СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ИСКАЖЕНИЙ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК H04R9/00 G10K11/00 

Изобретение относится к радиотехникe и может найти применение при улучшении характеристик акустических звуковоспроизводящих агрегатов как серийного, так и индивидуального изготовления.

Диффузоры громкоговорителей при воспроизведении поступившего сигнала, колеблясь, изгибаются весьма причудливым образом под воздействием большого числа паразитных резонансных частот диффузора подвижной системы громкоговорителя в целом. После прохождения импульсного сигнала свободные колебания на каждой из резонансных частот затухают не сразу, порождая призвуки, окрашивая звучание и скрадывая ясность и детальность звука. На воспроизводящие акустические устройства также воздействует целый ряд других факторов, вызывающих искажения подаваемого на них усиленного звукового сигнала. Виды искажений, создаваемые акустическими звуковоспроизводящими устройствами:
- искажения амплитудно-частотных характеристик,
- искажения фазочастотных характеристик,
- переходные искажения (реакция громкоговорителя на скачки входного сигнала),
- нелинейные искажения,
- интермодуляционные искажения.

Для снижения отрицательных воздействий этих и других факторов применяются различные приемы.

Известен электродинамический преобразователь, содержащий два ряда плоских постоянных магнитов с чередующейся полярностью, между которыми расположена эластичная диэлектрическая мембрана с плоской звуковой катушкой. Мембрана выполнена из электретной пленки. На поверхности магнитов, обращенных к мембране, также нанесены электретные пленки, поверхность которых со стороны мембраны имеют заряд одного знака с противолежащей поверхностью мембраны. Эта конструкция преобразователя позволяет улучшить механику движения мембраны (a.c. СССР 1522429 от 1989 г., МКИ H 04 R 9/00).

Известен также громкоговоритель, содержащий частично заполненный звукопоглощающим материалом закрытый объем, внутри которого расположены звукоизолирующие панели с установленными на них акустическими головками. Такой громкоговоритель позволяет поглощать значительную часть высокочастотных и нелинейных искажений (патент Франции 2148708 от 1974 г., МКИ G 01 R 11/00).

Еще одна известная головка громкоговорителя содержит диффузор, укрепленный на диффузородержателе и жестко соединенный со звуковой катушкой, размещенной с возможностью осевых колебаний в кольцевом зазоре магнита. Кроме того, головка содержит формирователь сигнала обратной отрицательной связи, выполненный в виде источника и приемника оптического излучения, размещенных с противоположной стороны диффузора. Формирователь сигнала отрицательной обратной связи снабжен модулирующей маской и микрообъективом, а источник и приемник оптических излучений размещен во внутренней полости магнита, при этом модулирующая маска, жестко связанная с звуковой катушкой, расположена между микрообъективом и приемником оптического излучения, а микрообъектив расположен между источником оптического излучения и моделирующей маской. Такое исполнение позволяет повысить качество воспроизведения звука путем уменьшения частотных и нелинейных искажений (a.c. СССР 674250 от 1979 г., МКИ H 04 R 9/00).

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип предлагаемому изобретению, является способ преобразования поступающего широкополосного электрического сигнала в акустический, заключающийся в разделении широкополосного электрического сигнала на несколько сигналов по разным частотным поддиапазонам, раздельном усилении по мощности каждого из этих сигналов и его преобразовании в акустический сигнал, причем усиление по мощности осуществляют усилителями разной мощности. Описанный способ позволяет повысить качество преобразований за счет уменьшения уровня нелинейных искажений (патент CCCP 1811646 от 1993 г., МКИ H 04 R 9/00).

Все описанные выше аналоги, включая прототип, решают задачу сокращения искажений звуковоспроизводящих устройств лишь от какого-то одного или нескольких факторов, вызывающих появление искажений.

Задача предлагаемого изобретения заключается в уменьшении искажений, возникающих в громкоговорителе при его работе.

Поставленная задача решается за счет того, что способ уменьшения искажений звукового сигнала громкоговорителя заключается в подаче поступающего электрического сигнала на вход громкоговорителя и его преобразования в акустический сигнал. При этом громкоговоритель эксплуатируют в режиме наладки и в рабочем режиме. В режиме наладки громкоговоритель тестируют на ограниченное количество искажений путем преобразования искажений звукового сигнала на выходе громкоговорителя в электрический сигнал и записывают результаты тестирований. В рабочем режиме к громкоговорителю подключают компьютер, в который предварительно вводят записанные результаты тестирований, изменяя эти результаты на противоположные, и суммируют их с поступающим электрическим сигналом, преобразуя в корректирующий сигнал, а затем подают полученный в зависимости от параметров поступающего электрического сигнала корректирующий сигнал на громкоговоритель. Искажения звукового сигнала преобразуют на выходе серийного громкоговорителя или на выходе индивидуального громкоговорителя. Результаты тестирований изменяют на противоположные в процессе тестирования громкоговорителя или в процессе поступления электрического сигнала на вход громкоговорителя.

Сопоставительный анализ заявленного способа с прототипом показывает, что он отличается тем, что громкоговоритель эксплуатируют в режиме наладки и в рабочем режиме. В режиме наладки громкоговоритель тестируют на ограниченное количество искажений путем преобразования искажений звукового сигнала на выходе громкоговорителя в электрический сигнал и записывают результаты тестирований. В рабочем режиме к громкоговорителю подключают компьютер, в который предварительно вводят записанные результаты тестирований, изменяя эти результаты на противоположные, и суммируют их с поступающим электрическим сигналом, преобразуя в корректирующий сигнал, а затем подают полученный в зависимости от параметров поступающего электрического сигнала корректирующий сигнал на громкоговоритель. Искажения звукового сигнала преобразуют на выходе серийного громкоговорителя или на выходе индивидуального громкоговорителя. Кроме того, результаты тестирований изменяют на противоположные в процессе тестирования громкоговорителя или в процессе поступления электрического сигнала на вход громкоговорителя.

Проведенный анализ указывает на наличие новизны в заявленном способе.

Сравнение предлагаемого способа снижения помех воспроизводящего акустического устройства с другими известными техническими решениями аналогичной задачи показывает, что суммирование поступающего электрического сигнала с предварительно записанными и измененными на противоположные результатами тестирований искажений звукового сигнала на выходе громкоговорителя и подача полученных таким образом в зависимости от параметров поступающего электрического сигнала корректирующих сигналов позволяет исключить при воспроизведении звука весь комплекс искажений, возникающих в воспроизводящем акустическом устройстве. В зависимости от условий записи искажений характеристик звукового давления способ может применяться как для серийно изготавливаемых громкоговорителей, так и особо чувствительной аппаратуры студийных звуковоспроизводящих устройств.

Таким образом, достигается поставленная перед изобретением задача и получается новый технический эффект, превышающий известный технический уровень.

Изобретение поясняется примером его выполнения. На чертеже изображен пример устранения нелинейных искажений громкоговорителя. В основу способа положен принцип линеаризации характеристик громкоговорителя посредством корректирующего электрического сигнала, подаваемого на громкоговоритель. Этот корректирующий электрический сигнал представляет собой суммированный поступающий электрический сигнал и "противоискажающий" сигнал компьютера. "Проивоискажающий" сигнал получают при тестировании громкоговорителя в режиме его наладки. Откорректированный электрический сигнал повторно искажается, а по существу исправляется на выходе из громкоговорителя при преобразовании электрического сигнала в звуковой. Этот корректирующий сигнал выдается в зависимости от параметров (формы, амплитуды, частоты и пр.) основного сигнала.

В режиме тестирования звуковой сигнал на выходе из громкоговорителя преобразуется известными устройствами в электрический сигнал. Выявленные таким образом отличия выходного электрического сигнала от входного (искажения громкоговорителя) вводятся в память компьютера, при этом этот сигнал изменяется на противоположный. Таким образом получается "противоискаженный" сигнал, хранящийся в памяти компьютера. В рабочем режиме на вход громкоговорителя подают "противоискажающий" сигнал из память компьютера, суммированный с поступающим электрическим сигналом, получая таким образом откорректированный сигнал. Этот корректирующий суммированный сигнал при его преобразовании в звуковой сигнал повторно искажается громкоговорителем, воспроизводящим таким образом звуковой сигнал без искажений.

На чертеже представлены графические пояснения процесса устранения нелинейных искажений громкоговорителя при воспроизведении звукового сигнала. Эти искажения обозначены зоной "а". В компьютере эта зона искажений представлена как зона "б", которая и является "противоискажающим" сигналом. В рабочем режиме громкоговорителя поступающий сигнал изображен на графике 1, электрический сигнал на выходе громкоговорителя, преобразованный из неоттестированного звукового сигнала, изображен на графике 2, корректирующий сигнал, полученный путем сложения "противоискажающего" сигнала компьютера и поступающего сигнала, изображен на графике 3, электрический сигнал громкоговорителя, преображенный из оттестированного звукового сигнала, изображен на графике 4. Как видно из графиков, применение корректирующего сигнала, полученного по предложенному способу, позволяет получить на выходе громкоговорителя сигнал, тождественный поступающему сигналу.

Аналогично устраняются искажения амплитудно-частотных и прочих характеристик громкоговорителя.

В зависимости от того, какое качество звучания требуется получить, т.е. насколько нужно уменьшить искажения акустического сигнала, способ может иметь различную степень сложности. В простейшем виде, когда требуется снизить уровень искажений в серийно выпускаемых громкоговорителях, предварительно записывают искажения характеристик звукового давления одного или нескольких громкоговорителей из конкретной серии, усредняют их, преобразуют в электрические сигналы и вводят эти усредненные сигналы в память компьютера. В процессе работы громкоговорителя поступающий на его усилитель основной сигнал суммируют с записанными в памяти сигналами искажений, меняя перед или в процессе суммирования у электрического сигнала искажений знак на противоположный, а на громкоговоритель подают корректирующий электрический сигнал. В этом случае производят запись искажений характеристик звукового давления, общих для всей серии громкоговорителей. Естественно, что осуществленный таким образом способ не учитывает неизбежного в пределах серии выпущенных громкоговорителей разброса искажения характеристик звукового давления, и, следовательно, качественные показатели от применения предложенного способа будут относительно невысокими.

Более высоких показателей качества воспроизведения звукового сигнала можно добиться при записи искажений звукового давления конкретного индивидуального громкоговорителя. В этом случае в память компьютера закладываются именно его сигналы искажения звукового давления. Такой высококачественный громкоговоритель в процессе его эксплуатации может подвергаться многократному тестированию сигналов искажения звукового давления, т.к. за время эксплуатации громкоговорителя меняются как параметры его звуковоспроизводящей способности, так и физико-механические характеристики материалов, из которых он изготовлен.

При осуществлении способа компьютеру могут быть дополнительно присвоены функции усилителя громкоговорителя.

На практике невозможно записать все возникающие на громкоговорителе искажения, поэтому громкоговорители могут тестироваться на ограниченное количество характерных искажений, оказывающих наибольшее влияние на качество воспроизводимого звука. Очевидно, что чем больше введено в память компьютера результатов тестов, записанных в виде электрических сигналов, тем будет выше качество звучания громкоговорителя.

Предложенный способ позволяет получить высокие характеристики звучания не только у высококлассных, но и у серийно выпускаемых громкоговорителей.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к способам уменьшения искажения звукового сигнала громкоговорителя. Сущность способа заключается в следующем: поступающий электрический сигнал на входе громкоговорителя преобразуют в акустический сигнал, при этом громкоговоритель эксплуатируют в режиме наладки и в рабочем режиме. Громкоговоритель в режиме наладки тестируют на ограниченное количество искажений путем преобразования искажений звукового сигнала на выходе громкоговорителя в электрический сигнал и записывают результаты тестирований. В рабочем режиме к громкоговорителю подключают компьютер, в который предварительно вводят записанные результаты тестирований, изменяя эти результаты на противоположные, и суммируют их с поступающим электрическим сигналом, преобразуя в корректирующий сигнал. Затем подают полученный, в зависимости от параметров поступающего электрического сигнала, корректирующий сигнал на громкоговоритель. В результате выполнения данного способа возможно получение высоких характеристик звучания не только у высококласных, но и у серийно выпускаемых громкоговорителей. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ уменьшения искажений звукового сигнала громкоговорителя, заключающийся в подаче поступающего электрического сигнала на вход громкоговорителя и его преобразовании в акустический сигнал, отличающийся тем, что громкоговоритель эксплуатируют в режиме наладки и в рабочем режиме, причем громкоговоритель в режиме наладки тестируют на ограниченное количество искажений путем преобразования искажений звукового сигнала на выходе громкоговорителя в электрический сигнал и записывают результаты тестирований, причем в рабочем режиме к громкоговорителю подключают компьютер, в который предварительно вводят записанные результаты тестирований, изменяя эти результаты на противоположные, и суммируют их с поступающим электрическим сигналом, преобразуя в корректирующий сигнал, а затем подают полученный, в зависимости от параметров поступающего электрического сигнала, корректирующий сигнал на громкоговоритель. 2. Способ уменьшения искажений звукового сигнала по п.1, отличающийся тем, что искажения звукового сигнала преобразуют на выходе серийного громкоговорителя. 3. Способ уменьшения искажений звукового сигнала по п.1, отличающийся тем, что искажения звукового сигнала преобразуют на выходе индивидуального громкоговорителя. 4. Способ уменьшения искажений звукового сигнала по п.1, отличающийся тем, что результаты тестирований изменяют на противоположные в процессе тестирования громкоговорителя. 5. Способ уменьшения искажений звукового сигнала по п.1, отличающийся тем, что результаты тестирований изменяют на противоположные в процессе поступления электрического сигнала на вход громкоговорителя.