автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.08, диссертация на тему:Исследование и разработка систем автоматического регулирования усиления сигнала при записи звука кинофильмов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО КИНЕМАТОГРАФИИ

ВСЕСОЮЗНЫЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НЛУЧНОтИССЛЕДОВЛТЕЛКСКИЯ КИНОФОТСИМСТИТУТ

- НИКФИ -

На гтраиэх рукописи

ГОРДОН МИХАИЛ ГРИГОРЬЕВИЧ

УДК 681.04.007.2-92:778.334.1

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛА ПРИ ЗАПИСИ ЗВЖА КИНОФИЛЬМОВ

Специальность 03.09.09 - Элоктроакустгха и зоунотехнкха

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ 1!Л СОИСКАНИЕ УЧ£1 !ОР1 СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИ* НАУК

Москва - 1991

Работа наполнена во Всесоюзном Ордона Трудового Зиакоте научно-исследовательском ккнофогоанституте.

Красного

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Б. Г. Белкин

(фгцяальныэ оплонанты - доктор технически* наук,

профессор С. А. Коаалгин

ВодуЕ-оэ прадирзяхвв - Ленинградское оятяко-кэхаличзское

ка насодзнии специализированного ссвота Я 035.03.01 Всосоазаого научно-исследовятп.!ц.ского кинофотоинститута по адресу: 12ЫС7, Москва, ЛокиягрядскиЯ проспект, дам 47, тел. IRS-B6-82.

С диссертацией м.'жчо ознакомиться Е библиотека Всесоюзною научно-исслвдовзтсдг.ского кинофотоинститута

Автореферат разослал '' ' onyQA^ leal года.

Проспи принять участке в работе совета или прислать отзда п двух экземплярах, завореншз печзтьп организации.

Учоный секретарь споциядазированпого совета, . кандидат технических паук.

кандидат технически наук, старел« научный сотрудник l.o Кйкоеов

ооъедга&ние ияени Б И./еиииз

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Апт?адъ~ость прс.Дд™и. При застсз зет порода-о ;нукпвых ссо5хокя2 зсогда возникгот проблема соггасованяя частотного и дггастгттаского дяаяазсксз сигналов, продстгпляп^с эти сообщения, с зззизагз г;* харэтерзстикамя каналов. Необходимость

согдааоягпзя сцрздолгется как требованиями рэетсауры, га:-: 2 стр^игопгзи ухснкпхть 2с::а::-'ония, пояплшигосп при прэхгахоЕхш сигнала через ризлпннз свинья аппаратуры, сбразутаоа эти каналы. Слуствуют дэз 0сн02еых ястсчбтссэ яскаквзня, .-лорзым из потэрше ГА.тязтся ГГ-'М СБОиЬОВ. Прл нэпрорышюм ;зна10Г0БСМ) с1гпа;;о ;гс.-гз::7згг,:я, зызвазжо дойствпем пума, по сусоству пропсрц?она.гь:п>; сгнсгаяиа сродннг гнзчзпгЗ ногзоотеЯ пуна п сигнала и убывает' с рссто.ч гсетоста сигнала. Прл преобразовании енгпгла в цв^рсвуп йэр?у "тгегичнео Дегстглэ окзгызгэт аук квантования и вычгатешгз с сграхтопзгЗ точностях) при сбрсботко сигнала." Втсри истсчшком. иокйяшш нзлизозпостн а-шитудвых характеристик

гшЕр-атурц. С утаггчетпем ггатзгоста сигнала эта искажения обычно уэглпнЕзктсл, щтсм пороговом образом в аналоговая аппаратуре фотографической ззеися в цг^рсвой аплзратурэ обработки ихл записи сап'.ахсв. Из-за пэстегщоязрзсстл сигнала условия. согласования сэдзстгзвд) еакетяэтея как во врвкэнг,. в пределах одного сосСззшп, тгк я прз пэрэгодэ от одного . сообщзния к другому и поэтому в- сэлса радэ случазз Ев могут быть выполквными бзз сусэствогЕпго сгрззпчвшт диапазона кггеЕвнця мощности сигнзлэ.

В срозоясап вссЕздозаяеяг по повышению качества передачи сссбггг^ Еокпггзт езтуацпн. когда дальнойно?/

рпегпрззгз теэтетпетп п д^иг*:пчзспаго диапазонов каналов ггуте'.?

псгогптг™~.-~ сзощ.ез кгсэт бить достигнуто лиг.ь г;ггг.П ~ ггг.ггг.^л'ггго усяЕггггл, что часто сконалпосгаз' г:::-;."г:сгсСгг~гз. В с:г7 итого тробуотся использование усэ

л сбрсгсплвгэтся нпторзс п црегзпэнп». в гггггз л ГГ'Г?.Т'!"Т'1 ргзлячпьз: снстен автмтячосгпго тшгтттпгл згетгтзгя (/17): лгтатврэв» татгарзсссгюз, ж^гхтрт::* сгстсг:» тз есть соэтрзспгэ казагоз с испольговэягем

~ттг гтт?п2гоз гтггпгяпя гкктостгг

Ястг^тазть л г;аг-э со~:р-гп:-п: сгуджпх сястега: ¿30'. с лсг'":~т,'5 Сгзтро^-Лсгг"?:: :: ^ссг-знзгп спг^атз, ■ гогросла

" • дтзеятг.гзт::?.. в с суг-эгтгггч1"". у^так'".:'!

гергпгзгтгеггге ст.7;г'"-:х2 пштег-тгл1. сппгзнг:с4 с пср.эжсм х 1ггл-:сг тогггзс?, -гг^- сг".~"гттаг:~о т^дкэзнс:! С0гэрг820"в0зэння

массовой аналопнюй аппаратуры. Появилась также практическая возможность реализация систем АРУ на основе' цифровой обработки сигнала, открьзшая нозые перспективы развития таких систем и определяющая, следовательно, необходимость разработки принципов их

построения.

Ограниченные! возможности математического описания моделей источника сообщений и критериев минимизации искажений приводят к необходимости решения задач ограничения диапазона изменения мощности звукового сигнала в классе систем с заданной структурой, причем, весьма часто, систем с одним переменным параметром и прямой или обратной регулировкой этого параметра.

Так, дз их основе строятся АРУ радиоприемных устройств в безьнерционньп каналах с замираниями (типа рэлеевского). Эти из (одгопараметрические) системы с успехом используются и для построения вссх основных видов систем АРУ звукового сигнала. Именно этот тип систем (с переменным коэффициентом усиления) и используется в данной работе для решения проблемы ограничения пиковой мощности сигнала.

др^т^в. класс систем - безынерционные непарамвтричесхио системы АРУ - Тгс&г^ван Ю. М. йшуткиным при рассмотрении методов преобразования огибающей звукового сигнала, основанных на моделировании звукового сигнала ого огибающей и фазой. В связи с применением ''метода огибающей'' и в задачах анализа параметрических систем АРУ отметим здесь, что получение огибахвдэй звукового сигнала (Ишуткин Ю. М., Плиззв В. М., Техника кино и телевидения, 15383, )? .4, с. 3-6) требует применения технических средств , существенно отличных от детектора, используемого для формирования сигнала управления в параметрических системах АРУ.

Особенности) изучаемых в диссертации систем АРУ является принципиально инерционный и нелинейный характер их реакции на изменения преобразуемого сигнала, что обусловлено - неаддитивностью параметра, по кэторок/у осуществляется регулирование,, по отношнею ко входному сигналу. По принципу рэгулпрования они относятся к следящим система?.! порогового типа. Этими двумя факторами и определяется основная динамика процессов в АРУ. При внешне« сходстве задач автоматического регулирования усиления при радиоприема и ограничении диапазона изменения мощности звукового сигнала катоды их решония и анализа суцвствопно различны. В первом случае, 1сагда несущая частота правшааеыого радиосигнала намного выше верхней частоты модулирующего сигнала и канальных процессов, мояво свести рассмотрение задач АРУ к изучения преобразований

- в -

огибавшая сигнала, поскольку несущая не содеркит полезной пнфор«ащи и, следовательно, ее искажения не прздставдяюг прзктгсчэспого пнтореса.

Псзтс:.!у при дэззтвиз на вюлэ АРУ узкополссного сягезлэ с иодгешзги иптапсшш-з огнэ'гвзэй возкояяа аппроксякация дотектора бозгсорстзозпь.'л z лзЕэазше четыропюлзснлком. На драктико эта ус,:о'_!Г)Я ягсзг кзсто лппь дхп узкого класса сигналов/ Нгпремер» они укз пра коделяровгзпп гзукэзого сзгпад*,' на пходэ АГУ (np^c.'o'ji'M) тсгагьпка жщугьзся, врскя яь?у.яош!я огпбатедай которого, !cs!t г сзуксзоп) силгагз, срззгоа с лзряолоя самого

С7ГГГЗЛ

г1гкетеея тлзрелтазкге результате анализа napatteijcraciccí crcvei: Л?7 6ílxz г.огучс-пу только з прнйнэавшп яетом огибав;».», в pzxxrz тлторсага нэ дез&гось х:;\тут.:ть достатй^о го-шоЗ . пцеаа с.:.г" :.-.-г: riorrriizs ~грт:г-р7с:г;:; слстсм, рэбоггггзх в дюгззояо *!»с!ст. Яггааг» сгстея АРУ звукового czrsata оставалась rcyrrosncír, a ргарсбэтга птеатзпвских систем проэодй.тась в соногзк! 'яодркзсзгпя кзтсда:« к в значительной степени была . сзпзгпз с jxfizizzvji Егоггстая тохгичзсгап решений. • ■ ^

OTf."5TZM от, ЧТО. „7ДЯ СЗСТС!) АРУ всегда имеет МЗСТО cszKJsmsr? сггеага в потлэ рзгулфованзя, которое необход» та у=шгззть, поскольку она пргводзт к вогишгоганип сневдфическк пасгдаз обрзЗзткззгт:ого сгптала.

СхздуктгЗ 1фзт созросоз, тробухпщЗ рассмотронжя, связан а ¡адаЕрозгпггя сзупсзаго сигнала. В настоящее вромя наиболее полно/ рззргботазн етдэгз звукового сигнала, ошсывгшле ого и стсзгсзсртоп nps&i2SSE23'. В задачах построэнзл систем АРУ этд ползли прлстсзетт СГрПППЗПКЫЗ пнтарэс, поскольку k05h0c7i»' звупозого стпзла з дапнсз прзйигвшш ез аавзсзт ■ от врзмзнн ;г,. слэдовгтолкго, всэтдэ есзscasu ЕЫбор установочного значения коэффициента пзрэдсчя, пра потере:.! заачоЕзо зтоа гсстостя ез презьшает дспуспзото.

Вот перечзсгэнса проблемы л ' определяет актуальность ясслодозаниЯ парзгэтратасисЕ састои АРУ звукового сигнала, разработки прзщшгав построения п пргктгозскоа рэализащш цяфуоидс сзстом АРУ, пострсзпзя содзхзЗ звукового езгналз, адэкзагных задачам азто"ат^чзспсго рзгулгрозгнзя ¿cnzzzzn.

Дэдь атйота состоят, тзяел сбрззс:.!, з соЕзртепсгесвзняз однопара!.:етрзчоских сзстегз АРУ, продазнаташлс да согласования характеристик звукового спгааяа и канала заляса, воепронкзэдензя звука кинофильмов., па ; осноеэ анализа дпна?шщ сястви:.АРУ. и

— ч ~

исследования' статистических хараг.торкста: авдта&эго сишиа кинофильмов. Основными направлениями исследования бьж:.-

1) разработка рэалистнчиых матенатичесяшх игадзлгЗ вьйранныз оистеу, теоретический и зксдариконтальньй анализ их характеристик;

2) выявление особенностей статистических характеристик звукового' сигнала и гостроонш реалистичных кодзлоО источника сообщила,-

3) формулировка критериев минимизации кскажзнаг сигналов в каналах с системами АРУ, построение оптимальной структурсоа схогы а вибор параметров сжствны АРУ.

Научная новизна. В работе получзш шэршз схэдяссэ результаты.

Развит метод анализа еошюЯных епэрштаппых слстси АРУ звукового сигпала, адекватный условиям вх роботы в заккнахзася в представлении решений уравнений АРУ .в садо ряда по цахоцу паргметру.

Получены аналитические рэгопия ураЕЛКШ2, оплаааэдсс рЛсту АРУ как в области больпгх, тек и малых" ссачонтл цо'4£сдьгга регулирования. Еэцдены эназнтичаскю Еыргсгцая для врегодг срезывания АРУ и получена еависагость врзйззл срзЗпайзят от бохгшны проюьсяния порога (сргогжвггЕя). Псхкз^зо. '¡га п c6.znc.Ts малых врэкон характеристики устаюзгзшш су^рстгагхэ сл^сг.т от величины превышения, тогда пак в сДдсзта Ссшсзз ерхзд эта зависимость заметно ослсбзвазт.

Изучены пскшгзнкя звукового сигнала в ¿1«, олрзхаглоха зазаздавзнием сигнала уцразюаия в пзтдэ ртгулгровгаш. Установлены основнд» пареотра, опродздяехэ втлгго еггщ^пг.тхп на процессы в АРУ. Позгзшэ, что еггстаг^Ез прссодгг к необходимости существенного укзаьезезя Сигтро£5£ствгя с^стса 1Ш с обратной регулировкой. Псспдоггпэ сбязе—со с тегга разруха перерегулирование уевгзния, СЙУСЛС^ЗЕПСЗ Е2зрзн»».2остыо сгстса.

В диссертации г^~рг""> щхезязпо »:сзз£Ш£Нталь2оо исследование статЕсптаазз СЕретерсстас пйроссз саукогого сигнала, обрзеуецап сзрзссчсггс- сзпсл^зз еуизс-З вадалного (большого) порогового ашггеяЕа -3: 0; дБ. Прэдзо^зно и обосновано представление потока п^росоэ, образгеиыг азуковьм сигналом в области башлсс егаташй пороге» о виде кусочно-стационарного пуассодовсюэго потока с даукл состоянйкаи. с постоянной интенсивность» в иаадоа соотоякш, согласуЕззэся с двухкошюнентноа моделью еппшла п яешстзсося основой для разработки ЕНЧЕСлителшо-Е^фэктиЕЯого елгорзтаа регулирования

усилоеия.

Практдчэская ценность работы соостоит в том, что на основа грозэдэнных теоретических исследований систем автоматического уэгулшровэния усиления (АКУ) и экспериментальных исследований ¡татнстичесянх характеристик звукового сигнала разработан зовыа ■си систем АРУ - цп'-рсЕЫЗ лкятера с прямой рггу.тирсБкс;!. йдучепнью з дгсссртг^'Л рагультаты Еосбходкун длл построения 'обых пл^рпе-ьт о; с тем АРУ и для совориенствовзнил распространенных налоговых систем. Результаты исслодсзакнй статистически ярактсрнсгнк к-йроооз звукового сигн&га, ЕолучекЕЮ з иссортшся, ягътвтся исходными для выбора структурной схскы -¿¿розая оггр-д-зледня требозг-Ш к их быстродействие,

зстр-.сллл .гторнтгз нзсстановлептя усиления г, крохе тоге, да'ат ••ед:т<:в.~Е2в о характер« гогд?йстЕ22, пороздгхЕцгх сгрэгругк! з змичаас зесе:~я:: каналов пгзгеа л передачи звукового сигнала. зс-р^Зотсккуг прогресс с.тнзлсз, рзалпзуюсцгз прегрггаэ цг^ровых гуэтерез, ст.'л;; созтггло;: чзстыэ модульной систсиы пг^резей бргботкк гг-уксв-дс еггнглоз, сбзсивчпваювдз вэзшхность построозяя з едгкой осяоьа ноныг пряборез •цифровой обработки звукового згааха {цл-^ропах си стой АГУ, цкфрзвых ревербераторов и других).

Ос;:овн7?. чглогэния. вызосяхыэ на'заззту.

1. Полнею аяаптичэскоз опзегппз процесса сшааевия усиления з злзняйных нзинэрднонных (без запаздывания) и инерционных тстемзх АРУ с пр-тлсЛ 'н обратной рэгу-гаровкой, оснсванноо на згвзтоя в работа ¡тэтодэ гсспшпто'пгчзского представления ресеняя ' вДэрэЕцазльпых урззЕОнгЗ з вядэ рада .по малому параметру и ¿явлзяныз зеепсигостн основных хгрзггернстЕК систем - усиления, х^энз срабатызгшгя я нздзнзгшп пекггэнгй от амплитуды входного пизга, ого частоты а нзра-мзтроз систем АРУ.

2. Г'здзльлсз ошгсаниэ гтзхенпзма возникновения и ска-копий ■ ;укоаого емглалз, Еызвзшак.сапгзднвгппзг; сигнала управления п шзанпъз с зпл'1 згзгздншшпгя огрзялчзшгй на быстродействие гстсм АРУ. с сбрзтноЗ ргугнровксП.

3. "одздь, отпеъзгздзя повэденлэ сигнала в области тзетвзнпого ограшгсзллл ого копноста з каналах запг.си, )СпронзЕэдоная езука кинофильмов, прздетавллгщая сигнал 'сочго-стгттзозарнмм лугссопопскпм потоке:! внбросов.'

4. Разработка п внэдрзпго в производство нового типа систем У сзукоЕыя спгпалоэ - цп^ропгг хгтятероз с пргюй рзгулпроЕксй.

личный вклад автора в рэгеято проблем. Автором про'зэдззо орэтичэскоо кссл-эдованге систем ДРУ с прямой и обратной рамэтрнческой связью. Лссдздсвшш суеосте-энеш >дя пострознгя

- а -

систем АРУ статгвтичэаке характеристики слЗросов реального звукового сигнала.

Под руководством и при непосредственном участии автора, па основа вшшпензых юл теоретических п ■ зххпорикзнтальных исследования»'! ■ проведены научЕо-нсслодоватагьскгз и опытно-коясгрукторскзо работы по созданию порзого отечэствонного профессионального цифрового лимитера 60У531, зксперицзнтальных и опытеых образцов монофонического и стерэо лзьщтеров.

Все результаты, приведенныэ в диссортацли, получены автором сзкостоягеаьЕо. В работах, выполненных в соавторство, автору принадлешгр следующее:

[3; С] - участие в постановка задачи и проБздзнге теоретических 'исследований;

сГ4, ф, 7-10, 12-14, 18, 173 - участие ь постановке задача, праЕвд&шаг теоретических и эксшржонтальных ие.слодо2£1п^1.

• Работы выполнялись в соответствии с научно-тохничоскнки прохрзммгил ГКНХ СССР 0.18.02 (1031-85 г. г. ) п 0.26.05 {19ЛЗ-£0 г. г.) и, соответственно, отраслевыми шела-лл '¿^^^сссдэ^озательасих и опытно-конструкторских рсбот по развхтвю''' тйаайзуи. _ технологии к схоноиасн ироОоссношиышг кинематография Госгагно СССР. Результаты рзбот отрегззи в соэт&зтствугсгях яэучно-тохштоекпх отчэтах.

Апробзшхп работы. Ссеоееыэ • рзаультаты дессортзся:

докладывались на Всесоюзных научпо-тохштсоекпе коЕфзрэлцилх: 1-о2 *'Электроника з кшепатогрсаиц"' (Мзскза, 1074 г.) £73, IV-о; ' 'Звук в е'ззукотехкака в кшанатогргфзз'' (Иоскзэ, 1£7Бг.)

С 8, Ш, VI-ой '' Йычцслительззя техншеа и систзга упрззгзпш в юшокатографап" ••• (Москва, Т£31 г.) £123,, 4 УШ-оД "Теша» фыьмопроззводстаа" (Иасква, 1С35 г.) £163, на с^ззрсг "Электроакустика" Совза'. клдс?:агогрс5дотсэ СССР к Ссезто по акустика АН СССР.

Публикации1,.' По. результата:/. . шзед^ззны; а ¿ггеортздп; исследований опубликовало I? работ.

Структура диссоптаготя. Дгссэртгцзя состоит ез Егодгг^я, содоржа^ого рзанорнутув хар£ктор~:стщ;у рсботхг, -чэтцрк: глгз, четырох Приложений Ц'Зашзнзнгя, в которое СУЬ-СрЭЕОЕЫ ОСЕОВЕЫе результаты рсботы. Сб^па ■ оЗгх: диссэртагш составляет 03 стрзяЕЦ кганаоппеяого текста. £нссарггяля содарзгт 4С рисунков, : 14 таблиц г сеесоп лгггоратурп из 120 нгшездованиа.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ Основой для изучения динамических и статических характеристик систем АРУ с прягтап i обрати02 ротуляровкоЯ (рзс. I> с-\ц развить г в работе «этсд, гстаочготийся з слздуюгом 121. üpz шраэдичоскси гходяск сигнале а обьггно кспсльзусчшх в АРУ сзухо^х сигнал;:» значениях постоянной врохэпл заряда детектора -r0- 'p—J-'c р.~ш:овестл в системе устанавливается на ервхзаях, бэлькиз го сравнению с периодом гитнзда ' • В этом случае урагпепи;'. одеоиаргу.^тра'г'зсгсоп спстзм!)! АРУ

■Ju »j i , -L_ + -ü. > - FÍKu - u - u 1 , (~)

dt 7 с l ' "J

r;;o u , u - соответственно напрякзняя ротулхглигчшдя л претнлеекзгенгя: гс«о - характеристик;: дстектпргпззн*.: к - ; r<"¡,> - характеристика регулирования (FX); т ■» гс

- постоязная проманд нагрузки детектора; и - напряженно сигнала на входе АРУ; коано проинтегрировать по произвольному п - :лу периоду, причем прздолы интегрирования определяются вро.чзнами, прз которых происходит разрыв петли регулирования. Разлагая затон сбз части полученного уравнения в ряд по ¡чалому параметру (<»вт 5*1 и ограничиваясь первьпи неисчвзащими членами разложения по этому параметру, пряден к уравнении, описывающему работу систем АРУ на крупномасштабных t » <о~* временах.

Ванны:.? hoííohtom при проведении усреднения является учет колитов шегпчошя и выключения петли регулирования, поскольку по !/гэрэ прпблптония к стационарному режиму с увеличением номера периода сффзктзЕНоо враля регулирования уменьшается. Ззучэт згогс. обстоятельства приводит к сусзственнону завышению оценок времени срабатывания систем АРУ.

, Развиты а. катод прпкеппм для лпбых периодических воздействий. В работе в качестве г:одоли сигнала использована и болэе простая последовательность биполярных пмпульсов с амплитудой ио и длительностью ч>

и С-1Э"*1, пгм ПСг» - 1Э < u t £ ПСп -О +

П , ПРК ПСп - 1) + w < u t £ пп . (2,í

Для такого сигнала кокшггы еклгпония е виклвченил пели регулирования не зависят от номера порпода. Получаемые £ср-<улы зосколько упропаотся и позволяют включить как- частзнз'случае

- ÎO -

а) схема с прямой регулировкой

б) схеыа с обратной регулировкой

Рис. I. Структурные сгег,ы систем АРУ

¡yen ) имеющиеся результаты приближения метода огибающей [Птейншлегер В. Б. и Елисс Л. Е., ЙТФ, 1945, т. 15, еып. II, с. $41-847) и (Тартаковский Г. П. Динамика систем автоматической зегулнровки усиления, М., Госзнергоиздат, 1957, 191 с. ) для синейной FX, (Blesser В. A.. Kent A. S.. IEEE Transactions on Audio md Electroacoustlcs. 19S8. vol. AU-16. N 4. p. 481-485) для юказзтельной FX.

В главе I диссертации с помоями этого метода получена '■равнения и прозедено дэтальЕое исследование неизерцношпи систем 1?У с линейной

FCgJ - КоС1 - fttg Э (3)

[ гиперболической

к

**<*> - ----(4)

1 + Р^Я

'X. при действии ез входе тонального и последовательности йполярных импульсов. Здесь ftt , g - нормированные коэффициент эегулнрования (КР) и напрянеиие регулирования.

Еайдены аналитические выражения для времени срабатывания (ВС) Lpy (определяемого как интервал времени от момента подачи на вход метены тонального импульса до достижения коэффициентом усиления шачения, отличающегося от установившегося не более чем на I дБ):

1 + р 1,12А 1

1 ♦

гпаА

2,г

2,13 -

srccois САЗ

(б)

гыявпЕпзе зависимости ВС от еэличенн превьпения по;юга [срабатывания) и коэффициента регулирования. Показано, что в йластл г.!злых врекен характеристики установления существенно îsehc.tt от величины превышения, тогда как в области больших врехен )та ззвчстгость зстгатпо ослабевает (рас. 2).

Показано, что на лхйых ерзганах ВС в системах с лилейной и тшэрболпчзскоЯ 71 в основное убывает обратно пропорционально КР: : ~ ft'1 из-за влияния параметрической обратной связи.

л

1

Бис. 2.

Процесс установления * коэффициента усиления в, система АРУ с гиперболической характеристикой регулирования

Зависимость ВС от амплитуды превышения носит более схожий характер: в системах с линейными РХ ВС с увеличением амыатуда убывает пропорционально а"1 (что означает па практике уменьыенг; длительности больших перегрузок следующего после АРУ звета кзрат передачи) , а в системах с гиперболическими РХ возрастает пропорционально а с 6].

Проведено теоретическое исследование зависимости степс пи ограничения сигнала в АРУ от его амплитуды и длительное™. Показано, что АРУ эффективно отрабатывает превышения порог- ■ длительность которых велика или порядка ВС (превышения жо мал- ? длительности АРУ практически не отрабатываются).

Разработанный подход оказался очень плодотворным дл:г дальнейшего развития теории систем АРУ (Горон И. Е. Радиовещание, 41-, 1^яаь, 1878, 388с. ).

На основе решения точного (неусредненного) уравнения АРУ с линейной характеристикой регулирования (а также гиперболический . при ^д << 1 ), найденного в виде ряда Фурье на первом пор;юдо входного сигнала, соответствующем ' наибольшему изменению коэффициента усиления, а, следовательно, и наибольшим исканонипи, прозедена оценка величины нелин^ных искашний . сигнала в зависимости от его частоты, коэффициента регулирования, превыозжя и постоянной врекэни заряда детектора.

Показано, что в области достаточно «алых превышений сигналз над порогов срабатывания коэффициент гармоник линейным образом зависит от коэффициента регулирования и гиперболическим от числа гариодов на интервале (постоянной) времени заряда СБ].

В главе II диссертации. развитый в работе метод позволял изучать процессы регулирования в инерционных системах АРУ и преобразования' сигнала' в таких системах ГЗ]. Обусловленное инерционность!) запаздывание основного сигнала пли сигнала управления усагзнгом существенно изданяет картину процессов й системах АРУ. При достижении системой состояния квазидиначичесхого равновесия происходит разрыв петли регулирования, однако лаке посла этого, в точение врекони порядка времени запаздывания, продолжается снипзние коэффициента усиления, причем скорость нзгденэния папр.т:эния регулирования и устазовнЕгееся значение коэффициента усиления уие зависят не только от текущего значения входного сигнала, по п от его предыстории. Наконец, с учетом конечного врз:*зш восстановления усиления, в инерционных сястеках ЕогкбнЕО возникновение затухающих релаксационных колебаний.

На основе анализа структурных схеа систем АРУ показано, что в

схемах с прямс£ регулировкой запаздывание сигналов приводит лишь к запаздыванию или упреждению регулирования усиления. Причем введение ущвждения создает самостоятельный тип систем: АРУ с прямой регулировкой и упреждением, практическая реализация которк описана в глазе IV диссертации. В схемах ш с обратной регулировкой запаздывание существенно изменяет всю динамику систем АРУ.

С использованием метода, развитого в главе I диссертации, получено уравнение инерционной системы АРУ с обратной регулировкой и линейной РХ

х1р Ах

Используемые обозначения:

- [1 - л/з^х' - е-] - ]] . (6)

>4- ©V

- . г- - -

ал -тл

дСхЭ - СА - . (7)

Инерционность учитывается включением звена ''чистого'' запаздывания т , поскольку скорость изменения напряжения регулирования опредэлязтся постоянной вреганк заряда детектора, существенно большей постоянных времена усилительных каскадов электронных рзгуляторов усиления, быходных усилителей и других инерционных звеньев системы п. определяющем оказывается лишь запаздывание сигнала в этих звеньях.

Решение этого уравнения найдено в виде рекуррентного соотнесения, связывахкего функции, р^сх'з и на п - ом п п-1 - ом

шагах. Условие прекращения роста напряжения регулирования <точно на стыке шагов) - разрыва петли регулирования - определяется наименьшим (для каждого п > корнем уравнения-

П"1 к

{-1 Л— [п - О , г - А/5»вхр(

(8)

к=о

с одной неизвестной, легко определяемым численными методами для произвольного п . Зависимость комэнта разрыза петли регулирования от величины превышения порога, КР и времени запаздывания построена на рис. 3.

Суть Ьозйййизаг £ спстог,;з йффбктов легко понять, зафиксировав два из трех параметров.

Рис.3. Зависимость момента разрыва пэтлп регулирования в инерционнноЗ системе АРУ от величины ПрЭЕЫЗЗИЗП порога, козффициента регулирования, и времени запаздывания

— ¿a -

Так при ооладшм значении коэффициента регулирования р - ю, обеспечиванием малую статическую ошибку и налом запаздывании » о,о1 , при больших значениях амплитуды входного сигнала а > ю амплитуда ¡выходного сигнала падает до нуля, в диапазоне ю > а > 4., 7 имеет «есто перерегулирование, а при а < 4. 7 перерегулирование относительно порога отсутствует, но относительно статического значения - остается (рис. 4).

При малых значениях КР ( Рг - а ) перерегулирование (относительно порога) отсутствует уже при запаздывании е*< о,os , но сохраняется относительно цроцесса снижения усиления в неинерционно!: системе.

Отметим, что эти эффекты нмапт длительный характер, так жак ъ практических системах ¿АРУ вреж восстановления ■каайфшвганта усиления обычно равно нескольким секундам.

Проведенное жследование динамики аднапаракэтричоских инерционных систем AW выявило .условия перерегулирования и ограничения на выбор КР в схемах с обратной регулировкой, превышения .порога ж .допустимое запаздывание сигнала в петле регулирования.

Изучение' -дннаншш процессов в АРУ ограничено в главах I и II диссертации случаем моделирования звукового ' сигнала детермивиравЕКНжи периодическими . функциями. Однако, выявленные при этан "зависимости, а также найденные верхняя ш шшвяя границы допуешшго частотного диапазона, в .которых удовлетворительно функещонирувт система АРУ, одновременно позволяют делать заклвчэнип о характере преобразований случайного (звукового) сигнала.

В. .главе Ш езлохэеы результаты зксшршеантвяьЕых исследований статистических -характеристик . «выбросов звукового сигнала фокограш кинофильмов, содержащих речевые, музыкальные и шумовыэ дазкпешекты .и построена модель звукового сигнала, опнсывзэдая -иго тговздониз в области болышх значений ллт.лттуд (номинао?ыгого уровня сигнала) [ ИЗ.

Разработана методика исследований и обработки результатов на основа измерений характеристик выбросов сигнала известного вида -1/1 октавных полос норнельаого шума, для которого соотвотствусагз характеристики выбросов бвд вычисяэны в использованы для сравнения с полученными в работе зкеперакантальньша рззультатачп.

Проведены Езазрення выборочных распределений дпггодьпости выбросов звукового сигнала (рис. 5), найдены оцзнки ког^знтов ра сира делений (см. таблицу).

- 1 г -

Рис. 4. Зависимость выходного снпгиала.от врвизнз в ИЕорпяонЕьс: системах АРУ при фиксированных значениях р , о*

Ряс. 5. Гистограммы распродают^ ддательности EiaîpocoB взукового сигнала (фонограгсга PI)

Оценки моментов выборочных распределении и параметров располо::»ния р1 и Рг

№ юно— )апш Уровень порога < дБ) к К С икс) м X Сикс1) К К

I 0 7313 98 91 5.8 II. 0

I +3 552 68 48 2.0 5.5

2 0 13302 81 5е 4.4 10.5

2 +3 218 47 41 5.9 II. I

3 0 58075 38 31 5.9 14.3

3 +3 II28I 24 18 3.3 0.0

4 0 241 134 118 1.4 4.0

5 -3 3987 205 148 1.5 4.6

5 0 338 128 88 0.9 3.5

8 -3 8130 .153 134 2.9 6.7

8 0 176 92 " 57 0.7 3.8

7 0 ÉS7 S8 82 3.9 8,8

основе рззулътатоз графического анализа линеаризованных тогрг:."', и параметрических опенок прздлонзно коделированпе прэделения длительности шдЗросоз звукового сигнала :.;а-рзспре делением.

Это распределение дазт удовлетворительную аппроксимации для ' Долез вероятны! выбросов малой длительности < т < ioo гжс ) и эт завышать вероятность • появления выбросоз больной тельности.

.Далзе, проведены искоренил распределения интервалов заданной тольности по числу Еиброссз. Показано, что в области значений телыюсти интервалов от единиц до десятков г гиллп секунд они делязтся на высоксвороятную и низковероятнуи группы, в кяддой которых распределение числа Еыбросоз аппроксимируется прэделениегз Пуассона. Получены оценки цементов , выборочных пределениЗ» лрэдлоьтзна процедура вычислений и найдены сценки ег'зтров аппрокезшируших распределений (рис. В).

- го -

1п С л к.!} -• / /

1£: / /0

10 \ / ; /

13 D ^ / л/ \ / •

■4 V.

2 -3 дБ 0 дБ +3 дБ

02.4 680240P024

Рис. и-. Зависимости 1п СпккП выборочных • и аппроксимирующих распределений (фонограмма J? 2)

Предложена простая модель звукового сигнала, продставляпцаг его пуассоновским (чисто случайным) потоком %выбросов сигнальной функции над порогом срабатывания систем АРУ.

На этой подели сигнала проведена оцбнка прэобразованш выбросов в практических аналоговых системах АРУ е показано, чтс системы с наименьшим роажзуемык ВС 150-300 мкс пропускают болог 70% выбросов. •

Полученные результаты определили необходимость нового подходг к задаче построения лимитера, зффэктквно ограшгашалдого реальны! звуковой сигнал и но вноскжго искаиюний, связанных с запаздыванием • и использование инерционного детектора, усредняющего сигнал для оценю; параметр:. регулирования.

В главе IV диссертации изложены основныо результаты работ, выполненных нами при создании ка:;зта цифроаналогозого лимитера, экспериментальных и- опытные образцу» цнфрозых лимитеров.

. Проведен анализ соврзкзЕпого • состояния разработок цифровьп

систем АРУ, подтвермап^пй приоритет выполненных в диссертации разработок цифровых лимитеров.

Показано, что сффзктивнзо (по минимуму прсеьгаее'й па еыходз Ш) ограничение свукозого сагнзлз, заданного пострсештог з главе III моделью, обеспечивается п шассе исследованных в диссертации параметрических систем, на основе структурнвг стш ÍJPY с .прямей регулировкой и задзркхей регулируемого сигка-а (ГС) относительно сигиалз управления усиление».

Прлмэнэппо этой слегал снимает ограничения на быстродействие лигятора, связанные с злпаздкзапием сигнала управления в neue регулирования усилзния.

Преданно решение задач формирования заданной стзт.тческсй атшлитудной характеристики (CAI) в схоу.о с прямой регулировкей и глд:?р.::сп ГС путем перехода к дискротлоку (во Брзгогта) з цгфровсуу

Как было показано з главе Г диссертации, при ттриуен'знри сгорнгонзого дзтекторэ сигнал управления уенлзнаем проаердкокэлон грэдгояу значения превышения за интервал времени порядка гостоишоЯ нрсгзяя заряда, а возможность умгньпзяия этой юстоянпоа вргпэпи ограничена быстрым ростом нвлапайпмх

(МОДУЛЯЦНОЫПОС) КСГСг^ВЕИЙ.

Для рзеоная этой проблемы предложена и реализована на какого ифрознэлогозого яшггора схема регулирования усиленач о :азгэленг.ея фупкцзЗ нгкэрзнзя, управления енкшвиех и гссстансзгкпгс'з усиления.

Тгт-хз позволило ронять с.тедувгие задачи.

!э-езрзгг» трззтз к 3f!.táps2ro !!п1ог?неых знзчеязгЗ 1С и повысит!.' 'ьттость айрзссв. Ео-вторых, сформировать ¡¡уякцдо

'■iT^'^T.pzzt'^r.n усл.пняя». пезполяозуп '' растянуть'' процесс cnz^wirefi "силс'5г;;! па зссь гптор^зл зэдзртлп Ю, и »танитазпровать такт;.". :брззсч пггжеЗггэ (модул.<нт2онныэ) Еисаетная. Наконец, исключить

--'-i С ЧаСТСТЧ PC, с

:c~nr.ct "пга-пт^п постоянной зг.емзнл восстспсзлзкия усиления а ЧССТЬ 2SpCK7?p2<rnS2 ПОТСКЭ Пйроссз при 30ССТ8Н013ЛеЯИ2 усиления 14].

"л основа зтсл cica р-г.р-бот.-п я внедрен в производство зрг»П отз^остпопныа профессиональный цифровой лимитер C0753I. '•■¡гзптстд стой яззргсЛзтга стало создание монофонического и с.терэс г:;птероз на основе более совершенного процессора сигналов 13, 173, еозэдпзх з состав кодулзЯ систегты цифровой обработка: игизлов.

■Основные результаты диссертанта

1. Впервые рззработан метод анализа нелинейных инерционных систем АРУ звукового сигнала, адекватный 'условиям их работы и заключающийся в асимптотическом представлении решения уравнения АТУ в виде ряда со малому параметру, естесствзнно входящему в уравнения как условие инерционности таких систем. Получены аналитические решения уравнений, описывавших работу АРУ ■ с линейными и гиперболическими' РХ как в области СольЕгг, та:-: ,н малых зна^зний коэффициента регулирования.

2. Найдены аналитические выражения для вре^енл срабатывания АРУ и получена зависимость времени срабгтавания от величины превышения порога. Показано, что в области малых вргмон характеристики установления существенно зависят от величины превшения, тогда как в области больших врекг-л эта сгзпсгхость заметно ослабевает.

3. Проведено теоретическое исследование зависимости компрессии сигнала в АРУ от его амплитуды и длительности. Показано, что АРУ эффективно отрабатывает провиионзя порога, «¿¿тгг^яоеть которых валика или порддка времени срабатывания.

4. Получа в оценка величины нелинейных ескешеий сигнала в зависимости от его частоты, коэффициента регулирования, превыззнзя и постоянной времени заряда детектора. Установлено, что в области достаточно малых превышений сигнала над порогом срабатывания коэффициент гармоник линейным образом зависит от коэффициента регулирования и гиперболическим от числа периодов на интервале постоянной времени заряда.

б. Изучены искажения звукового сигнала в АРУ, опрэд&ляэмыэ запаздыванием сигнала управлэция в пзулз рзгулпроваяля. Установлены основные паракзтри, опрздэлкяда влпяпгэ зшаздывзшш на процессы в АРУ. Определены ограничзнгл на ех выбор, позвааявднэ практически пренебречь запаздьшашгзг. Показано, что ззпгзлыванпо привода-? к ЕЭОбХОДЕМОСТП СУСЗСТБЗЛНОГО укаЕЬЕЗЕЯЯ бЫСТрОДОВСТЕЛЯ систем АРУ, особенно с обратной рэгулировкоЗ. Обнарухгзн Е теоретически изучен ■ вффокт разрыва потлп регулирования. Исследовано связанное с такЕМ рззр!2:оу гэрзрогулпроваздэ усплэпия, обусловленное Ензрцпонностьз сестсгл.

е. В диссертации впзрхз ееоездоео ексзхэрдзнтальЕОО псслздовашю статистических харзлтср^сш»: вбросов зв.$иг то сигнала (фонограф кснодхо&аа). образуем пзросзчз^Ли сггЕзльноП фушзшоп заданного (большого) порогового значения -3; 0: +3 дБ. Рассмотрены рзспрздзлэкнл шторзахов заданно!;

— с: j —

длтогьпоста <4,3; 12,3; 74,4 !!С) по числу выбросов а ¡зспредзлэяпя длительности выбросов. Предложена и обоснована одсиь, прэдстгвлягззя сягзал в виде кусочно-стационпр.того уассоповского потока с двумя состояниями, с постоянной нтенслвясстьп з каждом состоянии.

7. FaspsCoT'H з внедрен в производство первый отечественный рофзссиональий цяфровоз линитор . 60У531. Разрзботг:--ы гсспэрнгзнтальные и опытные образцы монофонического и стерло гжггзров, вопэдгих в состав кодулей системы цифровой обработки агнатов.

Основкуэ результаты диссертзтга опубликованы в работах:

1. Гордон 13. Г. Исследование динамических характеристик эгзрэсссроз звукогух снтпалоз // Рефератюная гнфорчацгя fiilMV.r? зс:оес^гп=э.- IC75.- Вып. I (12).- С. 7-8.

2. Гсрдоп !1. Г. К теории систем АРУ звуковых сигналов // ?ДП0Т11ХГХ13. - I97S. - Т. 31, ff 4. - С. 7S-8I.

3. Андреев С. П. , ГсрдонМ. Г. Искажения звуковых сигналов в гсте.'^х £UVC"aT:~.'jritíirci регулирования усиления // Акустический фЗал АП СССР. - IS76. - I? 5,- С. 7SQ-767. '

4. Горгон М. Г., Elxshkob М. В. Электрическое- моделирсваыге сводного траста |1,ото1рз^ической загаси звука // Груды НЛКФИ -573.- Баз. 31.- С. 70-72.

6. Г.лр дгятглп И. П., Гордон И. Г., Сырицо А. II. Электронный (гулптср дг.1 с22те:з fPY звуковых сигналов // Труды НИК®й. - IS7&. -ш. 01. - С. 57-ЕЭ.

Q. Гсргоз !1. Г.» Агирозз С. П. Анализ систем автсматичв'жогс туллрмшзп усзлзяяп сэуксЪп сигналов // Техника кянс и ¿ЗПДЮСТ1. - 1П73. - ¡7 2. - С. II-13.

7. Гсрсся Ü. Г., Пыгсзпсв И. В. Сб исследовании статистически рггггсристпк . гзугссваго слгззла применительно к задачам торзгулзрсвгзця // Сб. тез. доги. 1-й всесошной нзуч. -техн.

"Злзитрок2па в Ешо^зтогргфзл".- П.: НИМИ, 1874.- с.

-85.

"3. Гсрдсз ti Г., Гулгзв С. М.Цыганков М.В. Электронный зтзтор пепеппнза. трзгета фотогрсфичоскса записи звука и его ^азцгэ // Сб. тез. докл. 4-2 всесоюзной науч. - техн. конф. Звук в ф2ль*гэ п сзукэтогппикз кинематографии''. - М.: Н/КФй, 73. - С. 24-25.

0. Бгрьспзпкоз Э. И., Гордон Ü. Г. Разработка электронного гулятора уезлэния на основе цпфроаналогового преобразователя мнительного типа // Сб. тез. докл. 4-й всесоюзной науч.-техн.

- st -

конф. ' 'Звук" в фильме и звукотехника кинематографии''.- м.: НИКФИ, 1878,- С. 40-41.

10. Гордон М. Г., Цыганков М. В. Измерительная установка да исследования некоторых статистических характеристик выбросов // Бюллетень СЭВ. Научные приборы. - 1278. - If 5. - С. G5-S7.

11. Гордон М.Г. Статистические характеристик Etópoooi звукового сигнала // Труды НИКФИ,- IB8I.- Вып. 103.- С. 43-72.

12. Белкин Б. Г., Гордон М. Г., Невэровскпй К. В., Цыганков I!. В. Разватие цифровой техники записи-воспроизведения звукоьых сигЕгло: // Сб. тез.. докл. ß-й всесоюзной науч.-тохн. koe-J.

Вычхсл:'.юлшзк техника и системы управления в заЕсизтогргфлз''. -у..: НИКФй, 1£81.- С. £0-22.

13. Гордэн М.Г., Грзнбзрг Е.К., Сорегуд í.:.Ií. Мшдюлроцэссорный блок цифрового управления шзлаго-ц«]:р;к;оп лимитера // Труда НИКФИ. - 1882.- Вып. 107.- С. 35-41.

14. Гордон И. Г., Барыпшенков Ю. Н. Припылы построения i основные характеристики аналого-цифрового лшггорз // Труд НККФХ.- 1882.- Вып. 107.- С. 18-27.

- ■ - Гордон ы. Г. Автоматическое регулззровщЕЭ у салона сигналов ври ггггаси звука кинофильмов. - Кшюфототохшша. Обгорза информация.- Вып. 4 (63).- И.: НИКФИ, I£83.- 3S с.

15. Гордон М.Г., Праиборовская Г.А., Чшгзразаш 4.В., Нарышкина Г. Г. Аналого-цифровые и ЦЕфроакалоговаз прэобразозатах звукового сигнала .с предетавлениеи данных в фораато с плазт%?; запятой // Тез. докл. 8-й всесоюзной науч. -техн. конф. '" Тохеш: фкльмопроизводства''. - М.: НИКвИ, ICS5. - С. 135, IS3.

17. Барьшшзжов ' D.H., Болаш Б.-Г., Гордон И.Г Мятфонрограммируекый процессор - снструкену саукоргаасоэрз / Микропроцессорные средства и снстею:. - IC87. - Е? 3. - С. 45-ЕО.

Подписано к печати 23.01.91 Печать офсетная Тираж 100 гжз.

Усл. пгч. в. 1,0 Заказ К IIP

Сэркат üOüSÍ,l Уч.-взд. я. 1, Бесплатно