автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Разработка теоретических основ и технических средств компандирования звуковых сигналов

На правах рукописи

Уваров Владимир Константинович

РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОМПАНДИРОВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ

Специальность 05.11.18 Приборы и методы преобразования изображений и звука

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2003

Работа выполнена на кафедре акустики Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Андрей Константинович Новиков;

доктор технических наук

Сергей Иванович Лопатин;

доктор технических наук, профессор Станислав Павлович Рокотов.

Ведущая организация:

Научно-исследовательский к и н о ф О Т о и н с т и т у т

Защита состоится 9 октября 2003 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д210.021.01 в Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения по адресу: 192102, Санкт-Петербург, ул.Бухарестская, д.22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета кино и телевидения.

Автореферат разослан июня 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор г

---—— ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

(2о2\

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Качество звука кинофильмов с традиционной аналоговой фонограммой не удовлетворяет современных зрителей, привыкших к звукопередаче высокой верности, по следующим причинам: 1) полоса частот, передаваемых каналом 35-мм фильмокопии, ограничена сверху вместо 15-20 кГц частотами 5-6 кГц, на которых спад частотных характеристик составляет 3 дБ; 2) шумы и продукты нелинейных искажений заметны на слух.

Одним из возможных путей решения проблемы улучшения качества звука кинофильмов может служить компрессирование частотного и динамического диапазонов сигналов делением их мгновенной частоты и логарифмической огибающей при записи негативов фонограмм с восстановлением при воспроизведении. Компандирование сигналов может с выгодой использоваться в любых каналах звукопередачи, поэтому создание теории и технических средств прецизионного частотного компандирования является актуальной проблемой звукотехники, поэтому в двадцатом столетии можно заметить неоднократные попытки уменьшить объем передаваемых сигналов (примерно через каждые 10-20 лет), но все известные попытки точно компандировать частотный диапазон звуковых сигналов оказались безуспешными. При практической реализации выгодно одновременно компандировать и частотный, и динамический диапазоны звуковых сигналов.

Объект исследования: обработка звуковых сигналов. Современные методы и средства обработки звуковых сигналов создавались на базе спектральной теории, возможности которой сейчас видимо исчерпаны. Поэтому поиски идей, которые позволили бы получить пока еще недоступные возможности управлять параметрами звука, у нас и за рубежом ведутся в двух основных направлениях: -представление и обработка сигналов в цифровой форме; -поиски новых математических моделей сигналов и новых алгоритмов их обработки.

В рамках второго направления выполнена предлагаемая работа. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Осыо^^ цель, исследования - синтез новых методов и средств обЬабджкй^^й^йбйй^Ыгналов,

« БИБЛИОТЕКА |

ооеспечивающих получение недоступных р^^ербУ^озможностеи

! 03 800^ акт}

управления сигналами, на основе разработки и экспериментальной проверки теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции, анализ возможностей и практическое применение разработанных методов к управлению сигналами в канале звукопередачи и к исследованию свойств звуковых сигналов.

В соответствии с целью и предметом исследования в диссертации необходимо было решить следующие задачи:

-разработать математические основы теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции;

-разработать методы, способы и устройства, позволяющие сжимать и расширять диапазоны изменения мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов;

-экспериментально подтвердить достоверность разработок; -исследовать процессы преобразования модулирующих функций природных звуковых сигналов;

-обеспечить реализацию теоретических и практических результатов работы путем их внедрения в учебный процесс, методики проектирования аппаратуры, практику научных исследований.

Методологическую и теоретическую основы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области передачи и преобразования аналоговых сигналов.

Методы исследования. В исследовании применялись методы теоретического анализа (математического, логического, системного, моделирования, обобщения опыта); обсервационные (прямых, косвенных наблюдений); спектрального анализа (экспериментального и теоретического); измерений (электрических, артикуляционных); экспертных оценок.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ: 1. Деление и умножение мгновенной частоты и логарифмической огибающей звуковых сигналов возможно без выделения названных модулирующих функций.

Деление мгновенной частоты сигналов достигается вычитанием необходимой доли мгновенной частоты выходного сигнала из мгновенной частоты входного сигнала. Управление коэффициентом деления или умножения мгновенной частоты возможно на основе

умножения мгновенных частот входного и выходного сигнала.

Одновременное уменьшение в два раза и мгновенной частоты, и логарифмической огибающей достигается делением входного сигнала на преобразованный по Гильберту выходной сигнал.

2.При восстановлении переданных с деленной мгновенной частотой природных сигналов, у которых ширина спектров мгновенной частоты и огибающей примерно одинакова, возникают необратимые искажения, создающие проблему верного восстановления сигналов. Найдено три решения проблемы:

1)передавать не один сигнал, а пару сопряженных по Гильберту;

2)перед передачей сигнала делить одновременно мгновенные частоты и сигнала, и его огибающей;

3)перед делением мгновенной частоты выполнить однополосную модуляцию так, чтобы деленная мгновенная частота сигнала была всегда больше мгновенной частоты огибающей.

3.При сложении шумового сигнала с синусоидальным, частота которого равна средней частоте шума, девиация частоты шумового сигнала связана с отношением напряжений сигнал/шум обратно пропорциональной зависимостью при положительных значениях уровня отношения сигнал/шум. Закономерность названа эффектом внешнего концентрирования частотно-модулированного сигнала.

4.При делении мгновенной частоты шумового сигнала проявляется неизвестная ранее закономерность, названная эффектом самоконцентрации частотно-модулированной части сигнала, которая реализуется из-за увеличения уровня спектральной плотности на средней частоте спектра; введен коэффициент самоконцентрации; закономерность проявляется в том, что коэффициент уменьшения девиации частоты превышает в коэффициент самоконцентрации раз коэффициент деления частоты, реализуемый аппаратурой.

5.Нелинейная обработка мгновенной частоты звуковых сигналов, передаваемых по узкополосным каналам, оптимальная по критерию максимального увеличения разборчивости речи, создает ощущение передачи более широкой полосы частот (9-10 кГц), чем та, которая передается в действительности (3,4 - 4 кГц).

6.Улучшение качества звукопередачи кинофильмов возможно использованием прецизионных амплитудно-частотных компрессоров при записи и применением экспандеров при воспроизведении

компрессированных фонограмм.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ. Все вышеперечисленные существенные научные результаты диссертационной работы являются новыми. Новыми являются также разработанные методики проведения ближайших перспективных исследований повышения эффективности шумопонижения и определения предельных возможностей сжатия спектров звуковых сигналов.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных результатов подтверждается:

1 .Наличием необходимых теоретических доказательств.

2.Согласованностью теоретических выводов с результатами их экспериментальной проверки.

3.Использованием традиционных методов измерений.

4.Авторским свидетельством СССР и двумя патентами РФ на изобретенные способы и устройства для их реализации.

5.Апробацией результатов работы.

ИЛУЧКАЯ ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.Полученные в диссертации научные результаты образуют новую отрасль в научном направлении обработки звуковых сигналов, которая является базой для создания новых методов преобразований сигналов.

2.Определение причин возникновения искажений сигналов, передаваемых с деленной мгновенной частотой, и нахождение решений проблемы верного восстановления сигналов позволяет создавать новые способы передачи звуковых сигналов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

1.Созданная теория позволяет разрабатывать новые приборы обработки сигналов.

2.Использование линейных компандеров для фотографических фонограмм кинофильмов позволяет расширить передаваемый частотный диапазон до 15-20. кГц, уменьшить уровень шума до минус 60-70 дБ, уменьшить уровень продуктов нелинейных искажений, вызванных заплыванием фонограмм. Если использовать определения классов качества каналов звукового вещания, то канал звукопередачи 35-мм фильмокопии, который не удовлетворял требованиям второго класса после внедрения компандеров 3 будет

удовлетворять требованиям высшего класса качества.

3.Использование нелинейного частотного компрессора в аналоговом телефонном канале повышает разборчивость речи.

4. Реализующие рекомендации диссертанта приборы для звукорежиссуры обеспечивают недоступные ранее возможности управления сигналами, создание новых звучаний, исправление некоторых дефектов речи.

5.Разработан способ и устройство преобразования псевдоголоса людей без гортани в звуки, похожие на голос здорового человека.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Результаты диссертационной работы использованы:

1.В учебном процессе, учебных пособиях и НИР в Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения.

2.В НИР СПбНИИ по заболеваниям уха, горла, носа и речи.

3.На Московской кинокопировальной фабрике при записи негативов фотографических фонограмм 16-мм фильмокопий.

4.На Ленинградской студии документальных фильмов для исправления дефектов речи исполнителей.

6.На Ленинградской студии грамзаписи фрцэмы "Мелодия" для создания новых звучаний.

6.В НИР и ОКР ЗАО "Астил"по созданию точных компандеров.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ЛИКИ и киноорганизаций Ленинграда в 1985-1995 годах, в 1995-2000 годах на заседаниях городского семинара по электроакустике и звукотехнике при СПбГУКиТ, на конференциях оториноларингологов:"Новые технологии в оториноларингологии"(Чебоксары, 1998); "Проблема реабилитации детей и подростков - слуха, речи и голоса" (Екатеринбург, 1999), на XI сессии Российского акустического общества (Москва, 2001).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано три монографии, 23 статьи, получено авторское свидетельство СССР на способ звукопередачи, получено два патента РФ на способы и устройства преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит введение, основной текст из шести глав, заключение, список литературы и приложение. Объем основного текста с введением и заключением 199 страниц, 90 рисунков на 82 страницах, 46 таблиц на 26 страницах; список литературы - 73 наименования. В приложение 1 помещены акты о внедрении результатов работы.

Общий объем работы: стр.340, ил.99, табл.46, список лит. 73.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности теоретических и экспериментальных исследований преобразований (деления-умножения) мгновенной частоты и логарифмической огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять модулирующие функции и практических приложений полученных результатов к задачам акустики и звукотехники. Там же сформулированы цель и задачи исследования, приведена краткая аннотация и описана структура работы.

Глава 1 посвящена математическому обоснованию возможности преобразований (умножения-деления) мгновенной частоты и логарифмической огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять модулирующие функции. Вводится аксиома парности, согласно которой предметом изучения в теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без выделения

А

модулирующих функций является пара сигналов {s(t),s(t)}; один из них - исходный акустический сигнал или его электрический аналог, а другой (опорный.) получают из исходного с помощью преобразования Гильберта. Сопряженные по Гильберту сигналы ортогональны, равномощны, имеют одинаковые амплитудные и энергетические спектры. Для пары сигналов однозначно определены модулирующие функции: огибающая S(t), текущая фаза (p(t) и мгновенная частота (d(p/dt)=cü(t), с помощью которых математические модели пары сигналов могут быть представлены следующим образом:

.t

s(t)=S(t)cos<p(t)=S(t)cos J cö(t)dt , (1)

Гипотеза №1. Пусть множество всех гильбертовых мгновенных частот всего множества всех практически реализуемых звуковых сигналов образует вещественное линейное пространство.

Данная гипотеза позволяет сформулировать и доказать следующее утверждение.

Утверждение №1. Для множества всех практически реализуемых звуковых сигналов Н, множество гильбертовых мгновенных частот которых образует вещественное линейное пространство I, , существует хотя бы одна пара взаимообратных операторов преобразований любого сигнала йеН, приводящих к делению-умножению его гильбертовой мгновенной частоты без выделения этой мгновенной частоты в виде отдельно существующего сигнала.

Гипотеза №2. Пусть множество, образуемое логарифмами гильбертовых огибающих всего множества практически реализуемых звуковых сигналов, представляет собой вещественное линейное пространство.

Гипотеза позволяет сформулировать и доказать утверждение №2.

Утверждение №2. Для множества всех практически реализуемых звуковых сигналов Н, множество логарифмов гильбертовых огибающих которых образует вещественное линейное пространство Ь6, существует хотя бы одна пара взаимообратных операторов • преобразования любого сигнала веП, приводящих к делению-умножению логарифма его гильбертовой огибающей без выделения этой огибающей в или ее логарифма (1п8) в виде отдельно существующего сигнала.

Гипотеза № 3. Если существует некоторое множество {Рщ.} операторов преобразования сигналов, удовлетворяющих условиям утверждения №1, и существует другое множество {Р } операторов преобразования сигналов, удовлетворяющих условиям утверждения № 2, то эти множества пересекаются.

Возможность представления каждой из модулирующих функций в виде, аналогичном представлению сигналов (1) и (2), но с использованием модулирующих функций следующей ступени разложения позволяет обнаружить явление возникновения

искажений при восстановлении сигналов, передаваемых с деленной

мгновенной частотой.

Огибающую произвольного звукового сигнала можно представить

через ее модулирующие функции в следующем виде:

S(t) = SB(t) I cos cps(t) I , (3)

где Sg(t) - огибающая огибающей, cps(t) - текущая фаза огибающей, ft

(pg(t)=cos J 03sdt , где cos - мгновенная частота огибающей.

Для пары s(t) = Ss(t) I cos (ps(t) | cos cp(t) , (4)

s*t) = Sa(t) I cos cps(t) I sin cp(t) (5) рассмотрена передача сигналов в частотно-компрессированном виде после деления в к раз мгновенной частоты:

s(t) = Ss(t) I cos <ps(t) I cos K"x(p(t) , (6)

s(t) = Ss(t) I cos (ps(t) I sin K">(t) . (7)

Для четного коэффициента деления мгновенной частоты рассмотрено два варианта выполнения операций восстановления исходной пары сигналов (4) и (5).

Вариант 1. Его отличительной чертой является наличие пары сигналов (6) и (7). Показано, что возможно верное восстановление исходной пары сигналов (4) и (5).

Вариант 2. В этом варианте передается лишь один из сигналов пары: или (6), или (7). Показано, что после выполнения преобразования Гильберта (для формирования пары) появляется неоднозначность восстановления сигнала. В те моменты времени, когда выполняется условие (8)

(üs(t) > K-xco(t), (8)

огибающей становится колебание

S8(t)|cosK->(t) | , (9)

а мгновенной частотой сигналов становится мгновенная частота огибающей, то есть возникают искажения сигнала.

Известно, что у многих рабочих звуковых сигналов диапазоны изменения мгновенных частот и сигналов и их огибающих практически совпадают по величине. Это позволяет сформулировать следующее утверждение.

Теорема (о возникновении искажений при восстановлении сигналов, передаваемых с деленной мгновенной частотой).

Для сигнала, у которого диапазоны изменений мгновенных частот и сигнала и его огибающей примерно одинаковы, при любом коэффициенте деления мгновенной частоты к найдутся такие моменты времени, для которых условие (8) будет выполняться.

Вариант 2 восстановления сигналов по сути является доказательством этой теоремы. Теорема позволяет сформулировать проблему.

Проблема верного восстановления сигналов.

В случае передачи сигнала с деленной мгновенной частотой без сопряженного с ним по Гильберту сигнала при попытке восстановления исходной мгновенной частоты будут возникать искажения сигнала.

Вариант 1 позволяет сформулировать следующее утверждение.

Теорема (о верности восстановления сжатых но частоте сигналов).

В случае передачи сигналов с деленной мгновенной частотой при любом коэффициенте деления мгновенной частоты возможно правильное восстановление исходных сигналов даже при выполнении условия (8).

Данная теорема позволяет сформулировать три следствия, каждое из которых представляет собой решение названной проблемы. Первый способ решения проблемы: передавать не один сигнал, а пару компрессированных сигналов, как это сделано по варианту 1. Второй способ решения проблемы: сжать во столько же раз и мгновенную частоту колебания огибающей, чтобы сохранилось исходное соотношение частот сомножителей.

Третий способ решения проблемы: не допускать при передаче сигналов выполнение условия (8), например, путем частотного транспонирования вверх исходного сигнала до деления частоты.

В главе 2 предложен алгоритм разработки новых способов преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Предложенный алгоритм применен, в частности, для разработки способов преобразований сигналов, которые приводят к делению-умножению в два раза их мгновенной частоты и одновременно к такой же степени сжатия-расширения динамического диапазона без выделения модулирующих функций.

Разработка способа компрессии.

Х.Для модели входного сигнала

-12, (10) где х(1) - текущая фаза в процессе обработки; названному выше преобразованию соответствует модель выходного сигнала

8вых(1Над]°-5СО80,5х(1) . (11)

2. Искомые математические операции, которые позволяют соединить входной и выходной сигналы в едином равенстве, можно увидеть в известной формуле 8ш2х=2зтх совх. Эта формула в данной задаче и в наших обозначениях примет вид в^Надашх^) = 2{[8^)]°'0з1пО,5х(1)}{[8^)]о,бсо8О, 5х^)}=

Таким образом, равенство (12) с точностью до масштаба позволяет получить необходимое равенство

/ о«- (13)

При этом масштабный множитель удобно разделить поровну между сопряженными сигналами, то есть считать, что

8вых(1М2800]°-5соз0,5х(*;) , (14)

3№х(^[28(1)]°'58т0,5х(1) . (15)

Тогда равенство (13) можно представить в виде функциональной схемы устройства для его реализации (рис.1). Поскольку фазовращатель реализует преобразование Гильберта для сжатых сигналов, то требуется в соответствии со вторым решением проблемы верного восстановления сигналов предварительно сжать частотный диапазон огибающей (преобразования мгновенной частоты огибающей, которые необходимо для этого выполнить, в рамках данной работы не рассматриваются).

Повторяя процедуру компрессии, можно получить требуемые значения коэффициента деления мгновенной частоты в соответствии с формулой К=2П , где п - число повторов компрессии. Одновременно происходит сжатие динамического диапазона сигналов со степенью компрессии 2"п.

Разработка способа экспандирования

1. При однократном преобразовании требуется из сигнала (14) получить сигнал, у которого восстановлена степень огибающей и масштаб мгновенной частоты .

2. Для этого лучше всего подходит равенство (12). На рис.2 избражена структурная схема экспандера.

Рис.1. Функциональная схема компрессора: 1 - делитель сигналов; 2 - фазовращатель

Рис.2. Структурная схема экспандера: 1 - фазовращатель; 2 - перемножитель сигналов

Рис.3. Структурная схема компрессора: 1-деремножитель аналоговых сигналов; 2-делитель аналоговых сигналов; 3-фазовращатель; 4-блок вычисления модуля (абсолютной величины сигнала); 5-масштабный усилитель с коэффициентом передачи М=2 °'5; 6-блок вычисления функции знака

Если компрессор (рис.1) и экспандер (рис.2) соединить каналом передачи, то получим компандерную систему передачи с одновременным преобразованием сразу двух измерений сигнала.

В настоящее время промышленность выпускает делители аналоговых сигналов, в знаменатель которых можно подавать напряжение только одного знака. Поэтому, чтобы реализовать на практике функциональную схему компрессора, показанную на рис.1, был найден следующий выход. В знаменатель подается модуль сигнала с выхода фазовращателя. С формальной точки зрения, модуль сигнала от самого сигнала отличается только умножением на функцию своего знака. Как известно, функция знака - sign - принимает только два значения: плюс и минус единица, указывая знак сигнала.

В нашем случае это можно записать следующим образом: [2S(t)]0'51 sin0,5x(t) | = {[2S(t)]°'5sinO,5x(t)}{sign[sinO,5x(t)]}. (16)

Чтобы при этом не возникало искажений выходного сигнала, необходимо до делителя выполнить умножение входного сигнала ка ту же функцию знака [19]. Структурная схема компрессора при этом будет выглядеть так, как показано на рис.3.

Чтобы иметь возможность исследовать изменения, происходящие в сигнале вследствие преобразования одной из модулирующих функций, были разработаны способы разъединения (воссоединения) природных модуляций. При разъединении из одного исходного звукового сигнала, в общем случае модулированного и по частоте, и по амплитуде, формируются два независимых друг от друга сигнала на произвольных несущих колебаниях: один - амплитудно-модулированный, второй - частотно-модулированный. Структурная схема делителя мгновенной частоты с использованием разъединения-воссоединения природных модуляций показана на рис.5.

Показано, что после однополосной модуляции исходного сигнала soM(t)=S(t)cosx(t)coscort - S(t)sinx(t)smfflrt=S(t)cos[x(t)+TO,t], (17)

где sr(t)=coscort -это сигнал гетеродина (2 на рис.5); или более кратко

- s„(t)£r(t) , (18)

которая выполняется сумматором мгновенных частот (1 на рис.5, а подробнее на рис.4а), и амплитудного ограничения получаем

Г

s(t)=Scos X

¿—

Вход

1 Ген

eos ú>„t I

Сумматор мгновенных частот Seos х

ФВ1

Ssin х

3 ФВ2

соз <вЛ

8~т тЛ,

X

4 6

—

Пер

—

5

Пер

Scos[x(t)+mrt]

4¿

Выхо&

I Вьгчитатель мгновенных частот

I S cos[x(t)+fort]

Scos[x(t)+cort]

Вход

1

Гея

eos <ort I

2 ФВ1

Ssia[x(t)+mrt]

3 ФВ2

4 в

Пер

б

Пер

s(t)«Sc.os X

Выхо'

Рис.4. Структурные схемы: а) сумматора мгновенных частот; б) вычитателя мгновенных частот: 1 - генератор; 2,3 - фазовращатели; 4,5 - перемножители сигналов; 6 - а)вычитатель; б)сумматор

Рис.б. Делитель мгновенной частоты: 1 - сумматор мгновенных частот (подробнее на рис.4а); 2 - генератор (гетеродин); 3 - амплитудный ограничитель; 4,5,6,7,8,9 - вычитатели мгновенных частот (подробнее на рис.46)

частотно-модулированную часть сигнала на выбранном несущем колебании, лишенную природной амплитудной модуляции

алс№ " -С08[ХЮ+<ВРЦ. (19)

Вычитая мгновенные частоты (4 на рис,5, а подробнее на рис.46) сигналов (19) и гетеродина (2, рис.5), можно получить

8П(Ю =соз х(£). (20)

Вычитая мгновенные частоты сигналов (17) и (20) (5, рис.5), получим

{S(t)cos[x(t)+coгt]}cosx(t)+{S(t)sin[x(t)+йЗrt]}sinx(t)-S(t)cosюrt=sAIVI, (21) амплитудно-модулированный сигнал, лишенный природной частотной модуляции. Таким образом, решена задача разъединения природных модуляций сигнала без выделения модулирующих функций.

Показано, что вычитатель мгновенных частот сигналов (рис.46) позволяет осуществлять деление в два раза мгновенной частоты косинуса фазы сигнала, если использовать его выходной сигнал в качестве второго входного сигнала (на рис.46 вместо верхнего

ВХОДНОГО СКГНйЛЗ.)- Т^рйА^р^олиаггт^о ОСуЩбСТКЛЯбТСЯ 2 С00Т39ТСТВйИ г*

известной формулой

со8(х-у)=созхсозу + этхзту, (22)

которая в наших обозначениях для сигналов, полагая

в] со^сН;, может быть переписана следующим

образом, если на вход вычитателя мгновенных частот (7, рис.5) подан сигнал совсо^ ,

в^МсовюДсовО.бш^] + [зтю^][зтО,5со^] = соэ0,5©^ , (23)

Или более кратко

з (^=8 ООэ 00+ з (^8 (10 . (24)

ВЫХЧ ' ВХ% ' ВЫХ*1 ' вхч ' выяЛ у 4 '

Подавая на вход делителя частоты (6, рис.5) сигнал (19), на его выходе получим

а^-совО.бЕх^тЧ. (25)

Показано, что воссоединение природных модуляций возможно, если уменьшить в два раза мгновенную частоту амплитудно-модулированной части (21) сигнала, при этом (8, рис.5) получим

8(^СО80,5СО^. (26)

Вычитание мгновенных частот сигналов (25) и (26) завершает процесс воссоединения природных модуляций.

С помощью предложенного алгоритма разработаны способы умножения мгновенной частоты без преобразования огибающей. Показано, что удвоение мгновенной частоты возможно по известной формуле, которая для сигнала (20) может быть записана следующим

Показано, что умножение мгновенной частоты возможно на произвольный целый коэффициент К. Четные значения достигаются в процессе неоднократного удвоения. Нечетные значения Кнеч могут быть реализованы сложением мгновенных частот сигнала (20) и сигнала с ближайшим значением текущей фазы (Кяеч- 1)х(1;) в сумматоре мгновенных частот (рис.4а).

Умение умножать мгновенные частоты сигналов позволяет управлять коэффициентом деления мгновенной частоты. Показано, что деление мгновенной частоты сигнала на произвольное целое число К можно осуществлять с помощью вычитателя мгновенных частот. Для этого необходимо умножить мгновенную частоту выходного сигнала в кольце обратной связи в (К - 1) раз, как это можно увидеть на рис.6.

Показано, что для деления мгновенной частоты сигнала на произвольный рациональный коэффициент К=п/т необходимо добавить к делителю частоты, изображенному на рис.6, блок умножения мгновенной частоты для входного сигнала в т раз (рис.7). Таким образом, решена задача деления-умножения мгновенной частоты сигнала на произвольный рациональный коэффициент без выделения модулирующих функций.

Кроме этого, во второй главе разработаны способы и устройства деления и умножения мгновенной частоты и логарифмической огибающей (осуществляющие преобразования обеих модулирующих функций как одновременно, так и по отдельности) рабочих сигналов в каналах зву ко передачи, в которых выделение огибающей является обязательным или желательным (как на основе разъединения модулирующих функций, так и без него).

Опыт разработок обобщен в формулировке основных положений новых методов преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без выделения модулирующих функций.

образом:

еоз2х=сов2х - вт2х

А А

(27)

(28)

или так:

Рис.6.Структурная схема делителя мгновенной частоты сигналов в К раз: 1-буферный усилитель; 2,3-фазовращатели; 4,5-перемножители сигналов; 6-сумматор; 7-блок умножения мгновенной частоты в (К-1) раз

s(t)— CO« X

t—

Вход

п

Вычитатель мгновенных частот

о БУМЧ 1

я m ря»

2 ФВ1

3 ФВ2

соз (

gm(n-l)y

4 6

Пер

+

5

Пер

~~I

COS у в СОЗ ■

- X

Выход

7

ЕУМЧ

» (п-1) Р"Д

Рис. 7.Структурная схема делителя мгновенной частоты сигналов в n/m раз: 1-буферный усилитель; 2,3-фазовращнтели; 4,5-перемножители сигналов; 6-сумматор; 0,7-блоки умножения мгновенной частоты

Глава 3 посвящена главным образом инженерным решениям и результатам воплощений этих решений в жизнь. В данной работе было решено сосредоточить внимание на исследовании последствий только деления и умнонсения мгновенной частоты, то есть на таких преобразованиях, которые не затрагивают частотный диапазон огибающей. Поэтому для разработок были выбраны первое и третье решения проблемы верного восстановления сигналов.

Делитель в два раза мгновенной частоты был изготовлен по схеме, показанной на рис.8. На рис.10 показана схема удвоителя мгновенной частоты г сигнала. Приведены результаты испытаний изготовленных делителей и умножителей мгновенной частоты. Рис.9 и рис.11 иллюстрируют работу созданных преобразователей.

Для проведения исследований свойств некоторых природных сигналов было изготовлено четыре делителя в два раза мгновенной частоты, а также четыре удвоителя мгновенной частоты, допускающих последовательное включение.

Влияние шумов и помех па точность работы преобразователей исследовано с измерением спектров мгновенной частоты в цепи последовательно включенных четырех делителей, а затем четырех умножителей мгновенной частоты. При входном синусоидальном сигнале нестабильность частоты на выходе определяется наличием гармоник во входном сигнале и шумом канала, который имеет равномерный спектр. Субъективные экспертизы показали, что эксперты не замечают различий-в звучании входных и выходных колебаний во всем звуковом диапазоне частот.

Кроме этого, в третьей главе предложен новый, надежный "и точный (в отличие от предшественника, выполненного с выделением мгновенной частоты) частотный компрессор с нелинейной характеристикой обработки мгновенной частоты. Автором было установлено, что сигналы, компрессированные по частоте с помощью такого компрессора й переданные по узкополосному каналу передачи, воспринимаются на слух без восстановления масштаба частоты как более широкополосные, чем это имело место в действительности. Полезный эффект от применения такого частотного компрессора заключается в повышении разборчивости речи и улучшении звучания музыкальных сигналов.

Вход.

Seos х

1

емч

2 Геи

3 АО

сой [ьуЬ+х]

L

вмч

вмч

cos0,5[<ut+x]

Scos[cort+x]

5

ВМЧ

с

7

ВМЧ

Scos0,5o>rt

Scos0,5mt

8 Пер

Ssin0,5mt

9 Пер

sin0,5[fflt+x]

12

Выход 1

Scos0,5x -¿

SsÍTiO,5cot

10 Пер

11 Пер

13

Выход 2

Ssín0,5x -#

Рис.8.Структурная схема точного делителя в два раза мгновенной частоты звуковых сигналов: 1 - сумматор мгновенных частот; 2 - генератор; 3 -амплитудный ограничитель; 4,5,6,7 - вычитатели мгновенных частот; 8,9,10,11 - перемножители аналоговых сигналов; 12 - сумматор; 13 - вычитатель

5 1997

Рис.9. Осциллограммы сигналов "биений" и тональных импульсов (фотографии с экрана двухлучевого осциллографа): верхний луч - исходный сигнал; нижний луч - сигнал с деленной в два раза мгновенной частотой

Рис.Ю. Структурная схема удвоителя мгновенной частоты сигналов: 1,2,8,9 - перемножители; 3 - фазовращатель; 4,10 - вычитатели сигналов; 5 - генератор (гетеродин); 6 - амплитудный ограничитель; 7 - квадратурный вычитатель мгновенных частот сигналов

Рис.11. Осциллограммы сигналов тональных импульсов (фотография с экрана двухлучевого осциллографа): верхний луч - исходный сигнал с частотой заполнения 10 кГц; нижний луч - сигнал с восстановленной мгновенной частотой

Влияние параметров частотного компрессирования на качество звучания речевых сигналов исследовалось путем измерения разборчивости речи. На рис.12 показаны измеренные зависимости слоговой разборчивости сигналов, прошедших через канал с фильтрами низких частот, с помощью которых формировались частотные характеристики узкополосных каналов передачи.Верхняя граничная частота принимала значения:2,3,4 и бкГц. Каждая точка на графиках получена усреднением результатов измерений десяти человек по 10 слоговым таблицам, из которых 5 таблиц произнесено мужским голосом и 5 таблиц - женским голосом. С доверительной вероятностью 0,95 величины абсолютных ошибок измерений не превышали 5%. При проведении измерений устанавливался уровень речевого сигнала 80 дБА, уровень белого шума - 60 дБА.

Семейства кривых на рис.12, параметром которых является частота порога компрессии, характеризуют зависимость слоговой разборчивости от коэффициента передачи частоты. Значениям разборчивости некомпрессированной речи соответствуют точки, для которых К=1,0. Семейства кривых, изображенные на рис.13, характеризуют зависимость слоговой разборчивости от частоты порога компрессии. Параметром этих семейств является коэффициент передачи частоты. Установленные зависимости имеют оптимумы. Изменение оптимальных значений Коэффициента передачи частоты от величины верхней граничной частоты полосы пропускания канала изображено на рис.14. Оптимальная частота порога компрессии уменьшается с 5кГц до ЗкГц линейно при изменении верхней граничной частоты от бкГц до 2кГц.

Падение разборчивости с увеличением частоты порога компрессии и коэффициента передачи частоты относительно оптимальных для данного значения верхней граничной частоты канала передачи объясняется тем, что с уменьшением компрессии все большая часть полезной информации подавляется фильтром низких частот. Снижение разборчивости с уменьшением частоты порога компрессии и коэффициента передачи частоты относительно оптимальных значений происходит вследствие того, что с увеличением компрессии происходит уплотнение спектров фонем, нарушающее их привычное звучание.

Рис.12. Зависимость слоговой разборчивости от коэффициента передачи частоты: верхняя граничная частота полосы пропускания, канала - а) 2 кГц; б) 3 кГц; в) 4 кГц; г) 6 кГц

а)

в)

Р,%

К-

/як, кГц

? / 3 4 5 6 7 д

Р,%

}

и/

1

г

о / г J

/т,*Гц

б)

3 6 7 3

Г)

Р,%

г J

> *—. 5

3

14 гд /

/пк,кГц

0 12 3 4 5 6 7

Р. X

И-Я/ Г ---- _

л

ч

г ч! 11 !

\

/пк.кГц

ЬО

0123 45678

Рис. 13. Зависимость слоговой разборчивости от частоты порога компрессии: верхняя граничная частота полосы пропускания канала - а) 2 кГц; б) 3 кГц; в) 4 кГц; г) 6 кГц; коэффициент передачи частоты - 1 - ОД; 2 - 0,2; 3 - 0,3; 4 - 0,4; 5 - 0,5

Для каждого режима обработки мгновенной частоты можно построить график зависимости слоговой разборчивости от верхней граничной частоты. На рис.15 изображено семейство таких кривых, параметром которого является частота порога компрессии, для коэффициента передачи частоты К=0,1. Здесь же изображена зависимость разборчивости некомпрессированных сигналов от значений верхней граничной частоты. При прослушивании звукорежиссерами и звукооператорами сигналов с нелинейно обработанной мгновенной частотой было установлено, что на слух создается ощущение более широкой полосы частот, чем та, которая передавалась в действительности. Это позволяет ввести новую характеристику нелинейно частотно-компрессированного сигнала -это эффективная или кажущаяся полоса передаваемых частот. Величину эффективной полосы можно определить по равенству разборчивости частотно-компрессированной и ^компрессированной речи по результатам проведенных измерений. Таким образом, для трех режимов компрессирования были построены зависимости эффективной полосы частот от верхней граничной частоты канала . Поскольку граничная частота не превышала в ходе измерений величины бкГц, то по равенству разборчивости нельзя построить ту часть зависимости, которая расположена выше 6 кГц. Однако прирост разборчивости можно пересчитать в расширение полосы частот на основе известного деления частотного диапазона на полосы равной разборчивости. Таким образом получены зависимости, изображенные на рис. 16.

Зависимости, изображенные на рис.12 и рис.13, показывают, что с расширением полосы пропускания канала передачи эффективность такого частотного компрессирования уменьшается. Кроме этого, эти зависимости позволяют определить для стандартных узкополосных каналов оптимальные режимы частотного компрессирования. Например, при записи негативов фонограмм 16-мм фильмокопий следует применять режим обработки мгновенной частоты с порогом компрессии 4кГц, коэффициентом передачи частоты К=0,1. При этом создается ощущение о передаче полосы частот приблизительно до ЮкГц.

Ограниченное использование созданного частотного компрессора лишь для записи фотофонограмм 16-мм фильмокопий было связано

0,5 0,4 0,3 0,2 см

4 кГц/у

у

=3)01 / У / и 5кГи

/

1гр

кГц

о -1 2 3 4 5 6 7 ° Рис.14. Зависимость оптимального коэффициента передачи частоты

от верхней граничной частоты полосы пропускания канала

Р%

90 80 70 60

т 1

% ЗкГц< 4кГц' р\ \/ / 1Н

5кГц< { / /

<

/ .кГц

__ 7ГР

0 1 2 3 4 5 6 7 3 Рис Л 5.Зависимость слоговой разборчивости от верхней

граничной частоты полосы пропускания канала

/.кГц з

............... --

/

и (

—--- >

). 1 и /

К=0,1 ])

? * •"ПК ЗхГц< я кГц 5 у/ ^кГц

0-1 2345678

Рис.16.3ависимость эффективной полосы передаваемых частотным компрессором частот от верхней граничной частоты действительной полосы пропускания канала

с тем, что часть звуков в канале полного модуляционного анализа-синтеза не восстанавливалась даже без каких-либо воздействий на мгновенную частоту. Связано это с известным в теории и практике частотной модуляции явлением порога, которое проявляется в значительных искажениях сигнала на выходе частотного детектора при уменьшении входного отношения сигнал/шум ниже определенной пороговой величины. При уравнивании огибающих полезного сигнала и шума мгновенная частота теоретически может принимать бесконечно большие значения как положительные, так и отрицательные. В канале полного модуляционного анализа-синтеза при этом возникают ошибки синтеза сигналов.

Для звуковых сигналов естественным является чередование звуков и пауз. Паузы заполнены шумом канала передачи. При этом чередовании пороговые помехи оказывают заметное влияние на часть звуков. Поэтому пороговые явления не позволяют в рамках модуляционного анализа-синтеза для сигналов в аналоговой форме получать точные преобразования частотного диапазона. Причем главной причиной ошибок преобразования мгновенной частоты является то, что для обработки эту модулирующую функцию необходимо выделять.

В новом частотном компрессоре явление порога не наблюдается потому, что для обработки сигналов частотная демодуляция не требуется. Поскольку нет генератора, синтезирующего сигнал по обработанной мгновенной часоте, то нет и ошибок синтеза. Таким образом, новый частотный компрессор выгодно отличается от предшественника. Кроме каналов с узкой полосой пропускания новый частотный компрессор может использоваться при необходимости как средство звукорежиссуры для повышения уровня высокочастотных фонем исполнителей. Умножение мгновенной частоты для части частотного диапазона позволяет решить другую проблему звукорежиссуры, когда исполнитель присвистывает, произнося согласные.

Прецизионные преобразователи частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов следует использовать:

-на киностудиях при создании магнитных оригиналов фонограмм кинофильмов с амплитудно-частотным компандированием сигналов для снижения расхода носителя при расширении и частотного, и

динамического диапазонов передаваемых звуковых сигналов;

-на кинокопировальных фабриках при записи негативов фотофонограмм улучшенного качества с амплитудно-частотным компрессированием звуковых сигналов;

-в кинотеатрах и на телестудиях при воспроизведении фонограмм улучшенного качества с экспандированием звуковых сигналов.

Применение прецизионных преобразователей в канале с записью фотофонограмм позволяет расширить и частотный, и динамический диапазоны передаваемых сигналов, уменьшить уровни шумов и нелинейных искажений, вызванных заплыванием фонограмм.

В начале четвертой главы приведены известные теоретические соотношения, связывающие между собой ряд математических оценок мгновенной частоты ю и аргумента спектральной функции П, которые позволяют обсуждать изменения спектров сигналов после преобразований их мгновенной частоты. В качестве математической модели мгновенной частоты звукового сигнала использовано традиционное для частотно-модулированных сигналов выражение

где со (Ь) - частота несущего колебания; со (1;) - девиация частоты;

Н Д

сомСЬ) - частота модуляции. При умножении мгновенной частоты должны увеличиваться со (1;) и частоты модуляции должны

Н д

оставаться без изменений.

В основном четвертая глава посвящена результатам практических исследований изменений спектров некоторых природных звуковых сигналов в зависимости от величины коэффициента умножения мгновенной частоты. В качестве измерительных сигналов были выбраны: сигнал в виде полосы частот белого шума, сумма этого шумового сигнала и синусоидального сигнала на средней частоте шума, суммы синусоидальных сигналов, сумма синусоидального сигнала и узкополосного шумового сигнала, которые значительно различаются по частоте.

Выбор сигналов не случаен. Сигнал в виде полосы белого шума по ряду свойств похож на глухие согласные звуки речи, такие как "с, ш, щ, х, ф" и другие, которые в наибольшей степени страдают при передаче речи по узкополосным каналам. Сумма синусоидальных сигналов, а также сумма синусоидального сигнала и узкополос-

(29)

ного шума, которые значительно различаются по частоте, при определенных условиях могут использоваться в качестве моделей гласных и вокализованных согласных звуков речи.

Для сигнала в виде полосы белого шума были проведены измерения спектральной плотности на выходах четырех умножителей в два раза мгновенной частоты, включенных последовательно. Измерения проводились с помощью гетеродинного спектроанализатора (М=10Гц). Было проведено два эксперимента. В первом эксперименте умножалась мгновенная частота и измерялся спектр косинуса фазы полосы шума. Результаты измерений иллюстрирует рис.17. Во втором эксперименте умножалась мгновенная частота всего сигнала целиком, то есть при сохранении природной огибающей. Результаты измерений иллюстрирует рис.18.

При умножении мгновенной частоты косинуса фазы было установлено следующее.

1.Средняя частота спектра и равная ей средняя мгновенная частота увеличиваются в соответствии с коэффициентом умножения.

2.Ширина полосы частот увеличивается в соответствии с коэффициентом умножения.

3.Уровень максимума спектральной плотности уменьшается на ЗдБ после каждого удвоения мгновенной частоты, что и должно наблюдаться при сохранении постоянной мощности измеряемого сигнала.

4.Уровень тех боковых спектральных составляющих, для которых индекс частотной модуляции (ш=сод/сом) еще можно считать т« 1, увеличивается на 6дБ после каждого удвоения мгновенной частоты. Это известная зависимость для частотно-модулированных сигналов.

Оценивая полученные в этом эксперименте зависимости, можно констатировать, что получены ожидаемые результаты.

В случае сохранения природной амплитудной модуляции при умножении мгновенной частоты сигнала в виде полосы частот белого шума было установлено следующее.

1.Средняя частота увеличивается в соответствии с коэффициентом умножения.

2.Ширина полосы частот, определяемая по спаду спектральной плотности на ЗдБ, остается неизменной в процессе последовательного удвоения мгновенной частоты. Следовательно, эта полоса частот

дБ

500Гц £р + 500Гц

Рис Л 7.Изменение спектра косинуса фазы полосы шума в процессе последовательного удвоения мгновенной частоты

Рис.18. Изменение спектра полосы шума (природная огибающая сохранена) в процессе последовательного удвоения мгновенной частоты

обусловлена процессом природной амплитудной модуляции.

3.Уровень максимума после уменьшения на ЗдБ остается неизменным после всех умножений мгновенной частоты. Следовательно, этот уровень максимума определяется спектральными составляющими, обусловленными природной амплитудной модуляцией.

4.В данном эксперименте полоса частот частотно-модулированной части сигнала увеличивается вначале меньше, чем вдвое. Несовпадение величин полос частот частотно-модулированных частей соответствующих сигналов на рис.17 и рис.18 вынуждает сделать предположение: если к частотно-модулированному сигналу прибавить синусоидальный (или амплитудно-модулированный) сигнал с частотой близкой к средней частоте частотно-модулированного сигнала, то его девиация частоты уменьшается. Это предположение проверено и нашло подтверждение в процессе дальнейших исследований (о чем речь пойдет ниже).

При умножении мгновенной частоты суммы двух сигналов: сигнала в виде полосы частот белого шума и синусоидального сигнала, частота которого выбрана в центре полосы шума, было установлено следующее.

1.Прибавление синусоидального сигнала к шуму приводит к уменьшению девиации частоты природной частотной модуляции шумового сигнала.

2.При каждом удвоении мгновенной частоты обнаружено закономерное уменьшение величины отношения сигнал /шум на 6дБ. В спектре косинуса фазы оно сопровождается увеличением уровня спектральной плотности шума и уменьшением уровня синусоидального сигнала до тех пор, пока величина уровня отношения сигнал/шум больше нуля. После того, как величина уровня отношения становится меньше нуля, уровень шума начинает уменьшаться после каждого удвоения частоты.

При умножении мгновенной частоты суммы двух синусоидальных колебаний ("биений") было установлено следующее.

1.При введении задержки между огибающей и косинусом фазы в спектре сигнала появляются заметные компоненты, расположенные на оси частот на расстоянии разности частот входных слагаемых. Это может быть использовано в практике как индикатор несоответствия фазовых характеристик каналов обработки

огибающей и косинуса фазы (при необходимости раздельной обработки модулирующих функций).

2.В соответствии с коэффициентом умножения увеличивается средняя мгновенная частота и девиация частоты. В спектре сигнала происходят известные соответствующие изменения.

Аналогичные изменения спектров наблюдались при умножении мгновенной частоты суммы синусоидального сигнала и узкополосного шумового сигнала, которые значительно различаются по частоте.

Глава 5 посвящена результатам практических исследований изменений спектров некоторых природных звуковых сигналов в зависимости от величины коэффициента деления мгновенной частоты. В качестве измерительных сигналов были выбраны сигналы, аналогичные тем, которые использованы в главе 4.

Работоспособность устройств деления мгновенной частоты доказана экспериментально на синусоидальном испытательном сигнале, а тйкжй на сигналах "биений" и тональных импульсов.

В результате экспериментальных и теоретических исследований установлена неизвестная ранее закономерность уменьшения девиации природной частотной модуляции шумового сигнала при сложении его с синусоидальным сигналом, частота которого равна средней частоте полосы шума.

При положительных значениях уровня отношения сигнал/шум величина девиации частоты частотно-модулированной части названного суммарного сигнала связана с величиной отношения напряжений сигнал/шум обратно пропорциональной зависимостью. Закономерность получила ■ название эффекта внешнего концентрирования частотно-модулированной части сигнала.

При исследовании деления мгновенной частоты шумового сигнала была установлена неизвестная ранее закономерность, названная эффектом самоконцентрации частотно-модулированной части сигнала. Эффект самоконцентрации реализуется при делении мгновенной частоты, о чем свидетельствуют три проявления:

1)коэффициент уменьшения девиации мгновенной частоты шумового сигнала (который равен коэффициенту уменьшения полосы частот спектра К ) превышает коэффициент деления мгновенной частоты К, реализуемый аппаратурой;

2)увеличение уровня спектральной плотности на средней частоте спектра соответствует коэффициенту уменьшения девиации мгновенной частоты и полосы спектра Купс, то есть оно больше, чем следует ожидать в соответствии с коэффициентом деления мгновенной частоты, реализуемым аппаратурой;

3)величина спектральной плотности боковых составляющих спектра, обусловленных высокими частотами природной частотной модуляции, для которых индекс частотной модуляции т«1, уменьшается значительнее, чем следует ожидать в соответствии с коэффициентом деления мгновенной частоты; наблюдается частотная зависимость этого проявления эффекта самоконцентрации.

Результаты некоторых измерений представлены на рис.19 и рис.20. На рис.20а можно увидеть, что с увеличением коэффициента деления становятся хорошо заметными спектральные составляющие, обусловленные спектром частот природной амплитудной модуляции.

В качестве количественной характеристики эффекта введен 1гпяффтл;ттт/таттф самоконцентрации., который при делении мгновенной частоты шумового сигнала в два раза принимал значения в диапазоне 1,26-2,0 в зависимости от ширины полосы частот сигнала. При этом коэффициент уменьшения полосы частот спектра Купс принимал значения от 2,52 до 4,0. Наибольшее значение сквозного коэффициента уменьшения полосы частот спектра К, равное Кс=160, было зафиксировано в данном исследовании при делении в 16 раз мгновенной частоты косинуса фазы шумовых сигналов. Полоса частот спектра определялась по спаду спектральной плотности на ЗдБ. Ширина спектра модулирующих частот не изменяется при делении частоты.

Реализация эффекта самоконцентрации объясняется увеличением уровня спектральной плотности на средней частоте спектра сигнала вследствие деления девиации частоты.

Величина коэффициента самоконцен1грации связана с тремя проявлениями эффекта самоконцентрации.

1. Коэффициент самоконцентрации Кск может быть определен через сокращение полосы частот спектра К ^Д^/Д^ = ККск . Откуда

К = К /К . (30)

ск упс'

2. Коэффициент самоконцентрации К. мржёт '.бвттв-■ определен

ок { - НАЦИОНАЛЬНАЯ I через увеличение уровня АЫм спектральной ¡плотнйсшковдеяведнер

I С.Петербург (

1, ОЭ Ш акт |

в шт

ж

-ю

Л»-500

ср

£-500

ср

ср

f +500

ср

f, Гц

Щ

Г " 1 11 «11 ЩдаЩ

I +500 1\ Гц

ср ^

f, Гц

Рис. 19.Спектры косинусов фазы (исходный и все вместе после деления мгновеннной частоты в 2;4;8 и 16 раз) при ширине исходной полосы частот: а) 100 Гц; б) 300 Гц; в) 4000 Гц

N. дБ

а) 2 5 3 15 5.0 6,3 10 12 20 25 40 50 80 100 160 200 3X5 400 630 800 1250 1600

ггп ' ' ло 8 0 16 31.5 63 125 250 500 1000 "2000 4000

N. дБ

5

1 7Г

-

3 \

- 2- н V о

с. -с V

Л У \ \ \

ч V N \ <

\ \ ч ч

\ \ \1 N. \ ... \

ч 'Г \ N V

Л

^ 2 5 3 15 5 0 6,3 10 12 20 25 40 50 80 100 160 200 315 400 630 800 1250 1600 Г, Гц ^ ' 4,о' 8,0 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

Рис.20.'Гретьоктавные спектрограммы: а) природная огибающая сохранена; б) косинусов фазы (1-до деления мгновенной частоты, 2,3,4,5 - после деления мгновенной частоты в 2,4,8 и 16 раз соответственно)

частоте АЫМ =20^Кск , откуда

(ДЫ /20)

кск= 10 . (31)

3. В соответствии с эффектом самоконцентрации уменьшаются уровни боковых спектральных составляющих; их зависимость от величины модулирующей частоты природной частотной модуля:ции объясняется тем, что при делении мгновенной частбты энергия боковых составляющих перемещается в сторону средней частоты спектра. Поэтому появляется зависимость от качества выделения полосы частот сигнала, то есть от уровня составляющих вне рабочей полосы частот, сохранившихся после выделения из белого шума и формирования фильтром сигнала для проведения исследований.

При увеличении сквозного коэффициента деления мгновенной частоты эффект самоконцентрации проявляется слабее, величина коэффициента самоконцентрации уменьшается.

Если к шумовому сигналу прибавить синусоидальный сигнал, то при увеличении величины отношения (с/ш)>12дБ эффект самоконцентрации при делении мгновенной частоты практически не проявляется.

При делении мгновенной частоты суммы двух синусоидальных сигналов ("биений") было установлено следующее.

1.После введения задержки между огибающей и косинусом фазы в спектре появляются заметные компоненты, расположенные по оси частот на расстоянии разности частот входных слагаемых.

2.В качестве средней частоты при делении мгновенной частоты выступает частота того колебания, амплитуда которого больше.

3.Средняя частота убывает в соответствии с коэффициентом деления мгновенной частоты. - .

4.Девиация частоты уменьшается. Энергия спектральных составляющих концентрируется вблизи средней частоты.

Глава 6 в основном посвящена решению ряда задач будущих перспективных исследований и разработке методик проведения этих исследований с использованием прецизионных преобразователей модулирующих функций сигналов для изучения свойств фонем русской речи и практического использования этих свойств.

Кроме этого, в главе 6 приведены результаты измерений основных параметров мгновенной частоты речевых сигналов. Измерения

проводились по зафиксированным осциллограммам звукосочетаний из ГОСТ 16600-72. При этом измерялись следующие величины для каждой фонемы: средняя мгновенная частота, усредненная девиация частоты, максимальные положительные и отрицательные значения, принимаемые мгновенной частотой речевых сигналов. Вычислялась оценка средней частоты частотной модуляции, кроме этого измерялась длительность звучания фонемы.

Результаты этих измерений показывают следующее.

1.Мгновенная частота гласных звуков речи и вокализованных согласных представляет собой медленно изменяющуюся функцию времени (частота модуляции I < 1кГц) с невысоким уровнем средних значений (1!н< 1кГц) и небольшой амплитудой колебания (:(: < 1кГц).

2.Мгновенная частота согласных "с, ч, ш, щ, х, ф" и других, наиболее страдающих при передаче по узкополосным каналам, существенно отличается от мгновенной частоты гласных звуков высоким уровнем средних значений (3-8кГц) и значительной амплитудой колебания (2-5кГц).

Результаты измерений доказывают, что нелинейная обработка мгновенной частоты речевых сигналов без дополнительных мер будет приводить к избирательному частотному компрессированию лишь тех звуков речи, которые наиболее страдают от ограничения узкополосными каналами звукопередачи полосы передаваемых частот. Это позволяет предлагать соответствующие прецизионные преобразователи частотного диапазона к практическому использованию на передающей стороне узкополосных каналов для повышения разборчивости речи без восстановления масштаба мгновенной частоты на приемной стороне канала передачи.

Экспериментально исследован вопрос о взаимосвязи формант и модулирующих функций. Показано, что информация о формантах содержится в обеих модулирующих функциях звука.

Приведены результаты измерений спектров гласных звуков псевдоголоса, который формируется у людей после удаления голосовых связок вместе с гортанью. Таким пациентам специалисты СПбНИИ ЛОР помогают сформировать навык возбуждать звуковые колебания в пищеводе и в небольших пределах управлять ими.

Удаление гортани вызывает изменение конфигурации резонаторов речс-образующего тракта, которые формируют

форманты. Поэтому можно считать обоснованной постановку вопроса: как при этом изменяются спектры гласных и каково положение формант у звуков псевдоголоса. Измерения спектров гласных звуков псевдоголоса показали:

- отсутствие основного тона голоса и его гармоник;

- первая форманта сужается и смещается в область низких частот; при интонировании она частично выполняет роль основного тона голоса;

- вторая и третья форманты не меняют своего положения на оси частот.

В главе 6 сформулированы 10 задач будущих перспективных исследований, возможность осуществить которые появилась лишь в настоящее время, благодаря созданию аппаратуры прецизионных преобразований модулирующих функций звуковых сигналов. Разработаны методики проведения исследований и предложены решения поставленных задач. Наибольший интерес из них, на наш взгляд, представляют следующие задачи.

1 .Исследование заметности ограничения спектра модулирующих частот мгновенной частоты.

Рис.206 показывает, что при больших коэффициентах деления мгновенной частоты средняя мгновенная частота стремится в область низких частот. При этом спектр сигнала практически складывается вдвое. Это позволяет с помощью фильтра низких частот сократить спектр частот частотной модуляции звуков речи (прежде всего, хотя возможно аналогичное исследование и для музыкальных звуков). Изменяя граничную частоту фильтра, можно определить зависимости заметности этого ограничения и зависимости величины разборчивости от ширины полосы частот мгновенной частоты.

2.Аналогично предлагается исследовать заметность ограничения спектра частот огибающей.

3.Особый интерес представляет аналогичное исследование заметности одновременного ограничения спектров частот и мгновенной частоты, и огибающей. Рис.20а наглядно иллюстрирует возможность проведения такого ограничения с помощью фильтра низких частот.

4.Для сигналов с заметным ограничением ширины спектра мгновенной частоты предлагается исследовать возможность подмены в спектре фонем тех компонентов, которые были обусловлены высокими частотами частотной модуляции, на другие - на близких, частотах, но обусловленные увеличением девиации частоты фонемы при восстановлении частотно-компрессированных звуков. Такая подмена, на первый взгляд, представляется возможной, так как увеличение девиации будет вызывать расширение спектров звуков. При этом будет увеличиваться число гармоник основного тона гласных звуков и ширина сплошных спектров согласных звуков.

6.Для сигналов по п.4 предлагается исследовать возможность подмены в спектре фонем тех компонентов, которые были обусловлены высокими частотами частотной модуляции, на другие -на тех же частотах, но обусловленные частотами амплитудной модуляции. Такая подмена представляется возможной, так как в работе установлено, что информация о высоких модулирующих частотах содержится в обеих модулирующих функциях.

6. Предлагается исследовать возможности эффективного шумопонижения сигналов, передаваемых в частотно-компрессированном виде (см. рис.20). Поскольку после деления мгновенной частоты диапазон изменения средней мгновенной частоты сокращается в коэффициент деления раз, то появляется возможность легко реализовать следящее за средней мгновенной частотой шумопонижение. При этом необходимо будет исследовать возможности создания необходимой ширины полосы пропускания, величина которой будет определена в процессе названных выше исследований.

7. Следует также исследовать возможность повышения эффективности шумопонижения сигналов, передаваемых в частотно-компрессированном виде за счет динамической фильтрации, то есть путем сокращения полосы передаваемых частот пропорционально величине огибающей сигнала.

8.Предлагается исследовать возможность создания из звуков псевдоголоса сигнала, который похож по звучанию на голос здорового человека. Поскольку согласные звуки псевдоголоса не требуют коррекции и легко расфильтровываются и отделяются от гласных звуков, то появляется возможность изменить высоту тона

псевдоголоса и создать для него ряд гармоник по образцу нормального голоса.

Решение этой задачи имеет большое значение для тех бывших профессионалов голоса, которые потеряли вместе с голосом и свою профессию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Разработаны математические решения проблем осуществления преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции.

2. Обнаружено явление возникновения искажений сигналов, передаваемых с деленной мгновенной частотой, создающее проблему правильного восстановления сигналов; найдено три решения названной проблемы.

3.Предложены методы, способы и устройства компандирования частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов путем деления-умножения мгновенной частоты и логарифмической огибающей. На два способа и устройства получены патенты РФ.

4.Экспериментально доказаны возможности деления-умножения мгновенной частоты и логарифмической огибающей звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Созданы устройства безынерционных взаимообратных преобразований каждой из модулирующих функций. Результаты работы внедрены в учебный процесс, в практику научных исследований в Санкт-Петербургском университете кино и телевидения и используются в настоящее время для исследования свойств природных модуляций самих модулирующих функций. Возможность проведения таких исследований появилась впервые.

5. В результате экспериментальных и теоретических исследований установлена неизвестная ранее закономерность уменьшения девиации природной частотной модуляции шумового сигнала при сложении его с синусоидальным сигналом, частота которого равна средней частоте шума, названная эффектом внешнего концентрирования частотно-модулированного сигнала.

6.При исследовании деления мгновенной частоты шумового сигнала установлена неизвестная ранее закономерность, названная эффектом самоконцентрации частотно-модулированной части сигнала. Причиной реализации эффекта является увеличение уровня спектральной плотности на средней частоте спектра сигнала.

'7.Установлено, что информация о формантах содержится в обеих модулирующих функциях. Измерены основные характеристики мгновенной частоты речевых сигналов. Разработана методика косвенных измерений отношения сигнал/шум звуков голоса по их спектрам, используемая для объективных измерений качества фонации. Разработан способ и устройство преобразования псевдоголоса людей без гортани в звуки, похожие на голос здорового человека Результаты внедрены в практику научных исследований СПбНИИ по заболеваниям уха, горла, носа и речи.

8.Измерены зависимости слоговой разборчивости от параметров нелинейного частотного компрессирования и полосы пропускания канала звукопередачи. Они позволяют для каждого узкополосного канала определить оптимальные параметры компрессирования, при которых максимально повышается разборчивость речи, что позволяет воспроизводить частотно-компрессированные сигналы на существующем оборудовании без восстановления масштаба мгновенной частоты. Это позволило практически использовать нелинейное частотное компрессирование, начиная с 1985 года, при записи фотографических фонограмм 16-мм фильмокопий; это позволяет рекомендовать исследовать его для применения в телефонии. Для этих каналов оптимальным является режим обработки с частотой порога компрессии равной верхней граничной частоте полосы пропускания канала и коэффициентом передачи частоты выше порога 0,1. При этом повышается разборчивость речи, создается впечатление о передаче полосы частот шириной 9-10 кГц, когда передано 3,4-4 кГц, уменьшается влияние разброса характеристик оборудования на качество звучания сигналов.

9.Экспериментально подтверждены решения проблем линейного сжатия частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов для записи и субъективно верного восстановления сигналов для воспроизведения. Найденные решения могут быть рекомендованы

для дальнейших практических исследований режимов линейного компандирования, обеспечивающих: 1) максимальное повышение качества звукопередачи при кинопоказе; 2) максимальное уменьшение расхода носителя записи при создании магнитного оригинала фонограммы кинофильма за счет снижения его скорости; при компандировании расширяются частотный и динамический диапазоны передаваемых сигналов при уменьшении нелинейных искажений.

Практическое использование линейных компандеров для аналоговых фотофоиограмм кинофильмов позволит расширить передаваемый частотный диапазон до 15-20 кГц, уменьшить уровень шума фонограммы до минус 60-70 дБ, уменьшить нелинейные искажения сигналов, вызванные заплыванием фонограмм. Если использовать определения классов качества каналов звукового вещания, то канал звукопередачи 35-мм фильмокопии, который не удовлетворял по названным техническим показателям качества требованиям второго класса после внедрения компандеров будет удовлетворять требованиям высшего класса качества.

10.Разработанные приборы для звукорежиссуры обеспечивают недоступные ранее возможности управления сигналами, создание новых звучаний, исправление некоторых дефектов речи.

11.Таким образом, выполнено построение и экспериментальная проверка основных положений теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять модулирующие функции. Теоретическая значимость исследования состоит в разработке новых представлений о возможностях полезных преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без их выделения. Обнаружено две неизвестные ранее закономерности. Открыт доступ к дальнейшему изучению свойств модулирующих функций. Практическая значимость теории подтверждается ее конструктивной направленностью, созданием на ее основе новых методов, способов и приборов для обработки звуковых сигналов и исследований их свойств, позволяющих получить недоступные ранее возможности управления свойствами сигналов и имеющих важное значение для звукотехники.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1.Уваров В.К. Точное компандирование частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов. - СПб.:СПГУКиТ, 2002. -326с.

2.Уваров В.К. Компрессоры динамического диапазона. - СПб.: СПИКиТ, 1993. -31с.

3.Уваров В.К. Шумоподавители. - СПб.: СПИКиТ, 1998. -37с. 4-Уваров В.К. О возможности преобразования (умножения-деления) мгновенной частоты любого звукового сигнала без выделения этой модулирующей функции.Деп.рук.№152кт-Д99, ОНТИ НИКФИД999. -10с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов. -1999. -№ 9. -С.6.

5.Уваров В.К. О возможности компандирования динамического диапазона звуковых сигналов без выделения огибающей. Деп.рук.№153 кт -Д99, ОКТИ НИКФИ, 1939.-7с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов.-1999.-№ 9.-С.6.

6.Уваров В.К. Некоторые теоретические предпосылки к достижению практических целей при модуляционных преобразованиях звуковых сигналов без применения модуляционного анализа-синтеза. Деп.рук. №161кт-Д99, ОНТИ НИКФИ, 1999.-19с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика.Запись и воспроизведение сигналов.-2000.-№10.-С.5.

7.Уваров В.К. Разработка метода компандирования частотного диапазона звуковых сигналов без выделения мгновенной частоты. Деп.рук. №162кт-Д99, ОНТИ НИКФИ, 1999.-16с. Реф: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика.Запись и воспроизведение сигналов.-2000.-№10.-С.5.

8.Уваров В.К. Разработка метода компандирования динамического диапазона звуковых сигналов без выделения огибающей. Деп.рук. № 163кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-13с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика.Запись и воспроизвед. сигналов.-2000.-№10.-С.4. Э.Уваров В.К. Моделирование экспериментов при компандировании частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №164кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-13с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов.-2000.-№ 10.-С.4.

-441 О.Уваров В.К. Разработка способов и устройств точных преобразований частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №165кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-9с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов.-2000.10.-С.4.

11.Уваров В.К. Практическая реализация точных сжимателей частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №166кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-22с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов. -2000. -№ 10. -С.4.

12.Уваров В.К. Практическая реализация точных экспандеров частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №167кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-13с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов. -2000. -№ 10. -С.4.

13.Уваров В.К. Результаты практических исследовании зависимостей величины спектральной плотности шумовых сигналов от величины коэффициента умножения мгновенной частоты сигналов без выделения их модулирующих функций. Деп.рук. №172кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-32с. Реферат: В сб."Кинофототехника. Научно-технические достижения." - М.: НИКФИ. - 2000. - Вып.2. - С.17.

14.Уваров В.К. Результаты практических исследований зависимостей изменений спектров суммы двух узкополосных сигналов в результате умножения их мгновенной частоты. Деп.рук. №173кт-ДОО, ОНТИ НИКФИ, 2000.-25с. Реферат: В сб. "Кинофототехника. Научно-технические достижения." - М.: НИКФИ. - 2000. - Вып.2. - С.17.

15.Уваров В.К.Результаты практических исследований зависимостей величины спектральной плотности узкополосных шумовых сигналов от величины коэффициента деления мгновенной частоты сигналов без выделения их модулирующих функций.Деп.рук.№174кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-40с. Реферат: В сб."Киыофототехника. Научно-технические достижения." - М.: НИКФИ. - 2000. - Вып.2. - С.17.

16.Уваров В.К.Результаты практических исследований зависимостей величины спектральной плотности широкополосных шумовых сигналов от величины коэффициента деления мгновенной частоты

сигналов без выделения их модулирующих функций. Деп.рук. №175кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-49с. Реферат: В сб."Кинофототехника. Научно-тех. достижения."- М.: НИКФИ. -2000. -Вып.2. -С.17.

17.Уваров В.К.Способ звукопередачи прецизионно частотно-экспандированных звуковых сигналов. Деп.рук.№176кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-21с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов. - 2001. - № 5. - С.5.

18.Уваров В.К.Формулировка задач и методики проведения будущих перспективных исследований с использованием прецизионных преобразователей модулирующих функций звуковых сигналов. Деп.рук.№177кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-24с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов.-2001. - № 5. - С.5.

19.Уваров В.К. Способ звукопередачи прецизионно частотно- и амплитудно-компрессированных звуковых сигналов. Деп.рук. №178кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-12с. Реферат: ВИНИТИ РЖ 24Б. Электроакустика. Запись и воспроизведение сигналов.-2001.-№5.-С.5.

20.Уваров В.К. О голосообразовании, формировании формант и взаимосвязи формант с модулирующими функциями. Деп.рук. №179кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000.-ЗЗс. Реферат: В сб."Кинофототехника. Научно-технические достижения.М.: НИКФИ. -2000. -Вып.2. -С.18.

21.Уваров В.К. Способ и устройство точного аналогового деления мгновенной частоты сигналов. Патент РФ № 2130651.-Б.И.,1999, №14.

22.Уваров В.К. Способ и устройство одновременного точного деления мгновенной частоты и точного возведения в степень огибающей звуковых сигналов. Патент РФ № 2152075. - Б.И., 2000, №18. '

23.Уваров В.К. Сжатие спектров звуковых сигналов при частотном компрессировании нелинейной обработкой их мгновенной частоты. Деп.рук. №82кт-Д86, ОНТИ НИКФИ, 1986.-28с. Реферат: Техника кино и телевидения, 1987, №2гС.61.

24.Уваров В.К., Плющев В.М., Карпов И.В. Способ записи-воспроизведения аналоговых сигналов на движущийся носитель и устройство для его осуществления. А.С.№ 1644212 (СССР), опубл.в Б.И., 1991, № 15.

25.Уваров В.К., Степанова Ю.Е. Разработка методики определения числовых характеристик качества фонации при спектральном анализе гласньтх.Деп.рук.№144кт-Д94, ОНТИ НИКФИ, 1994.-12с. Реферат: В сб."Кинофототехника. Научно-технические достижения."

- М.: НИКФИ. - 1994. - Вып.2. - С.15.

26.Уваров В.К. К вопросу о физиологических механизмах регулирования частоты колебаний голосовых связок при голосообразовании. Деи.рук.№ 143кт-Д94, ОНТИ НИКФИ, 1994.-16с. Реферат: В сб."Кинофототехника. Научно-технические достижения."

- М.: НИКФИ. - 1994. - Вып.2. - С. 15.

27.Уваров В.К., Степанова Ю.Е. Методика определения качества голоса детей путем спектрального анализа гласных//Раестройства речи. Клинические проявления и методы коррекции: Сб. науч. тр./ СПбНИИ забол. уха, горла, носа и речи/ Под ред. А.А.Ланцова и Ю.И.Кузьмина. - СПб., 1994. - С.115-119.

28.Уваров В.К.. О прецизионном делении-умножекии мгновенной частоты звуковых сигналов// Проблемы развития техники, технологии и экономики кино и телевидения: Сб. науч. тр./ СПб. гос.универ.кино и телевидения. - СПб.,2002. - Вып.14. - С.60-66.

29.Уваров В.К. О точном компандироваяии звуковых сигналов//Техника кино и телевидения. - 2003. - №4. - С.33-35.

Изд. лиц. ИД № 02558 от 18.08.2000 г. Подписано в печать 19.05.2003 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Уч.-изд. л- 2. Тираж 100 экз. Заказ У30 .

Редакционно-издательский отдел СПбГУКиТ. 192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

Подразделение оперативной полиграфии СПбГУКиТ. 192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

£ ooJ-Ц

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВОЗМОЖНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ И ОГИБАЮЩЕЙ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ БЕЗ НЕОБХОДИМОСТИ ВЫДЕЛЯТЬ ЭТИ МОДУЛИРУЮЩИЕ ФУНКЦИИ.

1.1. Понятия и определения.

1.2.Гипотезы и утверждения, доказывающие существование операторов преобразования сигналов, приводящих к делению-умножению их мгновенной частоты и логарифмической огибающей.

1.3.Проблема восстановления частотно-компрессированных сигналов. Теоремы об искажениях и о верности восстановления сжатых по частоте сигналов.

В истории развития представлений о структуре и свойствах звуковых сигналов и поэтому в истории развития технических средств передачи звуковых сигналов можно заметить неоднократные попытки уменьшить объем передаваемых сигналов (в двадцатом столетии примерно через каждые 10-20 лет [1-7] ). При этом главный интерес в этой проблеме почти всегда представляло сжатие частотного диапазона звуковых сигналов на передающей стороне канала и восстановление сигнала на приемной стороне без потерь или при разумных потерях качества сигнала. До настоящего времени эта задача оставалась нерешенной.

Современные устройства обработки звуковых сигналов, точнее большая их часть, создавались на базе спектральной теории. Сегодня приходится констатировать факт, что возможности спектральной теории сигналов как научной базы для построения электроакустической и звукотехнической аппаратуры практически исчерпаны или близки к этому.

В настоящее время научные исследования в области обработки звуковых сигналов ведутся в двух основных направлениях:

- представление и обработка сигналов в цифровой форме;

- поиск новых математических моделей сигналов и новых алгоритмов их обработки.

В рамках второго направления выполнена предлагаемая работа.

Исследования физических свойств звуковых сигналов и явлений, реализующихся в процессе их обработки, выполнены в работе с использованием сигналов в аналоговой форме потому, что, если бы даже неизвестные свойства звуковых сигналов были обнаружены с помощью средств цифровой или вычислительной техники, то проверка обнаруженных свойств проводилась бы с помощью физических экспериментов над сигналами в аналоговой форме.

-10® Компандирование частотного и динамического диапазона звуковых сигналов может с выгодой использоваться в любых каналах передачи. Разработка названных преобразований в этой работе выполнена для канала звукопередачи кинематографа. Сделано это потому, что качество звука кинофильмов не удовлетворяет современного зрителя, привыкшего к звукопередче высокой верности, из-за узкой полосы передаваемых частот, заметных нелинейных искажений и шумов аналоговой фотофонограммы. Об этом свидетельствуют результаты опросов зрителей, развитие электронного кино, разработка и внедрение аппаратуры цифровой звукозаписи пленочных фильмокопий [64-70].

Примечание. Ограничение передаваемой полосы частот каналом записи-воспроизведения аналоговых фотофонограмм, который представляет собой фильтр низких частот, приводит к подавлению части полезной информации. Наиболее низкочастотными звеньями канала являются зона записи и зона воспроизведения, имеющие определенную протяженность в направлении движения фонограммы. Ширина зоны записи и воспроизведения определяется качеством оптических О» элементов аппаратов записи и воспроизведения, а также рассеянием света в фотослое пленки. Поэтому она мало зависит от формата кинофильма и составляет в среднем около 15 мкм. Из-за конечной ширины зоны записи и воспроизведения частотная характеристика канала звукопередачи с фотофонограммой ограничена сверху частотой 8 кГц для формата 35 мм (скорость ленты 456 мм/с), частотой 5 кГц для формата 16 мм (скорость ленты 183 мм/с). Однако возможности фотографической звукозаписи редко реализуются на практике. Частотный диапазон усредненного [71,72] фотографического канала звукопередачи ограничен сверху частотой: 5-6 кГц - для 35-мм фильмокопий; 3-4 кГц - для 16-мм фильмокопий, на которых спад частотных характеристик составляет 3 дБ.

Одним из возможных путей решения проблемы повышения качества звука кинофильмов может служить компрессирование частотного и динамического диапазонов сигналов делением их мгновенной частоты и логарифмической огибающей при записи негативов фонограмм с восстановлением при воспроизведении.

Все известные попытки исследовать возможности обратимых преобразований мгновенной частоты оказались безуспешными. Усомниться в полученных различными исследователями результатах 0 позволяет то, что в их опытах часть звуков после выделения мгновенной частоты не восстанавливалась даже без каких-либо воздействий на мгновенную частоту. Есть основания считать, что главной причиной ошибок преобразования мгновенной частоты являлось то, что для обработки эту модулирующую функцию необходимо было выделять.

Последней известной попыткой преобразовывать модулирующие функции звуковых сигналов является разработка метода обработки известного под названием "Модуляционный анализ-синтез звуковых сигналов". Следует отметить, что этот метод, насколько нам известно, является единственным методом, в рамках которого получено теоретическое обоснование воможности сжатия объема звукового сигнала (причем двух его измерений: частотного и динамического диапазонов) с целью согласования объема сигнала и пропускной способности канала передачи [2], а также были предприняты практические шаги на пути решения этой задачи [3,4].

Модуляционный анализ-синтез опирается на известную из радиотехники теорию аналитического сигнала. Понятие о комплексном (аналитическом) сигнале введено в 1945 году Д.Габором [5]. Вещественной частью этого сигнала является исходный сигнал s(t), а мниА мая часть s(t) получалась из вещественной с помощью преобразования Гильберта. Аналитический сигнал z(t) записывают следующим образом: z(t)=s(t)+js(t)=S(t)expjcp(t) , где S(t) - огибающая, (p(t) - текущая фаза, (d(p/dt)=co(t) - мгновенная частота, а в совокупности их называют модулирующими функциями.

Мы принимаем также, как в [2], аксиому парности, согласно которой модулирующие функции однозначно определены лишь для пары сигналов.

Поддерживаем [2] в том, что среди линейных операторов, удобных для получения опорного сигнала по известному исходному сигналу s(t), ряд важных преимуществ имеет преобразование Гильберта, которому следует отдать предпочтение.

И последнее, в чем нужно подчеркнуть совпадение наших взглядов с [2] прежде, чем начнутся разногласия, это то, что смысловая сторона музыкальных и речевых сигналов (разборчивость и узнаваемость) передается главным образом их гильбертовой мгновенной частотой, а огибающая отвечает, в основном, лишь за динамический диапазон сигнала. Стоит добавить, что сказанное в последнем предложении совпадает с результатами других известных исследований, например [6], а кроме того, известны системы связи, предназначенные для передачи речи, в которых огибающая вообще устранялась, а передавался только косинус фазы - cos (p(t) [7], при этом указывалось, что разборчивость снижалась незначительно. Это позволяет сосредоточить внимание в первую очередь на преобразованиях мгновенной частоты. Решение указанной задачи для косинуса фазы позволит по аналогии решать эту задачу и для огибающей, конечно, если потребуется.

Теория модуляционного анализа-синтеза по сути своей направленности не отвечает на многие важные для нас вопросы.

Во-первых, никем не доказано, что для того, чтобы управлять свойствами сигналов, преобразуя модулирующие функции, обязательно необходимо выделять эти функции, обрабатывать их, а потом уже синтезировать по ним обработанный звуковой сигнал.

Во-вторых, никем не доказано, что принципиально возможно (или невозможно) осуществлять интересующие преобразования мгновенной частоты и огибающей без необходимости выделять эти модулирующие функции.

В третьих, остается открытым вопрос о результатах точного преобразования диапазона изменения мгновенной частоты природных звуковых сигналов.

К сожалению, при практической реализации идей модуляционного анализа-синтеза были обнаружены пороговые явления сходные с теми, которые наблюдаются при детектировании частотно-модулированных сигналов, созданных искусственно. Паузы заполнены шумом канала, но являются неотъемлемой частью звукового сигнала. При уравнивании огибающих сигнала и шума мгновенная частота теоретически может принимать бесконечно большие значения. При этом возникают неустранимые искажения сигналов.

Объект исследования: обработка звуковых сигналов.

Предмет исследования: теория и практика преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции.

Наибольший интерес, на наш взгляд, представляют преобразования мгновенной частоты звуковых сигналов. Поэтому этим преобразованиям мы будем уделять основное внимание. Однако оставить полностью без рассмотрения преобразования огибающей, на наш взгляд, было бы неправильно. Ведь если практически будут реализованы преобразования мгновенной частоты на базе новых представлений, то необходимо уметь выполнять преобразования огибающей на базе тех же представлений, а не других.

Предмет изучения в теории преобразований мгновенной частоты и огибающей составляет пара звуковых сигналов, один из которых -исходный, а второй (опорный) получают из исходного с помощью преобразования Гильберта.

Пару сигналов можно преобразовывать любыми практически реализуемыми способами с целью достижения требуемых преобразований мгновенной частоты и огибающей без необходимости выделять эти модулирующие функции.

Основная цель исследования - синтез новых методов и средств обработки звуковых сигналов, обеспечивающих получение недоступных ранее возможностей управления сигналами, на основе разработки и экспериментальной проверки теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции, анализ возможностей и практическое применение разработанных методов к управлению рабочими сигналами в канале звукопередачи и к исследованию свойств звуковых сигналов.

Поставленной цели соответствует следующий круг задач: -разработать математические основы теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции;

-разработать методы, способы и устройства преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции;

-экспериментально подтвердить достоверность разработок; -исследовать процессы преобразования модулирующих функций некоторых природных звуковых сигналов;

-обеспечить реализацию теоретических и практических результатов работы путем их внедрения в учебный процесс, методики проектирования аппаратуры, практику научных исследований.

Методологическую и теоретическую основы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области передачи и преобразования аналоговых сигналов.

Методы исследования. В исследовании применялись методы теоретического анализа (математического, логического, системного, моделирования, обобщения опыта); обсервационные (прямых, косвенных наблюдений); спектрального анализа (экспериментального и теоретического); измерений (электрических, артикуляционных); экспертных оценок.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. В первой главе вводятся гипотезы и тем определяется направле

-300-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Выдвинута и разработана теория преобразования мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции. Основные положения этой теории таковы:

-модулирующие функции могут быть однозначно преобразованы лишь для пары сигналов, один из которых исходный, а второй удобнее всего получать, преобразуя исходный сигнал по Гильберту;

-деление мгновенной частоты звуковых сигналов без изменения огибающей достигается вычитанием необходимой доли мгновенной частоты выходного сигнала из мгновенной частоты входного сигнала; при этом выходной сигнал полагается известным и используется для получения самого себя в кольце обратной связи;

-управление коэффициентом деления мгновенной частоты возможно на основе умножения в необходимое число раз мгновенных частот входного сигнала и сигнала в кольце обратной связи; коэффициент деления может принимать значения как произвольных целых чисел, так и их отношений (дробей);

-умножение мгновенной частоты звуковых сигналов возможно как на дробный коэффициент, на основе деления на дробь, так и на целый коэффициент обыкновенным сложением равных слагаемых;

-преобразование огибающей без изменений мгновенной частоты достигается на произвольном несущем колебании;

-одновременное деление в два раза и логарифмической огибающей, и мгновенной частоты звуковых сигналов достигается путем деления входного сигнала на преобразованный по Гильберту выходной сигнал, который полагается известным и используется для получения самого себя в кольце обратной связи;

-увеличение коэффициента деления возможно путем неоднократного последовательного применения метода до получения необходимого сжатия объема сигнала;

-восстановление звукового сигнала происходит в процессе применения операций одновременного удвоения каждого из сжатых измерений сигнала необходимое число раз.

2.Разработано математическое обоснование теории преобразования мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять эти модулирующие функции. В основу обоснования положены известные представления об аналитическом сигнале, теория функций комплексной переменной и элементы теории операторов.

Обнаружено явление возникновения искажений при восстановлении сигналов, передаваемых с деленной мгновенной частотой. Сформулирована проблема верного восстановления передаваемых сигналов. Возможность решения названной проблемы доказана в виде теоремы о верности восстановления сжатых по частоте сигналов с тремя следствиями, в которых сформулированы три решения названной проблемы. Два решения проблемы апробированы и внедрены в практику научных исследований.

3.Предложен метод и устройства компрессирования и экспандирования одновременно двух диапазонов звуковых сигналов и частотного, и динамического путем деления-умножения гильбертовой мгновенной частоты и возведения в соответствующую степень огибающей. На один способ и устройство для его реализации получен патент РФ.

4.Предложен метод деления-умножения гильбертовой мгновенной частоты звуковых сигналов на произвольный рациональный коэффициент без ее выделения и без преобразования огибающей. Разработан ряд способов и устройств для их реализации. На один способ и устройство для его реализации получен патент РФ.

5.Разработаны способы и устройства компрессирования и экспандирования динамического диапазона звуковых сигналов без необходимости выделять модулирующие функции и без преобразования мгновенной частоты.

6.Экспериментально доказаны возможности деления-умножения мгновенной частоты и логарифмической огибающей звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Созданы устройства безынерционных взаимообратных преобразований каждой из модулирующих функций. Результаты работы внедрены в учебный процесс, в практику научных исследований в Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения и используются в настоящее время для исследования свойств природных модуляций самих модулирующих функций. Возможность проведения таких исследований появилась впервые.

7.В результате экспериментальных и теоретических исследований установлена неизвестная ранее закономерность уменьшения девиации частоты природной частотной модуляции шумового сигнала при сложении его с синусоидальным сигналом, частота которого равна средней частоте полосы шума.

При положительных значениях уровня отношения сигнал/шум величина девиации частоты частотно-модулированной части названного суммарного сигнала связана с величиной отношения напряжений сигнал/шум обратно пропорциональной зависимостью. Закономерность получила название эффекта внешнего концентрирования частотно-модулированной части сигнала.

8.При исследовании деления мгновенной частоты сигналов была установлена неизвестная ранее закономерность, названная эффектом самоконцентрации частотно-модулированной части шумового сигнала. Эффект самоконцентрации реализуется при делении мгновенной частоты шумовых сигналов, о чем свидетельствуют три проявления:

1)коэффициент уменьшения девиации мгновенной частоты шумового сигнала (который равен коэффициенту уменьшения полосы частот спектра Купс) превышает коэффициент деления мгновенной частоты К, реализуемый аппаратурой;

2)увеличение уровня спектральной плотности на средней частоте спектра соответствует коэффициенту уменьшения девиации мгновенной частоты и полосы спектра Купс, то есть оно больше, чем следует ожидать в соответствии с коэффициентом деления мгновенной частоты, реализуемым аппаратурой;

3)величина спектральной плотности боковых составляющих спектра, обусловленных высокими частотами природной частотной модуляции, для которых индекс частотной модуляции ш«1, уменьшается значительнее, чем следует ожидать в соответствии с коэффициентом деления мгновенной частоты; наблюдается частотная зависимость этого проявления эффекта самоконцентрации.

В качестве количественной характеристики эффекта введен коэффициент самоконцентрации, который при делении мгновенной частоты шумового сигнала в два раза принимал значения в диапазоне от 1,26 до 2,0 в зависимости от ширины полосы частот сигнала. При этом коэффициент уменьшения полосы частот спектра Купс принимал значения от 2,52 до 4,0.

Реализация эффекта самоконцентрации объясняется увеличением уровня сигнала на средней частоте спектра вследствие деления мгновенной частоты и уменьшения девиации частоты.

Величина коэффициента самоконцентрации связана с тремя проявлениями эффекта самоконцентрации.

1).Коэффициент самоконцентрации К „ может быть определен через ск сокращение полосы частот спектра К ^Д^/Д^ = ККск . Откуда

К = К /К. ск упс'

2).Коэффициент самоконцентрации К может быть определен через ск увеличение уровня ДЕ^м спектральной плотности на средней частоте ДЫм =201гКск , откуда

N„/20)

Кск= 10

3).Боковые спектральные составляющие, для которых ш«1, уменьшаются примерно в Купс раз; их зависимость от величины модулирующей частоты природной частотной модуляции объясняется тем, что при делении мгновенной частоты энергия боковых составляющих перемещается в сторону средней частоты спектра. Поэтому появляется зависимость от качества выделения полосы частот сигнала, то есть от уровня составляющих вне рабочей полосы частот, сохранившихся после выделения из белого шума и формирования фильтром сигнала для проведения исследований.

Э.Установлено, что информация о формантах содержится в обеих модулирующих функциях. Измерены основные характеристики мгновенной частоты речевых сигналов. Разработана методика косвенных измерений отношения сигнал/шум звука голоса по его спектру, используемая для объективных измерений качества фонации. Разработки внедрены в практику научных исследований СПбНИИ по заболеваниям уха, горла, носа и речи.

10.Экспериментально установленные зависимости слоговой разборчивости от параметров нелинейного частотного компрессирования и полосы пропускания канала звукопередачи позволяют для каждого узкополосного канала определить оптимальные параметры нелинейного частотного компрессирования, при которых максимально повышается разборчивость речи. Поэтому при практическом использовании нелинейного частотного компрессирования можно воспроизводить частотно-компрессированные сигналы на существующем оборудовании без восстановления масштаба мгновенной частоты. Это позволяет рекомендовать нелинейное частотное компрессирование: 1) для практического использования при записи фотографических фонограмм 16-мм фильмокопий; 2) исследовать для применения в телефонии. Для этих каналов оптимальным является режим обработки с частотой порога компрессии равной верхней граничной частоте полосы пропускания каната и коэффициентом передачи частоты выше порога ОД.

Установлено, что при этом создается впечатление о передаче полосы частот шириной приблизительно 10 кГц, уменьшается влияние эксплуатационного разброса частотных характеристик оборудования на качество звучания сигналов.

11.Экспериментально подтверждены решения проблем линейного сжатия частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов для записи и субъективно верного восстановления сигналов для воспроизведения. Найденные решения могут быть рекомендованы для дальнейших практических исследований режимов линейного компандирования, обеспечивающих: 1) максимальное повышение качества звукопередачи при кинопоказе за счет расширения и частотного, и динамического диапазонов передаваемых сигналов; при компандировании уменьшаются уровни шумов и нелинейных искажений, вызванных заплыванием фонограмм; 2) максимальное уменьшение расхода носителя записи при создании магнитного оригинала фонограммы кинофильма за счет снижения его скорости; при компандировании расширяются частотный и динамический диапазоны передаваемых сигналов при уменьшении уровня нелинейных искажений.

Практическое использование линейных компандеров для аналоговых фотографических фонограмм кинофильмов расширит передаваемый частотный диапазон до 15-20 кГц, уменьшит уровень шума фонограммы до минус 60-70 дБ, уменьшит уровень продуктов нелинейных искажений, вызванных заплыванием фонограмм. Если использовать определения классов качества каналов звукового вещания [73], то канал звукопередачи 35-мм фильмокопии, который не удовлетворял по названным техническим показателям качества требованиям второго класса после внедрения компандеров будет удовлетворять требованиям высшего класса качества.

12. Таким образом, выполнено построение и экспериментальная проверка основных положений теории преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без необходимости выделять модулирующие функции. Теоретическая значимость исследований состоит в создании новых представлений о возможностях полезных преобразований мгновенной частоты и огибающей звуковых сигналов без их выделения. Обнаружено две неизвестные ранее закономерности. Открыт доступ к дальнейшему изучению свойств модулирующих функций. Практическая значимость теории преобразований модулирующих функций подтверждается ее конструктивной направленностью, созданием на ее основе новых методов, способов и приборов для обработки звуковых сигналов и исследований их свойств, позволяющих получить недоступные ранее возможности управления свойствами сигналов и имеющих важное значение для звукотехники.

1. Финк JI.M. Сигналы, помехи, ошибки.-М.: Связь, 1978. -272с.

2. Ишуткин Ю.М. Разработка теории модуляционного анализа-синтеза звуковых сигналов и ее практическое применение в техникезаписи звука кинофильмов: Автореф.дисдок.тех. наук. -М.:1. НИКФИ, 1985. 48с.

3. Уваров В.К. Сжатие частотного диапазона звуковых сигналов для улучшения качества звука при кинопоказе: Автореф.дис—канд.тех. наук.-JI.:ЛИКИ, 1985. 22с.

4. Плющев В.М. Разработка метода и устройств безынерционного преобразования динамического диапазона звуковых сигналов: Автореф.дис.канд.тех.наук.-JT.: ЛИКИ, 1985. 21с.

5. Gabor D.Theory of communication. J. Inst.Electr.Eng., 1945, Part III, v.93, №26, p.420-457.

6. Магсои P., Daguet J. New methods of Speech transmission. 3nd symposium in information theory, London, 1955.

7. Сапожков M.A. Речевой сигнал в кибернетике и связи. -М.: Связьиздат, 1963. 452с.

8. Ишуткин Ю.М. Модуляционный анализ-синтез звуковых сигналов. Депонированная моногр.№ 9кт Д82, ОНТИ НИКФИ, 1982. - 125с.

9. Уваров В.К. Компрессоры динамического диапазона,- СПб.: СПИКиТ, 1993. 31с.

10. Ю.Уваров В.К. Шумоподавители. СПб.: СПИКиТ, 1993. - 37с. 11.Уваров В.К. О возможности преобразования (умножения-деления) мгновенной частоты любого звукового сигнала без выделения этой модулирующей функции.Деп.рук.№152кт-Д99, ОНТИ НИКФИ,1999. - Юс.

11. Уваров В.К. О возможности компандирования динамического диапазона звуковых сигналов без выделения огибающей. Деп.рук.№153 кт -Д99, ОНТИ НИКФИ, 1999. 7с.

12. Уваров В.К. Некоторые теоретические предпосылки к достижению практических целей при модуляционных преобразованиях звуковых сигналов без применения модуляционного анализа-синтеза. Деп.рук. №161кт-Д99, ОНТИ НИКФИ, 1999. 19с.

13. Уваров В.К. Разработка метода компандирования частотного диапазона звуковых сигналов без выделения мгновенной частоты. Деп.рук. №162кт-Д99, ОНТИ НИКФИ, 1999. 16с.

14. Уваров В.К. Разработка метода компандирования динамического диапазона звуковых сигналов без выделения огибающей. Деп.рук. № 163кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 13с.

15. Уваров В.К. Моделирование экспериментов при компандировании частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №164кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 13с.

16. Уваров В.К. Разработка способов и устройств точных преобразований частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №165кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 9с.

17. Уваров В.К. Практическая реализация точных сжимателей частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций. Деп.рук. №166кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 22с.

18. Уваров В.К. Результаты практических исследований зависимостей изменений спектров суммы двух узкополосных сигналов в результате умножения их мгновенной частоты. Деп.рук. №173кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 25с.

19. Уваров В.К. Способ и устройство точного аналогового деления мгновенной частоты сигналов. Патент РФ № 2130651. Б.И., 1999, №14.

20. Уваров В.К. Способ и устройство одновременного точного деления мгновенной частоты и точного возведения в степень огибающей звуковых сигналов. Патент РФ № 2152075. Б.И., 2000, №18.

21. Ишуткин Ю.М. Многоступенный модуляционный анализ сигналов. В сб.:Исследование преобразований изображения и звука в сквозном кинематографическом процессе. - Л.: ЛИКИ, 1982. -С.141-152.

22. Финк JI.M. Соотношения между спектром и мгновенной частотой сигнала//Проблемы перед, информ.- 1966. Т.2. - Вып.4. - С.26-38.

23. Бунимович В.И. Флюктуационные процессы в радиоприемных устройствах. М.гСоветское радио, 1951. - 360с.

24. Харкевич A.A. Спектры и анализ. М.:Физматгиз, 1963. - 192с.

25. Уваров В.К. Сжатие спектров звуковых сигналов при частотном компрессировании нелинейной обработкой их мгновенной частоты. Деп.рук. №82кт-Д86, ОНТИ НИКФИ, 1986. 28с.

26. Уваров В.К., Плющев В.М., Карпов И.В. Способ записи-воспроизведения аналоговых сигналов на движущийся носитель и устройство для его осуществления. А.С.№ 1644212 (СССР), опубл.в Б.И. 1991, № 15.

27. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости речи. -М.: Связь, 1962. 392с.

28. Михайлов В.Г., Златоустова JI.B. Имерение параметров речи. -М.: Радио и связь, 1987. 168с.

29. Морозов В.П. Биофизические основы вокальной речи. JI.: Наука, 1977. - 232с.

30. Уваров В.К. Формулировка задач и методики проведения будущих перспективных исследований с использованием прецизионных преобразователей модулирующих функций звуковых сигналов. Деп.рук. №177кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 24с.

31. Уваров В.К. Измерение основных характеристик мгновенной частоты сигналов. Деп.рук.№119кт-Д88, ОНТИ НИКФИ, 1988. -15с.

32. ГОСТ 16600-72. Передача речи по трактам радиотелефонной связи. Требования к разборчивости речи и методы артикуляционных измерений.

33. Уваров В.К. О голосообразовании, формировании формант и взаимосвязи формант с модулирующими функциями. Деп.рук. №179кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 33с.

34. Уваров В.К. Сигналы, искажения и помехи в канале передачи как предмет измерений. СПб.: СПИКиТ, 1994. - 97с.

35. Корсунский С.Г. Влияние спектра воспринимаемого звука на его высоту//Пробл.физиол.акуст. 1950.Т.2. С.161-165.

36. Гиппернрейтер Ю.Б. Восприятие высоты звука: Автореф. дис.канд.психол.наук.М.,1960. 22с.

37. Цвикер Э., Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации: Пер.с нем. М.: Связь, 1971. - 255с.

38. Слуховая система/Ред.Я.А.Альтман. JL: Наука, 1990. - 620с. 46.3индер JI.P. Общая фонетика. - Л.,1960. - 336с.

39. Артемов В.А. Метод структурно-функционального изучения речевой интонации. М., 1974. - 160с.

40. Бондарко Л.В. и др. О фонетических коррелятах различной степени выразительности и эмоциональности речи // В кн.: Речь и эмоции. Матер.симпозиума. Л., 1975. - С.84-90.

41. Манеров В.Х. Исследование речевого сигнала для определения эмоционального состояния человека: Автореф.дис. . канд. психол. наук. Л., 1975. - 22с.

42. Мартынов B.C. Статистические параметры основного тона речи: Автореф.дис. .канд.технич.наук. Л.:ЛЭИС, 1965. - 22с.

43. Михеев Ю.В. Статистический закон распределения периодов основного тона голоса русской речи//Акустический журнал. 1970. - Т.16, №4. - С.558-562.

44. Юссон Р. Певческий голос. М.: Мир, 1974. - 264с.

45. Уваров В.К. К вопросу о физиологических механизмах регулирования частоты колебаний голосовых связок при голосообразовании. Деп.рук.№143кт-Д94, ОНТИ НИКФИ, 1994.-16с.

46. Уваров В.К., Степанова Ю.Е. Методика определения качества голоса детей путем спектрального анализа гласных. В сб.:Расстройства речи. Клинические проявления и методы коррекции/Сб.науч.трудов СПбНИИ забол.уха, горла, носа и речи, 1994. - С.115-119.

47. Бардин К.В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы. М.: Наука, 1976. - 396с.

48. Уваров В.К. Основы физиологии восприятия и психофизические измерения. СПб.: СПИКиТ, 1996. - 92с.

49. Агеев Д.В. Активная полоса частотного спектра функции времени //Труды ГПИ. 1955. - Т.Н. - №1.

50. Орлов Ю.М. Динамический фильтр-шумоподавитель//ТКиТ. -1974. №10. - С.13-15.

51. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер.с нем. М.: Мир, 1991. - 446с.

52. Flanagan J.L., Bogner R.E. Frequency Multiplikacion of Speech Signals//IEEE Transactions on Audio and Elektroacoustics, v.AU-17, №3, September 1969, p.202-209.

53. Рытов С.M. Модулированные колебания и волны // Труды ФИАН. 1940. - Т.Н. - Вып.1. - С.41-133.

54. Уваров В.К. Способ звукопередачи прецизионно частотно- и амплитудно-компрессированных звуковых сигналов. Деп.рук. №178кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 12с.

55. Уваров В.К. Способ звукопередачи прецизионно частотно-экспандированных звуковых сигналов. Деп.рук. № 176кт-Д00, ОНТИ НИКФИ, 2000. 21с.

56. Болотников И.М., Черкасов Ю.П. Пути улучшения воспроизведения звука в кинотеатрах//ТКиТ. 1978. - №8. - С.50-53.

57. Гребенников О.Ф. Кинематограф высокого качества//ТКиТ.1989. №4. - С.3-4.

58. Зеленина JI.И.Электронное кино технические и экономические аспекты//ТКиТ. - 2000. - №4. - С.23-26.

59. Алексеев И.А., Преображенский И.А. Сертификация и кинопоказ//ТКиТ. 2001. - №7. - С.41-43.

60. Белоусов A.A., Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Перспективы дальнейшего развития техники театрального кинематографа// ТКиТ. 2001. - №1. - С.10-14.

61. Комар В.Г. Сравнителная оценка традиционных кинопленочных и электронных систем кинематографа//ТКиТ.- 2001. №1. - С.14-18.

62. Белоусов A.A., Гребенников О.Ф. и др. Принципы функционирования новой кинематографической системы КВК-М// ТКиТ. 2000. - №7. - С.34-37.

63. Дворко Н.И.Исследование влияния кинематографического канала звукопередачи на разборчивость речи и разработка путей ее улучшения в кинотеатрах: Дис—канд.тех.наук.-Л.:ЛИКИ, 1983. -192с.

64. Носкова Т.Н. Исследование влияния фотоэлектрической системы звуковоспроизведения на качество передачи сигнала фотографической фонограммы переменной ширины: Дис—канд. тех.наук.-Л.:ЛИКИ, 1981. -176с.

65. ГОСТ 11515-97. Каналы и тракты звукового вещания. Основные параметры качества. Методы измерений.