11.10. Искажения, вносимые автоматическими регуляторами уровня

Действию АРУ присущи специфические явления, ухудшающие ка­чество звучания, они проявляются в виде частотных и нелинейных ис­кажений и помех. Сжатие D сигналов, являющееся задачей сжимателей, а иногда и ограничителей максимальных уровней, приводит к сближе­нию уровней спектральных составляющих сигнала на средних и крае­вых частотах, т.е. к частотным искажениям. Это явление усиливается свойством нашего слуха – повышением чувствительности на нижних и верхних частотах при увеличении уровня звукового давления. Чтобы со­хранить неискаженным энергетический спектр сигнала, в управляющее звено включают корректирующие элементы.

Нелинейные искажения вызываются несколькими причинами:

а) нелинейностью вольтамперных характеристик элементов РЗ;

б) наложением пульсаций управляющего напряжения двойной ча­стоты сигнала на регулируемый сигнал;

в) переходными процессами, вызванными изменениями управляю­щего напряжения из-за нестационарного режима действия АРУ.

Влияние первой причины сводят к приемлемому минимуму, умень­шая напряжение на входе РЗ и применяя двухтактную схему. Труд­нее устранить влияние второй причины. Вещательные устройства, в том числе и АРУ, являются широкополосными. Отношение крайних частот их полосы пропускания достигает трех порядков (20000/20 = 1000; 15000/40 = 375). Условия, оптимальные для сглаживания пуль­саций управляющего напряжения на верхних частотах, совершенно не­удовлетворительны для сглаживания пульсаций нижних частот и на­оборот. При рекомендованном времени восстановления низкочастотные пульсации оказываются значительными. Для их уменьшения приходит­ся усложнять схему АРУ – вводить два УЗ с различными динамиче­скими параметрами.

Длительность искажений, вызванных нестационарным режимом ра­боты АРУ в большинстве случаев не превосходит временного адаптаци­онного порога восприятия слухом нелинейных искажений (примерно 10 мс), поэтому практически ими можно пренебречь.

При анализе действия АРУ необходимо рассмотреть три вида по­мех: помехи предшествующей АРУ части звукового тракта; пики сра­батывания ("щелчки"): помеха, возникающая в результате модуляции помех тракта полезным сигналом.

По принципу действия сжимателя (или ограничителя максималь­ных уровней) коэффициент передачи в паузе сигнала максимален. В результате уровень помехи, поступившей на вход этих АРУ, будет уве­личен. Чтобы исключить этот неприятный эффект, перед сжимателем иногда включают ограничитель минимальных уровней (пороговый шумоподавитель).

Пики срабатывания – специфический вид аддитивной помехи, воз­никающий при быстром нарастании сигнала на входе ограничителя мак­симальных уровней. Быстрое изменение Еу вызывает расширение его спектра. Возникающий переходный процесс в фильтрах источника пи­тания воспринимается слушателем как щелчок или "стук". Это явление устраняется двухтактным построением регулируемого звена АРУ и его симметрированием подбором нелинейных элементов с совпадающими вольтамперными характеристиками. Но эта операция не всегда выпол­няется. Уровень помех срабатывания не должен превышать –25 дБ по отношению к номинальному уровню сигнала.

В процессе регулирования возникает эффект модуляции помехи по­лезным сигналом. Суть его сводится к тому, что при изменении уровня сигнала одновременно изменяется и уровень помехи, поступающей на вход АРУ. Если спектры сигнала и помехи занимают примерно одинако­вую область частот, то эта паразитная модуляция обычно не замечается слушателем. Если спектры сигнала и помехи не совпадают, то помеха не маскируется сигналом и эффект изменения уровня помехи в соответ­ствии с изменениями сигнала становится заметным. Например, удар в тарелки, создающий всплеск уровня в области верхних частот, не замас­кирует фона низкой частоты (100 Гц), а звук большого барабана или низкочастотной трубы духового органа не скроет помехи в области верх­них частот в виде шипения. Но удар в тарелки вызовет слышимую мо­дуляцию низкочастотной помехи, а звуки барабана или духового органа – колебания уровня громкости высокочастотного шипения. Бороться с такого рода явлениями в широкополосных АРУ невозможно.

Особые искажения возникают при совместном действии сжимателя и расширителя в системах шумоподавлений МКЗВ или трактов записи-воспроизведения звука из-за наличия амплитудно- и фазочастотных ис­кажений в этих трактах, а также из-за различия динамических пара­метров сжимателя и расширителя и нарушения условия сж расш = 1. Расхождение динамических параметров искажает фронты и спады сиг­нала, что изменяет тембр.

Сжатие динамического диапазона изменяет законы распределения мгновенных значений выходного сигнала по отношению к входному. Это приводит к увеличению средней мощности сигнала. Оно в принципе полезно, так как при этом увеличивается средний коэффициент моду­ляции радиовещательных передатчиков, увеличивается эффективность действия оконечных усилителей проводного вещания. Однако при этом увеличивается загрузка МКЗВ. что приводит к увеличению помех на другие каналы междугородной связи.