СТЕРЕОСИСТЕМА Российский патент 1997 года по МПК H04R5/00 

Изобретение касается акустики, а именно стереооборудования, и может быть использовано для обеспечения реальности пространственного звуковоспроизведения с помощью наушников головного телефона и реализации специальных звуковых эффектов.

Известны стереосистемы аналогичного назначения, содержащие наушники головного телефона, блок формирования стереоэффекта в наушниках, автономный маркер направления поворота головы слушателя и цепь обратной связи, соединяющую выход маркера направления с управляющим входом блока формирования стереоэффекта [1,2]
Недостатком известных устройств является зависимость реальности (и/или неадекватность психологического восприятия параметров воспроизводимого акустического пространства) от изменения положения головы и движений слушателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой относится стереосистема [3] принятая за прототип.

Прототип содержит наушники головного телефона и подключенный к ним выходом блок формирования стереоэффекта, управляемый вход которого соединен с выходом автономного маркера направления.

В известной стереосистеме на левый и правый аудиовходы сигналы подаются через линии задержки на сумматоры. Это имитирует увеличение стереобазы и расширяет субъективное акустическое пространство. При этом степень задержки сигнала в каждой линии задержки управляется сигналом от автономного маркера направления (азимута) головы слушателя. В качестве маркера направления головы в прототипе используется компас с электрическим выходом.

Недостатком прототипа является противоречие, возникающее при воспроизведении с помощью головных телефонов параметров акустического пространства, координаты которого заявитель связывает исключительно с географическим азимутом, при локализации акустических систем на голове слушателя. То есть при любом изменении положения туловища необходима предустановка (коррекция) "О" маркера направления относительно передне-прямого положения туловища и головы слушателя.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение реальности воспроизводимого акустического пространства за счет согласования начала координат воспроизводимого акустического пространства и внутренней (психической) модели этого пространства с уровнем отсчета, в которой является "схема тела", и адекватное соотнесение информации о пространственных характеристиках звуковых сигналов с изменением положения элементной этой "схема тела". [4]
Данный технический результат достигается за счет того, что в известной стереосистеме, содержащей наушники головного телефона и подключенный к ним выходом блок формирования стереоэффекта, управляемый вход которого соединен с выходом автономного маркера направления, автономный маркер направления выполнен в виде угломерного радионавигационного устройства, источник излучения которого закреплен на блоке формирования стереоэффекта, расположенном на туловище слушателя, а идентичные приемные антенные вибраторы по одному на каждом из наушников головного телефона, при этом диаграммы направленности антенных вибраторов образуют между собой прямой угол.

Кроме того, стереосистема дополнительно содержит расположенный на наушниках или голове двухкоординатный датчик углового положения наушников (головы) в вертикальной плоскости, выполненный в виде инерционной массы, закрепленный в вертикальной плоскости, и двух дифференциальных преобразователей ее пространственного положения, выходы которых подключены к управляемому входу блока формирования стереоэффекта.

В частном случае инерционная масса выполнена в виде оптически прозрачного матированного шара, закрепленного на гибком вертикальном световоде, а два дифференциальных преобразователя выполнены в виде двух пар фотоприемников, установленных в горизонтальной плоскости по ортогональным координатам, и источника света, оптически согласованного через гибкий световод и матированный шар с двумя парами фотоприемников.

Кроме того, стереосистема дополнительно содержит многовходовый АЦП и микропроцессор, а управляемый вход стационарного блока формирования стереоэффекта соединен с выходами автономного маркера направления и двух дифференциальных преобразователей пространственного положения инерционной массы через последовательно соединенные многовходовый АЦП и микропроцессор.

В частном случае стереосистема может содержать дополнительно ЦАП, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход с модулирующим входом источника света двухкоординатного датчика углового положения наушников.

На фиг.1-3 представлены примеры выполнения автономного маркера направления при различных положениях головы слушателя; на фиг.4 пример выполнения датчика углового положения наушников в вертикальной плоскости; на фиг.5 блок-схема стереосистемы.

Стереосистема содержит головной телефон 1 и автономный маркер направления, выполненный в виде угломерного радионавигационного устройства, источник излучения 2 которого закреплен на блоке формирования стереоэффекта 3, а идентичные антенные вибраторы 4, 5 по одному на каждом из наушников 6, 7 головного телефона 1 (фиг.1-3).

Имеется также двухкоординатный датчик 8 углового положения наушников 6, 7 в вертикальной плоскости, расположенный на наушниках или голове и выполненный в виде инерционной массы (например, в виде оптически прозрачного матированного шара 9 (фиг.4), закрепленного на гибком световоде 10), укрепленной в вертикальной плоскости и двух дифференциальных преобразователей ее пространственного положения (например, в виде двух пар фотоприемников 11, 12 и 13, 14, устанавливаемых в горизонтальной плоскости по ортогональным координатам X и Y и источника света 15, оптически согласованного через гибкий световод 10 и матированный шар 9 с фотоприемниками 11.14), выходы которых подключены к управляемому входу блока формирования стереоэффекта.

Диаграммы направленности антенных вибраторов 4,5 образуют между собой прямой гол, как это условно показано на фиг.1,2 (позицией 16 обозначена голова слушателя). Это позволяет однозначно определять положение головы (телефонов) относительно источника излучения, закрепленного на туловище, в горизонтальной плоскости.

Устройство блока формирования стереоэффекта 3 совпадает с прототипом или эту функцию выполняет процессор. В данном случае блок 3 включает в себя две линии задержки 17, 18, два сумматора 19, 20, линии задержки 21, 22, два аттенюатора 23, 24 и два сумматора 27, 28. Схема электрических соединений представлена в прототипе и на фиг.5.

Стереосистема может также дополнительно содержать многовходовый АЦП 29, микропроцессор 30 и ЦАП 31, функциональная схема соединения которых приведена на фиг.5.

Согласно пп. 1,2 и 3 формулы изобретения управляемый вход 32 блока формирования стереоэффекта 3 соединен непосредственно с выходами (2,4,5) автономного маркера направления и двумя дифференциальными преобразователями пространственного положения инерционной массы 9 (фотодиодами 11 -14).

Согласно п. 4 формулы изобретения данные связи осуществляются через последовательно соединенные многовходовый АЦП 29 и микропроцессор 30, т.е, по мнению заявителя, п.4 не нарушает единства изобретения, поскольку предыдущие связи по пп.1-3 по существу остались в устройстве.

Стереосистема работает следующим образом.

При определении управления параметрами линий задержки в наушниках 6, 7 появляется стереоэффект, эквивалентный тому, который бы мог испытывать слушатель, если бы использовал стационарную стереосистему, расположенную фронтально с определенной стереобазой. При этом аттенюаторы 23, 24 должны создавать ослабление сигналов, а фильтры 25, 26 должны имитировать различие в спектре, воспринимаемое слуховой системой в зависимости от расстояния до источника звука и передаточной функции головы. Поворот головы слушателя 16 направо или налево, вниз или вверх относительно туловища не искажает реальности восприятия воспроизводимого акустического пространства, а адекватно модулирует зависимые переменные, так как на управляемый вход 32 блока формирования стереоэффекта 3 подаются соответствующие управляющие сигналы от маркера направления (2,4, 5) и датчика углового положения 8 наушников 6,7. Эти управляющие сигналы таким образом изменяют параметры элементов 21 26 блока 3, что сохраняется реальность восприятия звука, распределенного в трехмерном воспроизводимом пространстве.

При наличии в составе стереосистемы многовходового ЦАП 29 и микропроцессора 30 существенно облегчается управление весовыми коэффициентами зависимых переменных блока формирования стереоэффекта 3 по входу 32. Добавление в состав стереосистемы ЦАПа 31 и модуляция источника света 15 датчика углового положения 2 позволяет расширить возможности звуковоспроизведения и использования стереосистемы в компьютерных играх и для реализации специальных музыкальных эффектов, чем достигается поставленный в заявке технический результат.

Источники информации, принятые во внимание при составлении материалов заявки
1. Патент ФРГ N 2608908, кл. H 04 R 5/00, 1977.

2. Патент ФРГ N 2604384, кл. H 04 R 5/00, 1977.

3. Патент Великобритании N 2220818, кл. H 04 R 5/00, 1990, прототип.

4. Альтман Я. А. Вайтулевич С.Ф. Повреждение структур головного мозга человека и локализация источника звука //Сенсор. системы, 1993, т.7, N3, с. 18-31.

Использование: стереосистема для обеспечения реальности пространственного звуковоспроизведения с помощью наушников головного телефона и реализации специальных звуковых эффектов. Сущность изобретения: в стереосистеме автономный маркер направления поворота головы слушателя выполнен в виде угломерного радионавигационного устройства. Источник излучения этого устройства закреплен неподвижно на туловище слушателя, а идентичные приемные антенные вибраторы - по одному на каждом из наушников головного телефона. Стереосистема снабжена двухкоординатным датчиком углового положения наушников в вертикальной плоскости в виде матированного оптически прозрачного шара. Шар закреплен на световоде и снабжен источником света и двумя парами фотоприемников. При любом повороте головы слушателя изменяются параметры блока формирования стереоэффекта для сохранения реальности воспроизводимого акустического пространства. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Стереосистема, содержащая наушники головного телефона и подключенный к ним выходом блок формирования стереоэффекта, управляемый вход которого соединен с выходом автономного маркера направления, отличающаяся тем, что автономный маркер направления выполнен в виде угломерного радионавигационного устройства, источник излучения которого закреплен на блоке формирования стереоэффекта, а идентичные приемные антенные вибраторы по одному на каждом из наушников головного телефона, при этом диаграммы направленности антенных вибраторов образуют между собой прямой угол. 2. Стереосистема по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит двухкоординатный датчик углового положения наушников в вертикальной плоскости, выполненный в виде инерционной массы, закрепленной на наушниках в вертикальной плоскости, и двух дифференциальных преобразователей ее пространственного положения, выходы которых подключены к управляющему входу блока формирования стереоэффекта. 3. Стереосистема по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что инерционная масса выполнена в виде оптически прозрачного матированного шара, закрепленного на гибком вертикальном световоде, два дифференциальных преобразователя выполнены в виде двух пар фотоприемников, установленных в горизонтальной плоскости по ортогональным координатам, и источника света, оптически согласованного через гибкий световод и матированный шар с двумя парами фотоприемников. 4. Стереосистема по пп. 1 3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит многовходовый АЦП и микропроцессор, а управляемый вход блока формирования стереоэффекта соединен с выходами автономного маркера направления и двух дифференциальных преобразователей пространственного положения инерционной массы через последовательно соединенные многовходовый АЦП и микропроцессор. 5. Стереосистема по пп. 1 4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ЦАП, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход с модулирующим входом источника света.