните файлы под именами «Синус+шум2.wav» и «Синус+шум3.wav». Включив воспроизведение, измерьте с помощью ИУ значение уровня шума на последних 10с файла. Запишите эти показания.

3.2.14.    Обработайте экспандером сигналы «Синус+шум1.wav», «Синус+шум2.wav» и «Синус+шум3.wav». Для этого активируйте курсором «мыши» каждый из исследуемых сигналов (в первом случае «Синус+шум1.wav») и обработайте его экспандером, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. В открывшейся панели, не изменяя установленных ранее настроек экспандера, нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени буквы «кэ» (в первом случае сигнал будет иметь имя «Синус+шум1кэ.wav»). Включите воспроизведение полученного файла. Запишите два показания ИУ для каждого файла: на первых 10 с – значение уровня гармонического сигнала, а на вторых 10 с – значения уровня шума на выходе КСШП.

3.2.15.    Постройте сквозные амплитудные характеристики КСШП (системы компрессор-экспандер), сопоставляя уровни файлов выходных сигналов экспандера (первые 10 с уровня в каждом файле) с уровнями одноимённых входных сигналов компрессора. Постройте сквозные амплитудные характеристики КСШП (системы компрессор-экспандер) при наличии шума в канале передачи, т.е. зависимость уровней выходных сигналов экспандера (на первых 10 с в каждом файле)  от уровней одноимённых входных сигналов компрессора.

3.2.16.    Рассчитайте эффективность КСШП по формуле (5.4), подставив в неё значения Nш  - уровня шумового сигнала до обработки его экспандером (на его входе), п.3.2.11 и Nшэ - уровень шумового сигнала после обработки его экспандером (вторые 10 с в файлах, п.3.2.14).

3.2.17.    Исследование динамических параметров КСШП.

3.2.18.    Исследование динамических характеристик выполняется на сигнале представляющем собой радиоимпульсы с прямоугольной огибающей и частотой заполнения 2000Гц, рис.5.3.а.

                                          а)                                                                                    б)

                                          в)                                                                                    г)

Рис. 5.3. Осциллограммы сигналов: а – входной испытательный сигнал, б – на выходе компрессора, в – на выходе экспандера, при входном сигнале а, г – на выходе экспандера (КСШП), при входном сигнале б.

3.2.19.    Для формирования тестового сигнала выберите в основном меню: File→New. В открывшемся окне установите параметры создаваемого сигнала: частота дискретизации 44100Гц, количество разрядов квантования (Bit-depth) равным 16bit  и каналы - моно. Нажмите ОК.

3.2.20.    Создайте сигнал высокого уровня длительностью 0,05 с. Для этого выберите последовательно в основном меню: Tools→Synthesis→Simple.  В открывшейся панели меню выберите: в выпадающем меню набора предустановок→Untitled, форму волны→ →Sine, длительность→0,05секунды, частота→2000Гц, вставить новое колебание→End of file, уровень сигнала установите равным (Nп+5) дБ. Нажмите ОК.

3.2.21.    Далее присоедините к этому колебанию сигнал низкого уровня длительностью 0,45 с. Для этого выберите: Tools→Synthesis→ →Simple.  В открывшейся панели меню выберите: в меню предустановок→Untitled, форму волны→Sine (синусоидальная), длительность→0,5 секунды, частота→2000Гц, вставить новое колебание→ →End of file, уровень сигнала установите равным (Nп-10) дБ. Нажмите ОК.

3.2.22.    Повторите дважды последовательно п.3.2.20 и  п.3.2.21 для формирования трёх перепадов сигнала высокого и низкого уровней. Полученный сигнал должен иметь вид, изображённый на рис.5.3.а. Сохраните этот сигнал под именем «ДС.wav».

3.2.23.    Обработайте сформированный сигнал компрессором. Для этого вызовите панель настроек Dynamics, рис.5.2.а, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. Откроется панель настроек параметров, выберите Untitled и установите вручную, выбранные ранее в п.3.1.1 параметры статических характеристик компрессора. Нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени букву: «ДСк.wav». При правильных установках параметров компрессора полученный сигнал должен иметь вид, приведённый на рис.5.3.б. Измерьте длительность переходных процессов (времени установления tу и времени восстановления tв), выделяя курсором «мыши» участок с переходным процессом (длительность выделенного участка указывается в правом нижнем углу файла данных). Зарисуйте полученный сигнал.

3.2.24.    Для исследования динамической характеристики экспандера активируйте курсором «мыши» испытательный сигнал «ДС.wav». Вызовите панель настроек Dynamics, рис.5.2.б и настройте её в режим экспандера. Для этого: выберите в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. В открывшейся панели настроек параметров выберите Untitled и установите те же параметры статических и динамических характеристик что и ранее, в п.3.2.4. Нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, добавив в конце его имени букву: «ДСэ.wav». Выходной сигнал экспандера должен иметь вид, приведённый на рис.5.3.в. Измерьте длительность переходных процессов: времени установления tу и времени восстановления tв. Зарисуйте полученный сигнал.

3.2.25.    Для исследования динамической характеристики всей КСШП обработайте сигнал «ДСк.wav» экспандером. Для этого активируйте сигнал курсором «мыши», вызовите панель настроек Dynamics, рис.5.2.б, выбрав в основном меню Effects→Dynamics→Graphic. В открывшейся панели настроек параметров ничего не изменяя нажмите клавишу ОК. Сохраните полученный сигнал, под именем «ДСкэ.wav». Полученный сигнал должен иметь вид, приведённый на рис.5.3.г. Зарисуйте полученный сигнал.

3.2.26.    Понижение шумов в файле реального музыкального ЗС

Подготовка файла реального музыкального ЗС. Загрузите файл музыкального сигнала из папки, находящейся на несистемном диске: (D, E или F):\исходные сигналы:\ звуковые сигналы:\ музыка, выбрав на панели инструментов: File→Open. В открывшейся панели установите галочку в окне «Auto play» и, выделяя файл, прослушайте его перед загрузкой. Нецелесообразно выбирать «тяжёлую» музыку с маленьким динамическим диапазоном, т.к. на ней трудно будет заметить исследуемые эффекты. Выбрав файл ЗС, нажмите клавишу ОК. Ограничьте его длительность до (60…90) с. Сохраните его под именем: «Музыка.wav».

3.2.27.    Сформируйте файл шумового сигнала по методике, п.3.2.11, установив уровень шума равным (-40…-50)дБ, а его длительность на 10 с больше длительности файла «Музыка.wav». Сохраните файл под именем «Шумм.wav».

3.2.28.    Введите в сигнал  «Музыка.wav» шум «Шумм.wav» по методике п.3.2.12. Прослушайте сформированный файл ЗС и измерьте уровень шума Nш2 на последних 10 с файла. Сохраните файл под именем «Музыка+шум.wav».   

3.2.29.    Загрузите файл сигнала «Музыка.wav». Обработайте его компрессором по методике, изложенной в п.3.2.1. Введите в полученный сигнал  шум  «Шумм.wav» по методике, изложенной в п.3.2.12. Далее обработайте этот сигнал экспандером, см.п.3.2.4. Прослушайте сформированный файл ЗС и измерьте уровень шума Nшэ2 на последних 10 с файла. Сохраните его под именем «Музыка-шум.wav». Рассчитайте эффективность ∆N2 КСШП по формуле (4.5), заменив в ней Nш→Nш2  и Nшэ→Nшэ2.

4.    Содержание отчёта

              Отчёт должен содержать:

−     параметры настроек компрессора и экспандера;

−     амплитудные характеристики компрессора, экспандера и сквозную КСШП, построенную для гармонических сигналов;

−     амплитудные характеристики экспандера и сквозную КСШП, построенную для сигналов с шумом;

−     результаты расчётов эффективности шумоподавителя на испытательных (гармоническом и музыкальном) сигналах.

5.    Контрольные вопросы

1.     Из каких соображений формируется статическая характеристика компрессора, экспандера?

2.     Что такое коэффициент сжатия, коэффициент расширения? Что они показывают? Как они  влияют эффективность КСШП?

3.     Что относится к динамическим параметрам компрессора и экспандера? Из каких соображений они выбираются?

4.     Почему при наличии шумов в файле звукового сигнала АХ КСШП становится нелинейной, даже если при их отсутствии она была линейной?

5.     Чем объясняется увеличение нелинейности АХ КСШП при уменьшении уровня входного сигнала (при наличии шумов в канале передачи)?

6.    Список использованных источников

1.   Акустика: Справочник/ А.П.Ефимов, А.В.Никонов, М.А.Сапожков, В.И.Шоров. Под ред. М.А.Сапожкова. – М.: Радио и связь, 1989.

2.   Гинзбург В.А. Модели компандерных систем шумопонижения. – Техника кино и телевидения, №2, 1985.

3.   Радиовещание и электроакустика: Учебник для вузов / С.И.Алябьев, А.В.Выходец, Р.Гермер и др.: Под ред. Ю.А.Ковалгина. – М.: Радио и связь, 1998.

4.   ОСТ 45.138 – 99. Усилители оконечные звуковой частоты станций проводного вещания. Основные параметры. Методы измерений. – М.: ЦНТИ «Информсвязь», 2000.