При доработке схемы внимание в первую очередь было уделено ограничению полосы обрабатываемого сигнала. Как уже упоминалось основные форманты определяющие разборчивость речи лежат в полосе частот 0,3-3,4 кГц. Форманты не входящие в эту полосу являются избыточными и могут быть без ущерба отфильтрованы. Однако именно благодаря им мы способны легко отличить по голосу людей, тембр голоса которых близок, но для скремблера это не является существенным.


Учитывая, что процесс скремблирования является нелинейным, в спектре обрабатываемого сигнала появляются высшие гармоники и комбинационные частоты, кроме того фронты импульсов и сопровождающие их выбросы являются источниками близких к шумовым, равномерных спектров.

Приняв во внимание сложность спектральных исследований было принято решение произвести спектральное моделирование на ПК. В качестве речевого сигнала с некоторыми допущениями использовался равномерный линейчатый спектр в диапазоне частот 20 Гц -12 кГц. Несмотря на загрубляющие и искажающие результат допущения, моделирование дало вполне приемлемый для практики результат.

Кроме появления в выходном сигнале высших гармоник и комбинационных частот возник широкополосный шум. Ограничение полосы преобразуемых частот позволило уменьшить уровень шума и довести отношение сигнал / шум с 6 до 12-15 дб. Наиболее негативное влияние на разборчивость речи оказывают продукты преобразования низших частот. Нетрудно заметить, что высшие гармоники этих составляющих приходятся в большинстве на полосу частот 0,2-1 кГц.

Вторым недостатком скремблера является наличие в восстановленном сигнале фона с частотой кодирования. Несмотря на то, что тщательное налаживание схемы позволяет добиться практически полной маскировки фона полезным сигналом, данный вариант нельзя признать оптимальным.

Анализ психофизических особенностей человеческого слуха показывает, что наличие фона, в отличие от широкополосных шумов, особенно на средних частотах притупляет чувствительность уха, что так же не улучшает разборчивость.

С учетом вышеизложенного автор доработал скремблер, сохранив при этом все достоинства оригинала. Применение современной элементной базы позволило провести существенное улучшение схемы без её усложнения. Кодер и декодер по прежнему содержат по одной микросхеме, количество навесных элементов так же сведено к минимуму.

Принципиальная схема кодера показана на рисунке 1. Входной сигнал проходит через ФВЧ второго порядка на ОУ А 1.1. Частота среза определяется номиналами R1, R2 и С1, С2 и выбрана около 3 кГц. На ОУ А1.2 собран ФНЧ второго порядка с частотой среза 300 Гц (определяется номиналами С3, С4 и R3, R6). В этом же каскаде происходит ввод постоянной составляющей.

Она подается с делителя R4, R5 через резистор R7 на неинвертирующий вход ОУ А1.2. Если позволяют комплектующие, сопротивления резисторов R4 и R5 желательно увеличить раз в 10 чтобы уменьшить влияние делителя на частоту среза. На ОУ А1.3 собран генератор прямоугольных импульсов, частота генерации около 700 Гц, при помощи транзистора VT1 генератор управляет знаком коэффициента усиления ОУ А1.4. Диод VD1 защищает переход база-эмиттер VT1 от обратного напряжения. С выхода ОУ А1.4 снимается скремблированный сигнал.

Рис.2
Декодер (рисунок 2) представляет собой усилитель абсолютного значения сигнала. Каскад на ОУ А1.1 и диодах VD1 и VD2 осуществляет инверсию и разделение полуволн сигнала. ОУ А1.2 положительные полуволны пропускает без смены знака, а отрицательные инвертирует. В итоге получается однополярный сигнал.

Учитывая разность коэффициентов усиления ОУ для инвертирующей и неинвертирующей схем включения, в схему введен подстроечный резистор R2, который позволяет добиться симметрии полуволн. На ОУ А1.3 и А1.4 собран режекторный фильтр, настроенный на частоту кодирования кодера. Подавление фона с частотой скремблирования осуществляется на 20 дБ, резистор R9 позволяет в некоторых пределах изменить частоту режекции.

Налаживание необходимо производить в следующей последовательности. Вход кодера заземляют, а выход подключают ко входу декодера. Осциллограф или контрольный УНЧ подключают к выходу ОУ А1.2 декодера, т.е. до режекторного фильтра. Резистор R5 кодера выводят в верхнее, по схеме, положение. Резистором R2 декодера добиваются минимального уровня фона на выходе ОУ А1.2.

Затем, подав на вход кодера речевой сигнал, амплитудой 150-300 мВ, резистором R5 устанавливают минимальный уровень постоянной составляющей, при котором еще возможно разборчивое декодирование. Снимают звуковой сигнал и еще раз проводят подстройку R2 декодера по минимальному уровню фона. Затем переносят щуп осциллографа (вход контрольного УЗЧ) на выход режекторного фильтра и резистором R9 добиваются наибольшего подавления фона.

Уровень подавления фона в режекторном фильтре можно несколько изменить подобрав емкость С4 в пределах ± 0,5-1 мкФ. Таким образом глубину режекции можно увеличить до 25-30 дБ.

На этом налаживание устройства можно считать законченным. Установить уровень сигнала на выходе кодера можно при помощи резистора R15.

В скремблере можно использовать любые современные ОУ типа К1401УД2, К1401УД4, LM324. Можно применить по два сдвоенных ОУ или по четыре одинарных, здесь подойдут К140УД20, К574УД2, К157УД2 и К140УД708, К544УД1, К544УД2 и т.п., естественно с соответствующими цепями коррекции.

Резисторы R5 кодера и R2, R9 декодера многооборотные подстроенные резисторы СП5-2 или СП3-39. Диоды VD1 и VD2 декодера должны быть обязательно германиевыми — Д18, Д20, Д9, ГД507 и т.п. К остальным деталям особых требований не предъявляется.