专利名称：全动态互补型降噪系统的制作方法
技术领域：
本发明属于音响降噪系统。
现有音响降噪系统可分为互补型和非互补型两类。录音机中使用的降噪系统多属互补型系统。如dolbydbxHigh-comANRSTelecom·ADRES等系统均属此类。这类降噪电路是选择一个参考电平，在参考电平以上的(或以下的)信号进行动态压缩，在放音时进行同样的扩张，而在参考电平以下的(或以上的)信号则不进行压缩及扩张处理。同时，现有降噪电路均为全动态范围中某一段动态范围的互补压缩及扩张。
从现有的降噪电路来看，存在着一些不足1、降噪性能仍感不足;2、不能降低重放时音调、音量控制部分的降声;3、由于电路复杂，所以价格比较昂贵。
而本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种全动态互补型降噪系统，旨在提高信噪比。扩展动态范围。
本发明的基本设计思想是把参考电平选取在最低有用信号电平上，如果把这个最低有用信号电平定为Odb，信号动态范围固定为120db时，本降噪系统的压缩、扩张比取2∶1。那么经压缩后的120db的动态范围的信号变为60db的动态范围的相应信号。由于本降噪系统是把参考电平定为最低有用信号电平所以，区别于以往的降噪电路为本降噪系统是全动态范围的压缩和扩张。
本发明是通过以下电路来实现的一、录音状态全动态互补型降噪系统电路分为主、付两个通道，如
图1，主通道是信号传输通道。主通道的可变增益放大电路受副通道控制信号控制，完成对信号的压缩;副通道信号是在主通道信号未压缩时取出，经模拟运算电路取出控制信号，控制主通道增益，完成对信号的压缩。
主通道由输入级1、放大级2、可变增益控制电路3组成。
对于录音状态，当输入信号(uin)经输入级和放大级后，达到要求的信号幅度。即OdB时峰峰值20μv;120dB时峰峰值20V，这时，信号分别送主通道(VX)和副通道。
主通道的可变增益控制电路3，由一级或多级三级四象限电路组成，最佳实施例由三级四象限模拟乘法器组成如图2。对应于最大输入信号120db应压缩60db，则三级每级压缩20db。
国产的四象限乘法器BG314，最大输入电压可达10V。所以如果取控制电压为VY＝1V时，三级增益为-60dB，则控制电压VY＝10V时，三级增益为20lg( 10/1 )3-60＝OdB。因此三级四象限模拟乘法器，可完成对信号的压缩。
副通道电路由绝对值电路5、6，运算电路7、8，限副放大电路4和开关控制电路9，10，11构成。因信号动态范围很大所以采取分段处理的方法将信号分为0～60dB和60～120dB两段分别处理，再经开关电路9，10分别取出相应的控制信号，就可控制主通道增益。
1、副通道绝对值电路5、6，如图3采用由两个运算放大器构成的增益为1的绝对值电路。
一般乐器的上升时间为1ms左右，尖锐乐器声音建立时间只有0.3ms，所以录放时的上升特性取0.3ms，这样可保证对信号的录音时压缩、放音时扩张能及时，不产生很大的过冲。(指录音时不能及时压缩形成的削顶失真)这时RC滤波器的放电常数录音状态τ＝0.145S;放音状态τ＝0.290S图中，当C＝1μF时，R录(录音)＝145K，R放(放音)＝290K，其中D1～D4均可用2CK45开关二极管。电阻Rf1＝Rf2＝RF1＝RF2＝20K。
考虑到上升特性，要求整流输出带负载能力应强。如果不能满足上升0.3ms要求，可减小C值，扩大R值。
参考文献《集成运算放大器原理与应用》李清泉、黄昌宁编著2、副通道运算电路7、8(即控制电压取出电路)
为了使录音状态的压缩比为2∶1，对于0～60dB的信号，令整流输出最小电压Umin＝10mV。则(－ 1/2 )20lg (U)/(Umin) = 20lg ( (uU控)/(u10) )3U控＝U16m i n·1036U16]]>其中u指主通道交流信号;
U控指控制电压;
U指整流输出电压;
Umin指整流输出最小电压;
所以U控= 4.64 U－16]]>对于60～120db的信号，令整流输出最小电压Umin＝10mV，则(－ 1/2 ))(20lg (U)/(Umin) + 60) = 20lg ( (uU控)/(u·10) )3U控= 1.468U－16]]>由上面计算可见，须对整流输出电压进行负指数运算。
一般指数运算可通过对数、反对数运算完成。对数与反对数间取比例系数m，当m＝ 1/6 ，就可得 1/6 次的指数运算
由于本系统要进行负指数运算，可直接把整流输出电压先进行 1/6 次的指数运算，再进行倒数运算
也可以在对数放大器后加一级反相放大器，使其增益为1
从成本和性能上看，第二种方法比第一种方法实用。
(对数、反对数电路设计参见《运算放大器电路设计手册》〔美〕戴维德F·斯图特著)3、副通道开关控制电路9、10、11，由开关信号检出和开关电路组成，如图4。开关信号检出电路是一级施密特触发电路。检测信号U，当录音状态时，在60～120db段整流输出端取得，放音状态时，在0～60db段整流输出端取得。而参考电压VR，录音状态为10mV，放音状态为0.316V。调整R2、R3使当A3输出高电平时，BG1、BG3可靠饱和。调整R4使A3输出低电平时BG2可靠饱和，稳压管是保证A3输出高电平时，BG2可靠截止。
当开关电路任一路正常工作时，都可得到“开关等效电路”。列出电路方程为
根据运算放大器电路的基本定则，输入端之间的电压为零，也就是说V′in＝VX，原方程可化为
当D1、D2正向压降在正向电流0.1～3.1mA间变化时，其变化值相同，即VD1＝VD2时，Vout＝Vin即可保证开关电路的精度，使动态压缩、扩张保证精度。
4、副通道限幅放大电路4如图5对于录音时0～60db信号(放音时0～30dB信号)先放大60dB，使其也达到整流输出10mV～10V。当输入信号大于60db时，必须对信号进行限幅，以保护电路正常工作。限幅输出电压取10.5V～11.5V，相对于输入信号为10.5mV～11.5mV。
为了减小双向稳压管等参数的影响，可采用二级限幅放大电路，每级增益30dB。此时限幅输出电压最大值由第二级决定。这样其第二级可直接用作放音时副通道放大。
由于全动态互补型降噪系统电路采用分电平段式压缩，在由120～60db电平段转到60～0db电平段过程是一个突变过程，要求录音电平准确，以使放音时重放出这一过程，但如果电平不准确，会出现严重瞬时失真。
为了克服这一缺点，将副通道60～0db电平段整流输出端加入一个由开关电路控制的10V正电压。如图6。图中二极管D负端为整流输出电压U整，即图3绝对值电路输出，三极管BG基极与开关控制电路图4，J点相结，为BG管的开关信号。
电路调整当没有输入音频信号时，U整＜＜10V，同时BG基极为高电压，断开此高压，调整可调电阻W，使U整输出10V。这样就可保证由120～60db段转为60～0db段工作时，不发生跳变。从而避免了严重的瞬时失真。
二、放音状态对应录音状态的方法，就可设计出放音状态动态扩张电路。如图7。其中12为输入放大级，13为音量、音调级，14为可变增益控制电路，15为绝对值电路。
在放音状态，信号只有60db的动态范围，使用一级整流电路(绝对值电路)15足以。这样就可以省去开关电路，同时用一级四象限乘法器14即可完成扩张。此时U控＝U整。由此可见，在放音状态可省去运算电路，使U控＝U整＝VY，这样可使放音状态成本大大降低。
由于放音时从节目源获得的信号动态范围只有60db，故对前级的要求低。对于音量音调控制部分降噪处理时，副通道信号一定在音调、音量控制电路之前取得，以消除音量、音调控制电路对扩张特性的影响。音量、音调控制部份13应置副通道信号取出级15和可变增益控制级14之间。
对于一般的盒式磁带，动态范围只有45～55dB，当使用全动态互补型降噪系统时，可扩展为90～110dB。对于一般节目源90dB的动态范围就可满足。当节目源只有90dB时，相对的最低电平可提高30dB，这样可减小可变增益放大器(BG314)本身噪音的影响。
由于本发明是全动态范围的压缩和扩张。所以，在放音时(参考放音图7)，即使录制信号降低20dB，只要绝对值电路能够对0.001V的信号进行绝对值运算(这在实际电路中很容易达到)，仍可进行2∶1的放音扩张。所以，本发明对录音电平要求不严格。
为了达到更好的降噪效果，本发明可采用分频段降噪的方法，以获得好的上升、下降特性和遮掩效果。四段20～80Hz，80Hz～3KHz，3KHz～9KHz，9KHz～20KHz。
这样可产生两种型号即LUSH-N.型(全频带)普通型LUSH降噪。及LUSH-A.型四频段LUSH降噪系统。
采用本发明系统后，还可提高左右声道的分离度。
当左右声道声级差较大时，由于LUSH的扩张特性，可将分离度提高。如当单声道有声为50dB时，对另一声道的干扰信号强度为30dB，经扩张后，分别为100dB和60dB。可见，全动态互补型降噪系统提高了左右声道分离度。(但当左右声道声级差小时，就不能起作用了。)
权利要求
1.一种互补型降噪系统。其特征在于本降噪系统是全动态范围的压缩和扩张。压缩及扩张比为2∶1。对录音状态和放音状态分别处理。录音状态(动态压缩)主通道的可变增益控制电路3，由一级或多级四象限模拟乘法器组成。副通道电路由绝对值电路(5)(6)、运算电路(7)(8)，限幅放大电路(4)和开关控制电路(9)(10)构成。放音状态动态扩张；信号只有60db的动态范围，使用一级整流电路(绝对值电路)15，同时用一级四象限乘法器14即可完成扩张。
2.根据权利要求1所述的互补降噪系统，其特征在于副通道信号分为0-60db和60～120db两段，分别处理后，可控制主通道增益。
3.根据权利要求2所述的互补降噪系统，其特征在于副通道绝对值电路(5)(6)，采用由两个运算放大器构成的增益为1的绝对值电路;副通道运算电路，对于0～60db的信号，U控＝4.64U- 1/6 ，对于60-120db的信号，U控＝1.468U- 1/6 ，即要进行对数反对数电路设计。
4.根据权利要求1所述的互补型降噪系统，其特征在于录音状态，副通道60-0db电平的整流输出端加入一个由开关电路控制的10V的正电压。
5.根据权利要求1和2所述的互补型降噪系统，其特征在于绝对值电路5、6中的RC滤波器的放电常数录音状态τ＝0.145S放音状态τ＝0.290S，当C＝1μF时，R录＝145KΩR放＝290K，D1～D4采用2CK45开关二极管，电阻Rf1＝Rf2＝RF1＝RF2＝20KΩ。
全文摘要
本发明采用全动态范围的互补压缩及扩张电路。电路包括四象限乘法器、限幅放大电路、绝对值电路、指数电路、开关控制电路等来达到音响降噪的效果。本发明降噪性能好，扩展动态范围，对元器件参数要求不严格，价格低廉，对录音电平要求不严格。
文档编号G11B20/24GK1042791SQ8810766
公开日1990年6月6日 申请日期1988年11月10日 优先权日1988年11月10日
发明者吕春生, 申彤 申请人:吕春生, 申彤