11.9. Комбинированные и адаптивные автоматические регуляторы уровня

Рассмотренные ранее АРУ выполняют, как правило, одну опера­цию. Ограничитель поддерживает постоянным выходной уровень при превышении номинального входного, сжиматель монотонно уменьша­ет коэффициент передачи по мере увеличения входного уровня, а рас­ширитель монотонно увеличивает коэффициент передачи по мере уве­личения входного уровня, тем самым изменяют выходной D сигналов по сравнению со входным.

Комбинированные АРУ выполняют несколько операций регулиро­вания. Их главное назначение – освободить звукорежиссера от выпол­нения чисто технических операций: поддержания постоянства квазипи­ковых или средних уровней, выравнивание уровней громкости речи и музыки и т.д. Тем самым внимание звукорежиссера в большей мере обращается на решение художественных задач.

К комбинированным АРУ относятся зарубежные аппараты компэкс (компрессор-экспандер), вокалстрессор (буквально – подчеркиватель, выделитель певческого голоса ), отечественные аппараты, например АРИС, многочисленное семейство устройств "Норма".

Рассмотрим в качестве примера структуру и принципы действия комбинированного АРУ " Норма" (рис. 11.27). Он представляет собой со­четание автоматического стабилизатора среднего уровня АСТ, расшири­теля Расш., ограничителя максимальных уровней Огр., шумоподавителя-ограничителя минимальных уровней ШП и безынерционного пикосрезателя ПС.

Одной из задач АРУ "Норма" является защита последующих зве­ньев канала 3В от уровней, превышающих номинальное значение. Эта задача решается ограничителем максимальных уровней.

Кратковременные пики уровня, которые могут возникать при срабатывании ограни­чителя, устраняются безынерционным ПС. Обеспечить чисто "стороже­вой" режим действия ограничителя трудно из-за погрешностей в регу­лировании уровней, допускаемых звукорежиссером (звукооператором). Для поддержания номинального уровня перед ограничителем включен АСТ. Принцип действия АСТ и ограничителя одинаков. Отличие со­стоит лишь в том, что номинальный выходной уровень АСТ устана­вливают примерно на 5 дБ ниже номинального уровня ограничителя (рис. 11.28). Действие АСТ приводит к выравниванию громкостей от­дельных частей программы.

В состав АРУ "Норма" входит еще одно звено, условно названное расширителем. Оно увеличивает уровни слабых сигналов (область аb на рис. 11.28). Вид амплитудной характеристики на этом участке характе­рен именно для расширителя. Однако в отсутствии сигнала могут стать заметными помехи, возникающие в той части тракта, которая предше­ствует входу АРУ "Норма". Для их ослабления в структуру АРУ введен ШП. Место его включения необычно – на выходе АРУ. Такое включе­ние обеспечивает стабильность его порога срабатывания.

В зависимости от назначения и области применения динамические параметры АРУ "Норма", а также пороги срабатывания его звеньев из­меняются в широких пределах (табл. 11.2).

Автостабилизатор уровня имеет два диапазона регулирования вре­мени установления и времени восстановления: первый – для речевых, второй – для музыкальных сигналов.

Таблица 11.2

Звено	t y,с	t в, с	Порог срабатывания, дБ
Автостабилизатор уровня: речь музыка Расширитель Ограничитель Шумоподавитель	0,25–0,5 0,5–1,0 1–3 0,001 2	7,5–15 15–30 2–5 0,5–2 0,002	-5–-20 -33–-38 0 -42–-44

Пороги срабатывания указаны относительно номинального уровня 0 дБ. Порог выключения расшири­теля, как видно из рис. 11.28, обычно устанавливают на уровне –18 дБ от номинального, а значение подъема уровней расширителем регули­руется в пределах О– 12 дБ. Может показаться, что на участке пре­кращения действия расширителя cd, происходит резкий спад выходно­го уровня при незначительном возрастании входного. На самом деле этот спад благодаря большому tв происходит медленно за 6–7 с и потому незаметен на слух.

Введению в действие такого сложного устройства, каким является АРУ " Норма" , должен предшествовать тщательный подбор его дина­мических параметров и порогов срабатывания. Их значения зависят от области применения АРУ и характера звучания – запись, вещание, му­зыка, художественное чтение, дикторская речь, воспроизведение старых фонограмм, отличающихся повышенным уровнем помех.

Семейство АРУ "Норма" содержит несколько модификаций: "Нор­ма ВМ" (вещательная моно), " Норма-стерео", "Норма ВТ" (вещатель­ная и телевизионная), "Норма Р" (речевая), "Норма СМ" (стерео для местных радиодомов). "Норма Ц" (цифровая), отличающихся струк­турой и параметрами.

Из зарубежных комбинированных АРУ заслуживает упоминания ап­парат " Компэкс-2" фирмы "Аудиодизайн" (Великобритания), содержа­щий сжиматель, расширитель и ограничитель. При малых входных уров­нях в нем как шумоподавитель действует расширитель (у расширителя в паузах коэффициент передачи минимален), при средних –сжиматель, а при уровнях, превышающих номинальный, – ограничитель максималь­ных уровней. На участке ограничения выходной уровень увеличивается не более чем на 1 дБ по сравнению с номинальным при возрастании входного уровня на 20 дБ. Время установления сжимателя изменяет­ся ступенями от 0,25 до 25 мс, т.е. в 100 раз. Время восстановления автоматически изменяется в пределах 0,25.. .3,2 с в зависимости от ди­намического диапазона и скорости изменения уровня входного сигна­ла. Время установления расширителя имеет три номинала: 0,02, 2 и 40 мс, время восстановления расширителя и ограничителя изменяется в тех же пределах, что и у сжимателя.

Более совершенными, но и более сложными являются адаптивные АРУ. Они, как и комбинированные, решают несколько задач, причем действие тех или иных звеньев и динамические параметры регуляторов устанавливаются автоматически в зависимости от определяемых свойств сигналов 3В. Образно говоря, адаптивные АРУ являются "мыслящими автоматами", анализирующими параметры сигналов 3В в пределах ло­гической программы, заложенной в АРУ человеком. Адаптивные АРУ на основе действия анализаторов различных свойств сигналов как бы приспосабливаются к тому, чтобы наилучшим образом действовать при изменении интенсивностных, спектральных и временных свойств сигна­ла, разумеется в пределах уже понятных и известных нам закономерно­стей. Известны адаптивные АРУ, действие которых меняется при смене речи музыкой, изменении спектра, среднего уровня, соотношения ме­жду средним и квазипиковыми уровнями.

От адаптивных отличают оптимальные АРУ, в которых регулиро­вание осуществляется согласно принятому критерию качества. Однако понятие оптимальности несколько размыто, поскольку до сих пор не уда­ется дать строгого математического описания критерия оптимальности.