Область техники
Изобретение относится к авиационной технике - бортовым и наземным эргономическим системам, предназначенным для понижения уровня шума моторных летательных аппаратов, преимущественно самолетов и вертолетов.
Предшествующий уровень техники
Общеизвестны способы понижения уровня шума внутри авиационной техники с использованием звукопоглащающих конструкций, демпфирующих материалов, обивки и т.д. Указанные способы позволяют снижать уровень шума внутри авиамоторного средства примерно до 60-90 дБ. Этот способ приводит к существенному увеличению массы и пажароопасности летательных аппаратов, что снижает безопасность полетов и их экономичность. Способ резко повышает уровень негативных последствий при террористических акциях на авиатранспорте. Достаточно высокий остаточный уровень шумов приводит к утомляемости пассажиров, летчиков, стюардесс.
Внешний уровень шумов авиамоторных средств практически не поддается снижению и определяется конструкцией, мощностью, количеством, местом расположения двигателей и конструкцией летательного аппарата. На сегодня единственно радикальным способом снижения уровня шума самолетов является замена двигателей на менее шумные. Этот способ требует значительных конструктивных доработок. Выигрыш в уровне шума составляет порядка 5-15 дБ.
Известен способ подавления шума самолета JP, А, 52-13721. Способ заключается в приеме и преобразовании шумовых сигналов в электрический сигнал для активного шумопонижения, усилении этого сигнала, преобразовании усиленного сигнала в звуковой сигнал и его излучении до области пространства понижения шума на земле. За счет экспериментального подбора фазы, коэффициента усиления, места расположения микрофона вблизи источника шума и выбора места расположения и ориентации излучателя (громкоговорителя) удается понижать общую энергию шумового сигнала. Способ является узкополосным и позволяет снижать энергию лишь в некоторой части спектра шумового спектра, например в области частот, где энергия шумовых компонентов была наибольшей. На других частотах, как выше, так и ниже этой частоты возможен даже рост уровня шумовых компонентов. Способ можно применять только в стационарных системах, когда точка шумопонижения, источник шума, приемный микрофон и излучатель не изменяют своего месторасположения. Способ не допускает появления объектов, способных переотражать или экранировать звуковые сигналы.
Известен способ оптимального, пространственного, активного понижения уровня сигналов любой физической природы (RU, A, 2145446). Способ заключается в приеме и преобразовании сигналов любой физической природы в электрический сигнал, передаче принятого электрического сигнала к месту его обработки, обработке электрического сигнала и формировании дополнительного электрического сигнала для активного понижения уровня сигнала, его усилении, преобразовании в сигнал той же физической природы и излучении до точки пространства приема сигналов.
В этом способе точка шумопонижения и точка приема шумовых сигналов расположены в непосредственной близости. Источник шума и точка шумопонижения могут изменять свои пространственные координаты. Спектр шума также может меняться.
Способ позволяет в автоматическом режиме анализировать текущие спектры источника шумов и автоматически формировать сигналы для активного шумопонижения, которые соответственно изменяются по мере изменения спектров шумов в точке шумопонижения. Способ является широкополосным и позволяет эффективно понижать различные шумовые компоненты.
Недостатки:
1) существенным ограничением применения способа является время задержки звукового сигнала от громкоговорителя до точки шумопонижения. Задержка определяет, в основном, инерционность всей системы шумопонижения,
2) способ применим в системах с медленно меняющимися параметрами, например в системах с медленным перемещением источника шума или точки шумопонижения. В системах, где имеет место эффект Доплера, приводящий к преобразованию спектра шума в смещенный по частоте спектр, эффективность шумопонижающего эффекта резко падает. Возникают биения компонентов шумовых сигналов, нарушающие нормальную работу системы шумопонижения.
Вышеописанный способ шумопонижения эквивалентен частному случаю более общей задачи - задачи оптимальной передачи сообщений любой физической природы (RU, А, 2145446), когда в качестве полезного (информационного) сигнала сообщения в точку приема сообщения все время передают один и тот же вид сообщения с нулевой энергией ("тишину"). Вышеописанный способ шумопонижения является, таким образом, частью способа передачи сообщений - его составной частью для реализации функции по автоматическому понижению уровня шумовых компонентов сигнала в точке приема сообщения. Этот способ применим к сообщениям любой физической природы (например, звуковым сообщениям), любой формы, естественно с учетом специальных ограничений на время задержки сигналов и быстродействие блока обработки, в котором реализованы различные функции по обработке сигналов.
Недостатки способа оптимальной передачи сообщений те же, что и у способа оптимального, пространственного, активного понижения уровня сигналов любой физической природы (способа шумопонижения).
Известны способы шумопонижения и передачи сообщений любой физической природы, а также системы для их реализации, которые позволяют подавлять шумы и передавать сообщения по схеме с обратной связью в режиме многополосного излучения сигналов из различных точек к точке приема сообщения (RU, 2000113896, РСТ/RU 01/00214).
Отличие этого способа в числе излучателей, которое соответствует числу полос. За счет приближения хотя бы одного излучателя к точке приема сообщения и соответствующей оптимизации алгоритма обработки сигналов удается повысить быстродействие самоадаптации системы и точность передачи сообщении (повышается эффективность шумопонижения).
Способ имеет вышеуказанные недостатки.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создать такие способы и системы для их осуществления, которые позволят понизить уровень шумов авиационных моторных средств внутри или снаружи этих средств в местах наиболее вероятного нахождения людей и, таким образом, понизить уровень потока плотности энергии шумового сигнала, например, в кабине пилота, пассажирском салоне, в здании аэропорта, помещении диспетчеров или в жилых помещениях. Понижение шумов возможно во время стоянки, взлета, полета и посадки авиамоторного средства.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе понижения уровня шума авиамоторного средства, заключающемся в приеме и преобразовании шумовых сигналов в электрический сигнал, передаче принятых сигналов к месту их обработки, обработке этих сигналов посредством блока обработки, на первый вход которого подают эти сигналы и выполненного с возможностью осуществления энергетических и временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании его выходных электрических сигналов, предназначенных для активного понижения шума, усилении этих сигналов, их преобразовании в звуковые сигналы и излучении в область пространства понижения шума авиамоторного средства, при этом энергетические и временные предыскажения принятых сигналов находят экспериментально и фиксируют их, согласно изобретению, область пространства понижения шума авиамоторного средства находится в местах наиболее вероятного нахождения людей в виде многоместно-локализованных областей пространства, а электрические сигналы для активного понижения шума формируют в ограниченной полосе частот низкочастотной части шумового спектра для согласования спектра сигналов для активного понижения уровня шума с размерами области пространства шумопонижения.
Возможны варианты реализации способа такие, что:
блок обработки выполнен с возможностью формирования фиксированных частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании его выходных электрических сигналов;
в области пространства понижения шума осуществляют дополнительный прием шумовых сигналов авиамоторного средства, преобразование дополнительно принятых шумовых сигналов в электрические сигналы обратной связи, их передачу к месту обработки, их обработку посредством блока обработки, снабженного дополнительным входом, на который подают эти сигналы, и выполненного с возможностью автоматического формирования частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых шумовых сигналов;
точка приема шумовых сигналов расположена вне авиамоторного средства;
излучение сигналов для активного понижения шума осуществляют с авиамоторного средства;
излучение сигналов для активного понижения шума осуществляют извне авиамоторного средства;
точка приема шумовых сигналов расположена снаружи здания или помещения;
точка приема шумовых сигналов расположена внутри здания или помещения;
точка приема шумовых сигналов расположена вблизи автострады, над которой пролетают авиамоторные средства;
место обработки и блок обработки находятся на авиамоторном средстве;
место обработки и блок обработки находятся вне авиамоторного средства;
излучение сигналов для активного понижения шума осуществляют вблизи точки приема шумовых сигналов;
точка приема шумовых сигналов расположена на авиамоторном средстве;
точка приема шумовых сигналов расположена вблизи двигателя;
точка приема шумовых сигналов и область понижения уровня шума находятся вблизи друг от друга и расположены в кабине пилотов или салоне авиамоторного средства;
излучатель или излучатели расположены с возможностью излучения звуковых сигналов в наружное от авиамоторного средства пространство;
излучатель или излучатели расположены с возможностью излучения звуковых сигналов во внутреннее пространство авиамоторного средства.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для осуществления способа понижения уровня шума авиамоторного средства, содержащем корпус, выполненный в виде кресла или кровати, блок обработки сигналов, микрофоны, подключенные ко входам блока обработки, усилители, подключенные к выходам блока обработки, излучатели, связанные с усилителями и расположенные в корпусе вблизи слуховых органов человека, сидящего или лежащего на корпусе, при этом блок обработки выполнен с возможностью осуществления энергетических и временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании его выходных сигналов, предназначенных для активного понижения шума, энергетические и временные предыскажения принятых сигналов находят экспериментально и фиксируют их, согласно изобретению, область пространства понижения шума находится в районе расположения головы человека, сидящего на кресле или лежащего на кровати - в области возможных пространственных смещений его головы, при этом электрические сигналы для активного понижения шума формируют в ограниченной полосе частот низкочастотной части шумового спектра для согласования спектра сигналов для активного понижения шума с размерами области пространства шумопонижения.
Возможны варианты такие, что:
кресло или кровать установлены внутри авиамоторного средства, а прием шумовых сигналов авиамоторного средства осуществляют вблизи двигателя авиамоторного средства посредством микрофона, установленного, например, внутри или снаружи двигателя, крыла, фюзеляжа;
кресло или кровать установлены внутри здания, например аэропорта;
блок обработки выполнен с возможностью формирования фиксированных частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых электрических сигналов при формировании сигналов для активного понижения шума;
микрофоны зондирующих устройств расположены ближе к органам слуха, чем излучатели, а блок обработки сигналов выполнен с возможностью автоматического формирования частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании сигналов для активного понижения шума.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятны во время рассмотрения приведенных ниже возможных вариантов осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1, 2, 3, 4 изображают обобщенные структурные схемы вариантов выполнения систем передачи сообщений, построенных по схеме с обратной связью и специальной обработкой сигналов.
Фиг. 5 изображает структурную схему блока обработки сигналов для систем передачи сообщений, построенных по схемам, показанным на Фиг. 1, 3, 4.
Фиг. 6 изображает структурную схему блока обработки сигналов для варианта выполнения системы передачи сообщений, показанной на фиг. 2.
Фиг. 7 поясняет принцип активного шумопонижения.
Фиг. 8 поясняет конструкцию шумопонижающего кресла.
Фиг. 9 поясняет конструкцию шумопонижающей кровати.
Фиг. 10 поясняет понижение шумов в аэропорту.
Фиг. 11 поясняет шумопонижение с авиамоторных средств.
Фиг. 12 - пример возможного варианта выполнения блока обработки сигналов согласно изобретению.
Лучший вариант осуществления изобретения
Одной из актуальных проблем современной авиации является высокий уровень шума, который создают моторные авиационные средства.
Уровень шума зависит от ряда факторов: конструкции, числа двигателей, места их крепления, формы летательного аппарата и составляет порядка 100-140 дБ. Соответственно поток энергии составляет порядка 10-2-102 Вт/м2.
Результирующий шумовой спектр авиамоторного средства может иметь составляющие практически во всей полосе звуковых частот от 20 до 20000 Гц, но большая часть энергии шумовых компонентов находится в области низких частот примерно от 20 до 300 Гц. Этим частотам соответствуют звуковые волны от 15 до 1 м.
Спектр шума также зависит от числа оборотов двигателя, а также от скорости движения авиамоторного средства по отношению к точке наблюдения на земле.
При дозвуковых скоростях пролета над точкой наблюдения изменение спектральных составляющих шумового спектра происходит в соответствии с эффектом Доплера. Каждая компонента шумового спектра изменяется в соответствии с формулой (I):
где u - скорость движения авиамоторного средства по отношению к точке наблюдения (на земле);
ω - скорость звука в воздухе (340 м/сек);
ν - слышимая частота шумовой компоненты;
ν0 - частота компоненты шума на авиамоторном средстве. Знак "минус" в знаменателе относится к приближающемуся авиамоторному средству, знак "плюс" - к удаляющемуся.
Скорость, с которой над наблюдателем пролетает авиамоторное средство, в общем случае не постоянна, и поэтому изменение спектра носит сложный, непредсказуемый характер. Для лайнеров, идущих на посадку со скоростью порядка 60-100 м/сек, преобразование спектральных составляющих может достигать примерно полутора крат. Характеристики этой своеобразной частотной модуляции шума зависят от траектории и высоты пролета над наблюдателем. Поэтому спектр шума в точке наблюдения, находящейся на земле, можно смоделировать как нестационарный, неэргодичеcкий многомерный (для нескольких двигателей или источников шумов) случайный процесс. Это связано с тем, что для наблюдателя, находящегося на земле, случайную природу имеет момент времени пролета над ним того или иного авиамоторного средства по также заранее неизвестной и изменяющейся траектории. Параметры шумового канала, по которому распространяется звуковой шум, также могут изменяться. Шум может достигать органов слуха человека напрямую - по открытому пространству или через препятствия, определенным образом ослабляясь и переотражаясь.
Для подавляющего большинства типичных ситуаций имеет место своеобразная низкочастотная фильтрация спектра шума в так называемом информационном канале - в канале распространения шумовых сигналов. Этот эффект связан с тем, что по-разному в воздухе и других более плотных материалах и конструкциях поглащаются звуковые волны различной частоты. Сильнее - звуки высокие, меньше - низкие. Именно поэтому на земле или в помещении звук от высоколетящего самолета воспринимается в виде низкочастотного гула на частотах примерно 20-50 Гц. Этот эффект резко усиливается в ненастную погоду. В условиях тумана, дождя или снегопада высокочастотные компоненты при распространении быстрей теряют свою энергию в каплях воды или снежинках снега за счет более короткой длины волны. Этот эффект имеет место также для пассажиров и летчиков, находящихся внутри авиамоторного средства или в здании аэропорта, жилого помещения и т.д.
Учитывая изложенное выше, задачу понижения уровня шума от авиамоторных средств можно сформулировать как комплексное решение ряда частных задач по понижению уровня шумов для людей, которые могут находиться внутри или снаружи авиамоторных средств во время взлета, посадки и стоянки этих средств с включенными двигателями.
Понятно, что тривиальные способы решения задачи изобретения, например, в виде выключения двигателей - источников шума или удаление аэропортов на значительное расстояние от городов не подходят для решения задачи изобретения и приводят к дополнительным транспортным издержкам и потере времени для пассажиров. Для решения задачи изобретения также не подходит прямое использование общеизвестных способов понижения шумов, основанных на принципе активного шумопонижения с излучением звуковых шумопонижающих сигналов. Например, способ понижения уровня шума авиамоторного средства, описанный в заявке автора Хориды Акиры (JP, А, 52-13721), не годится для решения ряда частных задач, поскольку применим для стационарных или квазистационарных систем с неизменными характеристиками и параметрами шумового канала и точек излучения и понижения шумов.
Для решения задачи изобретения также не вполне подходят известные из уровня техники способы понижения шумов и передачи сообщений, построенные по схемам с обратной связью и специальной обработкой сигналов.
Сразу следует особо подчеркнуть, что вышеуказанный способ шумопонижения по отношению к соответствующему способу передачи сообщений является его частью и, например, в виде соответствующей программы (или аппаратного узла) позволяет реализовать функцию шумопонижения, которая реализуется в блоке обработка сигналов (в ЭВМ).
Вышеуказанные способы шумопонижения и передачи сообщений предполагают определенный комплект узлов, которыми должен быть снабжен человек в соотвествии со структурной схемой (одно- или многоканальная, широкополосная или многополосная система и т.д.). Например, на голове у слушателя должны быть расположены зондирующие устройства (микрофоны), связанные посредством линий связи с блоком обработки (ЭВМ). К выходу блока обработки должны быть подключены усилители и громкоговорители, источник питания и т.д. Понятно, что снабдить подобной системой каждого пассажира и заставить его носить с собой подобное устройство не реально. Кроме того, применение индивидуальной системы шумопонижения не позволит пассажиру слышать полезную звуковую информацию, например, при общении с другими людьми или слышать объявления в здании аэропорта.
Вместе с тем, как показал анализ, идея использования систем шумопонижения с обратной связью при соответствующей адаптации к задаче изобретения может быть использована в качестве базовой методологии. Однако идеология применения принципа работы систем с обратной связью должна существенно отличаться от общеизвестных подходов при синтезе систем связи или передачи сообщений.
Во-первых, технические системы, обеспечивающие понижение шумов, не должны быть привязаны к конкретному пользователю и ограничивать его возможность свободного перемещения в пространстве. Эти системы должны быть постоянно установлены в местах наиболее вероятного места нахождения людей и подавлять уровень шума с учетом, например, возможных изменений его спектра в некоторой области пространства вне зависимости от места положения и ориентации головы человека в этой области пространства. Пользователь не должен предпринимать каких-либо действий по настройке системы шумопонижения и прикладывать усилия для ее включения и получения эффекта шумопонижения. Эта система должна быть все время включена, находиться в режиме ожидания. Понятно, что число мест наиболее вероятного нахождения людей представляет собой конечное множество. Нет необходимости заниматься повсеместным шумопонижением, например, в верхнем полупространстве над самолетом или в багажном отделении самолета. Наиболее вероятными местами нахождения людей, которым может мешать шум авиамоторных средств, можно считать: кресла в салоне, кабине летательного аппарата, здании аэропорта, лестницу самолетного трапа, экскалатора, остановки автобусов, такси, отрезки автомагистралей и дорог, над которыми пролетают самолеты, жилые или технические помещения и постройки вблизи аэропортов и т.д.
Во-вторых, принцип шумопонижения должен обеспечивать пользователю шумопонижающий эффект статистического или вероятностного характера, обеспечивая комфортные (мало шумящие) условия лишь тогда, когда человек находится в зоне действия системы шумопонижения. Таким образом, эти системы должны быть эргономическими системами общего пользования. Обеспечивая многоместно-локализованное шумопонижение, они должны снижать общий, проинтегрированный за все время путешествия авиапассажира уровень шума и тем самым снижать утомляемость людей и повышать безопасность авиаперелетов.
В-третьих, технические решения должны соответствовать конкретным особенностям задачи шумопонижения для соответствующих типовых ситуаций. Спектр сигналов для активного шумопонижения должен быть согласован: с размерами области пространства шумопонижения, наиболее вероятной зоной возможных смещений головы человека, с возможными временными и частотными изменениями спектра шума, с геометрическими параметрами системы шумопонижения.
Прежде, чем рассмотреть ряд частных задач шумопонижения, целесообразно напомнить известные из уровня техники варианты построения систем шумопонижения и передачи сообщений, элементы конструкций и принцип функционирования которых с учетом новых существенных признаков будут использованы в системах согласно изобретению.
На Фиг. 1-4 показаны обобщенные структурные схемы различных вариантов систем с обратной связью. Эти системы содержат источник 1 сигнала, блок 2 обработки сигналов, выполненный с возможностью осуществления различных операций над сигналами источника 1 и сигналами обратной связи - принятыми в точке приема акустическими шумами и преобразованными в принятые электрические сигналы, усилитель 3, 9, излучатель 4, 10, зондирующее устройство 5, линию связи 6, посредством которой осуществляется передача принятого (шумового) электрического сигнала к месту его обработки (к блоку 2), дополнительный фильтр 11.
На Фиг. 1-4 также показаны каналы 7 и 12 связи с помехами 8. Параметры каналов 7 и 12 могут меняться случайным образом. Характеристики помех 8 и пространственные координаты точки приема и точек излучения могут меняться случайным образом. Считается, что форма тока (напряжения) передаваемого сигнала источника 1 является априорно неизвестной (случайной) функцией времени (процессом).
Системы с обратной связью (Фиг. 1-4) имеют в своем составе многофункциональный узел - блок 2 обработки сигналов. На его входы поступают электрические сигналы: электрические сигналы с выхода источника 1 и принятый электрический сигнал (сигнал обратной связи).
В блоке 2 могут быть реализованы следующие операции над сигналами (функциональные возможности):
а) расчет и формирование уровней и/или задержек сигналов источника 1 в полосах обработки. Другими словами, в соответствующих частотных полосах могут осуществляться энергетические и временные предыскажения;
б) многополосное формирование сигналов для активного шумопонижения. Эта операция предполагает многополосную фильтрацию принятых электрических сигналов, которые представляют собой сигнал плюс шум, и формирование многополосных сигналов для активного шумопонижения;
в) различные варианты суммирования многополосно обработанных сигналов источника 1 и многополосно сформированных сигналов для активного шумопонижения.
Различные комбинаторные сочетания функциональных возможностей блока 2 обработки сигналов и вариантов выполнения обобщенных структурных схем систем для передачи сообщений позволяют реализацию разнообразных систем.
Например, для решения задачи передачи сообщений в условиях полной неопределенности всевозможных параметров сигналов, помех и характеристик канала связи можно использовать структурную схему, показанную на Фиг. 1. В системе, показанной на фиг. 1, на выходе блока 2 обработки формируется сложный широкополосный сигнал. Он может содержать как компоненты полезного информативного сигнала источника 1, предыскаженные в соответствии с текущими (искажающими) свойствами канала связи, так и компоненты сигналов для активного подавления внешних помех, которые в текущий момент времени присутствуют в канале. В соответствии со стуктурной схемой (Фиг. 1) этот сложный, составной, широкополосный сигнал усиливается с помощью усилителя 3 и посредством излучателя 4 излучается в канал до точки приема. Посредством зондирующего устройства 5 в точке приема сигнал конкретной физической природы (звук) преобразуется в принятый электрический сигнал и посредством линии связи 6 передается к месту его обработки - в блок 2. В блоке обработки сигналов вновь происходит многополосная обработка сигналов в соответствии с их новыми, текущими параметрами, определяется текущее несоответствие сигналов друг другу и в соответствии с функциональными возможностями блока 2 обработки формируется сигнал на его выходе и т.д.
На Фиг. 2 показан вариант построения структурной схемы системы для передачи сообщений, в которой число выходных сигналов блока 2 обработки не менее двух. Дополнительные выходы блока 2 позволяют реализовать многополосные системы для передачи сообщений. Эти выходные сигналы можно получить путем разнообразных (комбинаторных) сумм вышеуказанных многополосных сигналов источника 1 и многополосных сигналов для активного шумопонижения.
Многополосный принцип передачи сигналов источника 1 можно также получить за счет дополнительной фильтрации (посредством дополнительного фильтра 11) выходного широкополосного сигнала блока 2 обработки - фиг. 4 или за счет дополнительной фильтрации усиленного выходного сигнала блока 2 - фиг. 3. Таким образом, на фиг. 2, 3, 4 показаны различные варианты структурных схем многополосных систем передачи сообщений с обратной связью. Их принцип работы аналогичен системе, показанной на Фиг. 1, за исключением дополнительной фильтрации сигналов, дополнительного усиления сигналов соответствующих полос частот и их излучения из различных точек до точки приема сообщения. Преимущества многополосного метода общеизвестны: снижаются требования к усилителям и излучателям в отношении запаса мощности, полосы эффективно воспроизводимых частот, повышается быстродействие самоадаптации систем с обратной связью.
На Фиг. 5, 6 показаны структурные схемы блоков 2 обработки сигналов соответственно с одним или несколькими выходами. Они содержат: устройство 13 управления, полосовые фильтры 14, блоки 15 для рассчета и формирования уровней и задержек сигналов источника 1, блоки 16 формирования сигналов для активного шумопонижения, сумматор(ы) 17, фазовращатели 29, устройства 30 управления фазовращателями 29, вторые управляемые усилители 31, первые управляемые усилители 28.
Блоки 15 могут быть выполнены в виде блоков 18 и 19. В блоках 18 (с помощью детекторов 25, фильтров низкой частоты (ФНЧ) 26, резисторов 27 и первых управляемых усилителей 28) осуществляется формирование (или рассчет, если соответствующие узлы и операции реализованны программным способом) уровней сигналов в каждой полосе обработки сигналов источника 1. В блоках 18 посредством узлов 20, 21, 22, 25, 24 осуществляется формирование задержек сигналов источника 1 - формируются временные предыскажения сигналов источника 1. Работа этих узлов подробно описана в изобретениях-прототипах и общеизвестна. Устройство 13 управляет узлами 20-24.
На Фиг. 5 показан вариант реализации блока 2 обработки сигналов с общим суммированием сигналов источника 1 и сигналов для активного шумопонижения, которые поступают на сумматор 17 с выходов первых и вторых управляемых усилителй. Вариант блока 2 обработки сигналов для раздельного суммирования сигналов источника 1 и сигналов для активного шумопонижения получается из схемы (Фиг. 5) путем введения дополнительных сумматоров 17 - Фиг. 6.
Вариант блока 2 обработки, показанный на Фиг.5, в каждой полосе обработки содержит узлы 21, 22, 23 схемы корреляционной обработки сигналов. Возможен также упрощенный вариант структурной схемы блока 2 обработки, в котором вышеуказанные узлы корреляционной обработки сигналов выполняются не в каждой полосе обработки, а по крайней мере в двух полосах обработки - для уменьшения числа расчетных операций, более эффективного использования вычислительных возможностей процессора (ЭВМ) и повышения скорости самоадаптации системы. В этом варианте в тех полосах обработки, где отсутствуют узлы корреляционной обработки сигналов, могут использоваться только линии задержки 20 и коммутаторы 24. В упрощенном варианте коммутаторы 24, подключающие в цепь прохождения отфильтрованных сигналов источника 1 соответствующие линии задержки 20, управляются сигналами блоков 23, расположенных в указанных по крайней мере двух полосах обработки (на Фиг. 5, 6 эти связи не показаны). Указанные выше полосы обработки сигналов формируются полосовыми фильтрами 14.
Как уже отмечалось выше, в зависимости от функциональных возможностей блока 2 в системе могут осуществляться следующие операции над входными сигналами блока 2 обработки:
а) многополосное формирование уровней сигналов источника 1 - сигналов на выходах первых управляемых усилителей 28,
б) многополосное формирование задержек сигналов источника 1 - сигналов на выходах коммутаторов 24 (Фиг. 5, 6),
в) формирование уровней и задержек сигналов источника 1 - сигналов на выходах первых управляемых усилителей 28 (п. а) отличается от п.в) тем, что из структурной схемы, показанной на фиг. 5, 6, исключены узлы, отвечающие за формирование задержек (блоки 20, 21, 22, 23, 24), а сигналы с выходов полосовых фильтров 14, минуя вышеуказанные узлы, поступают на блоки 25 и 28, формирующие уровни компонентов сигналов источника 1 в соответствующих полосах обработки),
г) многополосное формирование сигналов для активного шумопонижения - сигналов на выходах вторых управляемых усилителей 31,
д) суммирование многополосно обработанных сигналов.
Этой операции соответствуют следующие варианты способов и им соответствующих систем:
- суммируются многополосно обработанные только по уровням сигналы источника 1,
- суммируются многополосно обработанные только по задержкам сигналы источника 1,
- суммируются многополооно обработанные и по уровням и по задержкам сигналы источника 1,
- суммируются многополосно обработанные по уровням сигналы источника 1 и многополооно сформированные сигналы для активного шумопонижения,
- суммируются многополосно обработанные по задержкам сигналы источника 1 и многополосно сформированные сигналы для активного шумопонижения.
- суммируются многополосно обработанные по уровням и задержкам сигналы источника 1 и многополосно сформированные сигналы для активного шумопонижения,
- суммируются многополооно сформированные сигналы для активного шумопонижения.
Вышеуказанные операции суммирования осуществляются посредством сумматоров 17.
Обобщенные структурные схемы различных систем шумопонижения получаются из схем, показанных на Фиг. 1-4, путем исключения из них сигнала источника 1 и ряда других узлов. Действительно, если в область пространства понижения шума стараться передавать "сообщение" нулевого уровня, подав на 2 вход блока 2 сигнал обратной связи, сформированный в области понижения шума, а на 1 вход - принятый шумовой сигнал с предварительно подобранными параметрами, то можно исключить из структурных схем блоков 2 обработки (Фиг. 5, 6) следующие узлы: 20, 21, 22, 23, 24, 28 в цепях прохождения сигнала источника 1. Таким образом, структурная схема блока 2 обработки шумовых сигналов содержит: фильтры 14 (по входам блока 2), детекторы 25, ФНЧ 26, фазовращатели 29, устройства управления фазовращателями 30, вторые управляемые усилители 31 и сумматор(ы) 17 (Фиг. 12).
Для пояснения принципа формирования сигналов для активного шумопонижения, который также общеизвестен (см. описание аналога), воспользуемся фиг. 7.
Управляемый фазовращатель содержит: многопозиционный управляемый переключатель 32 и первые дополнительные линии задержки 331, 332,...3S. Выходы первых дополнительных линий задержки 33 связаны со входами управляемого многопозиционного переключателя 32.
Устройство 30 управления фазозращателем 29 содержит: вторую дополнительную линию задержки 34, дополнительные детекторы 35, дополнительные ФНЧ 36, дополнительную схему сравнения 37. Входом устройства 30 является общий вход двух ветвей, в одной из которых последовательно связаны первый дополнительный детектор 35 и первый дополнительный ФНЧ 36, в другой последовательно связаны друг с другом вторая дополнительная линия задержки 34, второй дополнительный детектор 35 и второй дополнительный ФНЧ 36. Выходы дополнительных ФНЧ связаны со входами дополнительных схем сравнения 37.
Работает фазовращающее устройство (Фиг. 7) следующим образом (устройство 13 управления не участвует).
Многопозиционный управляемый переключатель 32 автоматически осуществляет последовательное переключение контактов в прямом по отношению к номерам линий задержек или в обратном порядке. Управление переключателем 32 осуществляется сигналом с выхода дополнительной схемы сравнения 37 по правилу: при поступлении очередного сигнала порядок переключений линий задержек 33 изменяется на обратный.
Таким образом, в предложенном варианте реализации управляемого фазовращателя 29 величина задержки сигнала на его выходе по отношению ко входному сигналу функционально зависит от принимаемого шумового сигнала, сдвинутого во времени на величину задержки τ34. Выходной сигнал схемы сравнения 37 формируется, если разность входных сигналов (энергий) становится больше нуля. Это означает, что введенная на очередном шаге фазовой оптимизации дополнительного электрического сигнала для активного шумопонижения задержка стала уже не оптимальной (начинается рост среднеквадратического отклонения сигналов СКО). Этот метод позволяет автоматизировать процесс поиска и "захвата" фазы сигналов для активного шумопонижения. Отимальный уровень сигналов для активного шумопонижения автоматически формируется посредством вторых управляемых усилителей 31.
Перейдем к адаптации изложенных выше способов шумопонижения (и соответствующим им устройств) к специфическим условиям и особенностям задачи изобретения.
Различные варианты расположения мест нахождения человека по отношению к авиамоторному средству условно позволяют выделить две обобщенные группы технических решений задачи изобретения,
Первая группа задач и соответствующих вариантов ее решения относится к ситуации, когда требуется обеспечить понижение уровня шумов для человека, находящегося вне авиамоторного средства. Вторая группа задач относится к ситуациям, когда человек находится внутри авиамоторного средства. Понятно, что для этих групп задач можно сформулировать соответствующие существенные признаки, уточняющие место расположения точки приема шумовых сигналов и областей пространства их шумопонижения.
В качестве нового существенного признака, характерного для этих двух групп задач, который позволяет отразить принципиально новую многоместно-локализованную, пространственно-вероятностную идеалогию шумопонижения, можно использовать признак, сформулированный следующим образом: “электрические сигналы для активного понижения шума формируют в ограниченной полосе частот низкочастотной части шумового спектра”. Этот признак не является очевидным для специалистов, поскольку реализация шумопонижения только в области низких частот, где сосредоточена большая часть шумовой энергии, позволяет существенно расширить пространственные границы зоны шумопонижения и реализовать новый подход, определяющий методологию решения задачи изобретения. Используя новый существенный признак в способах и системах (с обратной связью) и специальной обработкой информации можно в относительно небольших локализованных областях пространства создавать на низких частотах режим гарантированного понижения уровня шумов. Размеры этих областей зависят от большого числа параметров: верхней частоты шумопонижения, возможного смещения головы человека (точки понижения шума), конкретной интерференционной картины и т.д. Размеры этих областей должны соответствовать частным ситуациям задачи изобретения и могут составлять порядка нескольких метров или сантиметров. Понятно, что, располагая в пространстве подобные системы определенным (соответствующим) образом, можно сформировать зоны пониженного шума сложной формы в виде бесшумных коридоров, авиатрапов, остановок такси, автобусов, билетных касс, шумопонижающих кресел или кроватей, кресел в залах аэропортов, буфетов, ресторанов и т.д.
Рассмотрим возможные варианты реализации способов и им соответствующих систем.
Обобщенный вариант способа понижения уровня шума авиамоторного средства, заключающийся в приеме и преобразовании шумовых сигналов авиамоторного средства в электрические сигналы, передаче принятых сигналов к месту их обработки, обработке этих сигналов посредством блока 2 обработки, на первый вход которого подают эти сигналы и выполненного с возможностью осуществления энергетических и временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании его выходных электрических сигналов, предназначенных для активного понижения шума, усилении этих сигналов, их преобразовании в звуковые сигналы и излучении в область пространства понижения шума авиамоторного средства, при этом энергетические и временные предыскажения принятых сигналов находят экспериментально и фиксируют их (запоминают), отличающийся тем, что область пространства понижения шума авиамоторного средства находится внутри или снаружи этого средства в местах наиболее вероятного нахождения людей в виде многоместно-локализованных областей пространства, а электрические сигналы для активного понижения шума формируют в ограниченной полосе частот низкочастотной части шумового спектра для согласования спектра сигналов для активного понижения уровня шума с размерами области пространства шумопонижения, можно уточнить тем, что:
1) точка приема шумовых сигналов расположена вне авиамоторного средства;
2) излучение сигналов для активного понижения шума осуществляют с авиамоторного средства.
Конструкция излучателей, их число и место расположения могут быть различными. Для этих целей могут, например, подойти промышленно выпускаемые сабвуферы для сверхвысокомощных автомобильных звуковоспроизводящих систем, предназначенные для автозвуковых соревнований по уровню громкости, а также саверхвысокомощные, экономичные усилители низких частот класса D. Параметры этих узлов (постоянная шумовая мощность порядка 1-5 кВт) позволяют создавать звуковое давление, соизмеримое с уровнем шумов, создаваемым авиамоторными средствами. Место установки излучателей следует выбирать по возможности ближе к источнику шума (двигателю), чтобы обеспечить равномерный по всем направлениям эффект шумопонижения. В простейшем случае сабвуферы могут быть установлены в отсеках шасси самолета. Включение систем шумопонижения может быть синхронизировано с моментом выхода шасси самолета. Возможно также применение специальных рупорных излучателей, конструктивно выполненных с возможностью установки на поверхности определенной формы (на двигатели, фюзеляж, крылья, стабилизаторы, хвост и т.д.). Для повышения надежности работы излучателей и защиты громкоговорителей от резкого перепада давления, температуры, осадков, сильного ветрового воздействия звукоизлучающие отверстия громкоговорителей могут быть снабжены дистанционно управляемыми люками, крышками, задвижками, системами обогрева, а корпус громкоговорителя может быть выполнен в виде фазоинвертора;
3) излучение сигналов для активного понижения шума осуществляют извне авиамоторного средства.
В этом варианте громкоговорители могут располагаться в различных местах наиболее вероятного места расположения человека внутри или снаружи аэропорта, гостиницы, жилого дома, автомагистрали, над которой пролетают идущие на посадку самолеты, и т.д. Конструкции излучателей и их число выбирают исходя из конкретной ситуации (задачи) шумопонижения;
4) точка приема шумовых сигналов расположена снаружи здания или сооружения.
В этом варианте область (области) понижения шума формируется снаружи здания или сооружения так, что внутри помещения и снаружи имеет место шумопонижающий эффект. Например, выруливающий на взлет самолет посредством сигналов обратной связи, полученных из точки шумопонижения, расположенной со стороны здания аэропорта по направлению к самолету, осуществляет излучение звуковых шумопонижающих сигналов, дающих максимальное ослабление шума в направлении здания аэропорта. Канал обратной связи может быть реализован посредством специальных радиопередающих и радиоприемных средств или с использованием стандартных частот и радиосредств авиационной связи (линия связи 6 реализуется в виде радиолинии). Если излучение сигналов для активного шумопонижения осуществляется извне авиамоторного средства, то можно также реализовать разнообразные системы шумопонижения. Причем принцип суперпозиции звуковых волн позволяет реализацию любого числа подобных систем, поскольку помехи от других систем шумопонижения будут понижаться в соответствии с изменяющимся уровнем основного и дополнительных источников шума;
5) точка приема шумовых сигналов расположена внутри здания или помещения.
В этом варианте шумопонижение осуществляется внутри здания или помещения, например внутри авиадиспетчерской, в зданиях вблизи вертолетной площадки (рубки корабля);
6) точка приема шумовых сигналов расположена вблизи автострады, над которой пролетают авиамоторные средства.
Места расположения точек приема шумовых сигналов и места установки громкоговорителей могут быть на столбах дородного освещения, рекламных щитах, трансформаторных или распределительных будках, на дорожных знаках и т.д. При установке наземных излучателей желательно располагать их по отношению к приемному микрофону так, чтобы вектор распростанения шумопонижающей волны и вектор распространения шумовой волны летательного аппарата были параллельно сориентированы. Для этих целей можно использовать направленные звукоизлучающие системы, например сабвуфер с рупорным излучателем-усилителем (порядка 1-5 м) больших размеров. Подобные системы могут быть установлены вдоль дороги с определенным шагом (5-15 м). Располагая приемный микрофон с противоположной стороны дороги, по центру - напротив среднего громкоговорителя, можно несколько сфазировать волновые фронты шумовых и шумопонижающих сигналов и создать протяженную зону эффективного шумопонижения на проезжей части автодороги.
Если шумопонижение осуществляется с летящего авиамоторного средства, то система шумопонижения на авиамоторном средстве может запускаться в работу в режиме направленного шумопонижения для наземных объектов посредством, например, входа в зону дальности действия радиопередающего устройства, установленного на земле вблизи системы шумопонижения. После пролета этой области самолет выходит из зоны действия "радиовыключателя" и переключается (в соответствии с конкретной программой, по которой работает блок 2 обработки сигналов) в режим шумопонижения по другой области пространства на земле или выключается, переходя в штатный режим "ожидания" очередного сеанса шумопонижения, например в направлении приближающего аэропорта, жилого микрорайона и т.д. Для организации подобных радиоканалов связи можно воспользоваться, например, системами сотовой связи, которые уже имеются практически во всех городах и аэропортах мира. Для повышения помехозащищенности этих систем управления шумопонижением можно применять цифровые линии связи, в том числе и Интернет;
7) место обработки электрического сигнала находится на авиамоторном средстве. Например, в кабине пилота. Блок 2 обработки сигналов может быть реализован программным способом с использованием бортового компьютера авиалайнера или реализован в виде отдельного автономного узла - персональной ЭВМ, специализированного микропроцессорного блока 2 и т.д.;
8) место обработки электрических сигналов находится вне авиамоторного средства, например в авиадиспетчерской, в помещении справочно-информационного узла, жилой квартире, расположенной вблизи аэропорта, в виде специализированного мощного вычислительного узла - сервера Интернета и т.д.
Следует отметить, что использование в качестве нового существенного признака условия на ограничение полосы обработки шумовых сигналов позволяет более эффективно использовать вычислительные ресурсы блока 2 обработки сигналов. Например, использование современных персональных компьютеров позволяет управлять работой десятков и даже сотен шумопонижающих систем, например всех систем шумопонижения в салоне, авиалайнера, аэропорта и т.д. Предложенная идеология построения систем шумопонижения, их совместимость и независимость, позволяет постепенное наращивание их числа, замену и простоту в установке. Время и стоимость установки подобных систем сопоставимы с установкой охранных или звуковоспроизводящих систем на автомобили;
9) излучение сигналив для активного понижения шума осуществляют вблизи точки приема шумовых сигналов.
Данный вариант позволяет уменьшить остаточный уровень шумов за счет уменьшения времени задержки сигнала в шумопонижающем канале (от громкоговорителя до точки шумопонижения) и за счет расширения полосы шумопонижения;
10) блок 2 обработки выполнен с возможностью подключения к его 2 входу сигнала источника 1 для воспроизведения сигналов источника в точке шумопонижения. Этот вариант позволяет формировать в зоне шумопонижения полезные (информационные) звуковые сигналы. Например, объявления в аэропорту, гостинице, жилой квартире, кафе, ресторане, на остановках такси и т.д. Причем этот вариант не является использованием по прямому назначению общеизвестных систем с обратной связью, поскольку информативные сигналы воспроизводятся только на частотах выше частот шумопонижения. За счет этого размеры области пространства шумопонижения значительно выше, чем у аналогов, а размеры области воспроизведения информативных сигналов ограничены только мощностью громкоговорителя и размерами помещения (как при обычном звуковоспроизведении без обратной связи). Вышеуказанное обстоятельство также позволяет эффективней использовать вычислительные ресурсы блока 2 и формировать сигналы для нескольких систем шумопонижения и передачи сообщений;
11) осуществляют прием шумовых сигналов на авиамоторном средстве, дополнительный прием шумовых сигналов в области пространства на земле, передачу этих сигналов к месту их обработки, их обработку посредством блока 2 обработки сигналов и формирование на его выходе сигналов для активного понижения шума в области пространства его понижения на земле.
Этот вариант реализации системы позволяет осуществлять режим шумопонижения с учетом эффекта Доплера.
Осуществляя вышеуказанный прием шумовых сигналов на авиамоторном средстве, спектр которых соответствует текущему (не искаженному эффектом Доплера) спектру источника шума (спектру шума двигателя), а также осуществляя соответствующую обработку этих сигналов, их усиление и излучение до точки шумопонижения на земле, удается засинхронизировать все временные, частотные, фазовые и энергетические параметры шумовых и шумопонижающих процессов (волн) с учетом появляющегося эффекта Доплера для наблюдателя, находящегося на земле.
Геометрия системы и траектории движения источников шума практически совпадают (подобны) с траекторией излучателя шумопонижающей системы по отношению практически к любой точке на земле из-за значительного удаления этих точек друг от друга. Следовательно, все частотные, фазовые, временные и энергетические параметры источника шума и звуки от громкоговорителя шумопонижающей системы изменяются пропорционально и синхронно во времени по отношению к точке (области) шумопонижения на земле.
В этом варианте алгоритм обработки сигналов отличается от общеизвестных за счет исключения ряда узлов.
Во-первых, в этом способе шумопонижения используются два сигнала. Первый - сигнал обратной связи - дополнительно принятый на земле шумовой сигнал, спектр которого сильно искажен из-за эффекта Доплера. Второй сигнал - это электрический шумовой сигнал, принятый на авиамоторном средстве, спектр которого точно соответствует спектру источника шума (двигателя).
Во-вторых, принятый на авиамоторном средстве сигнал и сигнал, принятый в точке шумопонижения на земле, имеют различные функции при формировании сигналов для активного шумопонижения. Непосредственно из принятого шумового электрического сигнала осуществляют формирование сигналов для активного шумопонижения. Сигнал, принятый в точке шумопонижения на земле, является вспомогательным и определяет уровень (амплитуду) формируемых компонентов сигнала для активного шумопонижения. Для этого варианта соответствующим образом преобразуются структурные схемы, показанные на Фиг. 5, 6.
Принятый шумовой сигнал на авиамоторном средстве подается на вход 1 (на фильтры 14) (Фиг. 12) и далее через блоки 29, 30, 31 на вход сумматора(ов) 17.
Сигнал обратной связи, принятый на земле в области понижения шума, подают на дополнительный вход - фильтры 14, аналогичные фильтрам по входу 1 блока 2 обработки сигналов. С выходов этих фильтров сигналы поступают на соответствующие детекторы 25 и далее как показано на фиг. 12. Возможны также другие варианты, при которых связь между детекторами 25 и блоками 14, 29, 30, показанную на Фиг. 5, 6, можно разорвать.
Этот вариант реализации алгоритма обработки позволяет в соответствии с уровнем энергии шумовых сигналов на земле, попадающих в соответствующую полосу обработки сигналов, осуществлять формирование уровня сигналов для активного шумопонижения, параметры которых изменяются синхронно с параметрами источника шума на летательном аппарате. Данный вариант шумопонижения накладывает дополнительные ограничения на выбор ширины полос обработки сигналов (на ширину полос фильтров 14). Ширина полосы обработки должна быть больше, чем смещение частоты компоненты в середине этой полосы за счет эффекта Доплера. Это условие позволяет обеспечить причинно-следственную взаимосвязь между энергиями частотных компонентов сигналов.
Для повышения точности и быстродействия системы шумопонижения с большой величиной времени задержки сигналов обратной связи возможны различные алгоритмы, учитывающие дополнительную информацию о типовых характеристиках сигналов обратной связи. Эти данные могут быть получены с помощью предварительных испытаний в реальных условиях полета и с помощью соответствующей программы, например ограничивать область фазовой и энергетической оптимизации параметров сигналов для активного шумопонижения, а также реализовывать более сложные методы частотно-энергетической и частотно-временной опимизации сигналов,
12) на авиамоторном средстве осуществляют прием и преобразование в принятые электрические сигналы шумовых сигналов, передачу этих сигналов к месту обработки, их обработку, формирование необходимого числа выходных электрических сигналов для активного понижения шума внутри авиамоторного средства, их усиление, преобразование в звуковые сигналы и излучение до областей пространства понижения шумов на самолете.
Этот вариант реализации системы шумопонижения обеспечивает шумопонижение для: авиапассажиров, летчиков, стюардесс, находящихся внутри летательного аппарата;
13) точка приема шумовых сигналов расположена на авиамоторном средстве;
14) точка приема шумовых сигналов расположена вблизи двигателя;
Конструктивно приемный элемент для приема этих сигналов может быть выполнен в виде микрофона или ларингофона, установленного внутри или снаружи двигателя, крыла, фюзеляжа и т.д.;
15) точка приема шумовых сигналов и точка понижения уровня шума находятся в непосредственной близости друг от друга и пространственно расположены в кабине пилотов или салоне авиамоторного средства.
Этот вариант позволяет предельно возможно уменьшить уровень шума за счет повышения скорости самоадаптации системы шумопонижения, увеличения полосы шумопонижения и локализации шумопонижающей зоны в области малых размеров - вблизи головы пилота или пассажира;
16) излучатель (громкоговоритель) расположен с возможностью излучения звуковых сигналов в наружное от авиамоторного средства пространство.
Этот вариант позволяет реализацию разнообразных режимов внешнего по отношению к авиамоторному средству шумопонижения: "вперед", "назад", "вниз", "вбок". Соответствующий вид диаграммы шумопонижения по отношению к авиамоторному средству может быть сформирован при помощи предварительной настройки и тестирования системы на земле или в воздухе. В результате этих исследований находят соответствующие фазовые и энергетические предыскажения для понижения шумов в необходимом направлении. Эти параметры могут храниться в памяти ЭВМ или в виде фиксированных значений R, L, С элементов, определяющих работу фильтров, фазовращателей, усилителей системы;
17) излучатель (громкоговоритель) расположен с возможностью излучения звуковых сигналов во внутреннее пространство авиамоторного средства. Этот вариант во многом аналогичен предыдущему, за исключением места излучения звуковых сигналов для активного понижения уровня шума (например, в кабине пилотов);
18) блок обработки выполнен с возможностью формирования фиксированных частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых электрических сигналов при формировании дополнительного электрического сигнала для активного понижения шума.
Этот вариант может иметь различные формы реализации: аналоговый с использованием, например, операционных усилителей и дискретных R, L, С элементов; цифровой с использованием специализированных микропроцессорных устройств или персональных ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, устройствами ввода (АЦП) и вывода (ЦАП) информации и т.д. Вышеуказанные режимы могут включаться автоматически, например, с использованием дополнительной информации о месте положения летательного аппарата, его скорости или вручную. Вышеуказанная дополнительная информация может поступать по радиоканалам навигационных систем, в том числе с использованием Интернета, сотовой связи, наземных служб обеспечения безопасности полетов и т.д.;
19) блок 2 обработки выполнен с возможностью автоматического формирования частотно-энергетических и частотно-временных (фазовых) предыскажений принятых звуковых сигналов при формировании дополнительного электрического сигнала для активного понижения шума.
Вышесказанное относится и к этому варианту, с той лишь разницей, что процесс формирования предыскажений автоматизирован за счет использования сигналов обратной связи и реализации соответствующих алгоритмов обработки, описанных выше (Фиг. 5, 6, 12);
20) при обработке принятого сигнала формируют по крайней мере еще один дополнительный электрический сигнал для активного понижения шума, который также усиливают, преобразуют в звуковой сигнал и излучают до точки пространства понижения шума.
Этот вариант соответствует разнообразным способам многополосного и многоканального излучения сигналов для активного понижения шума, которые уже были описаны выше;
21) дополнительные электрические сигналы формируют для многоканального широкополосного излучения сигналов до точки понижения шума по принципу активной антенной решетки.
В этом варианте на летательном аппарате должны быть установлены несколько громкоговорителей. В блоке 2 обработки сигналов формируют (вручную или автоматически) пространственную диаграмму шумопонижения за счет выбора фиксированных значений фазовых и энергетических параметров сигналов для активного шумопонижения, излучаемых группой излучателей по принципу активной антенной решетки. Правомерность данного подхода обосновывается фундаментальным научным принципом - подобия, поскольку общеизвестно, что дифракционные и интерференционные свойства звуковых волн частоты в 100 Гц подобны свойствам радиоволн частоты в 100 мГц. Поэтому при разработке системы шумопонижения можно воспользоваться теорией и математическим аппаратом, который широко распространен и общеизвестен в радиотехнике для конструирования активных антенных решеток;
22) сигналы на выходе блока обработки формируют для многополосного излучения сигналов до точки понижения шума.
Этот вариант предполагает использование по крайней мере двух излучателей, работающих на различных частотах спектра шума (Фиг. 2, 3, 4). Вариант позволяет более эффективно использовать усилители и излучатели для достижения неискаженной максимальной шумопонижающей мощности.
Как уже отмечалось, для наиболее эффективного шумопонижения желательно приближать микрофон зондирующего устройства 5 и соответствующий излучатель 4 (10) к органу слуха. Это условие реализуется для ряда частных ситуаций (задач) изобретения, а именно, когда человек сидит в кресле или лежит на кровати (например, в VIP-авиалайнере, гостинице аэропорта, в жилом здании и т.д.). Для этих ситуаций область возможных перемещений головы человека составляет порядка нескольких сантиметров или десятков сантиметров. Учитывая это обстоятельство строго в рамках постановки задачи изобретения, можно усовершенствовать вышеуказанные устройства (кресла и кровати), дополнив их соответствующим (шумопонижающим) функциональным предназначением. Эти устройства можно дополнить зондирующими устройствами 5, которые установлены в корпусе, который расположен определенным образом по отношению к слушателю. При этом соответствующее зондирующее устройство 5 располагается ближе к органу слуха, чем соответствующий излучатель 4 (10), а звукоизлучатель (громкоговоритель) расположен в корпусе системы вблизи соответствующих органов слуха.
Поскольку задачей изобретения является снижение шума от авиамоторных средств во всевозможных типовых ситуациях наиболее вероятного места расположения человека, то это устройство можно описать в независимом пункте формулы изобретния в качестве примера реализации вышеописанных способов понижения шума авиамоторных средств.
Таким образом, функция лежания или сидения становится вспомогательной по отношению к задаче изобретения и может быть осуществлена, например, в виде следующих вариантов выполнения устройства:
а) корпус выполнен в виде кресла, в подголовнике которого установлены излучатели и зондирующие устройства, Фиг. 8;
б) корпус выполнен в виде кровати, в головной части которой установлены излучатели и зондирующие устройства, Фиг. 9.
На Фиг. 8, 9 цифрами 38 и 39 показаны соответственно корпус в виде кресла и кровати. На Фиг. 8 также показаны элементы 40 крепления, например, поворачивающихся громкоговорителей 4, 10 с микрофонами зондирующих устройств 5, расположенных со стороны слуховых органов человека, а также один из возможных вариантов элемента 41 крепления подголовника 42 к креслу. На Фиг. 9 показан один из возможных вариантов выполнения громкоговорителей 4, 10 в виде спинки - колонок - громкоговорителей. Зондирующие устройства 5 также могут быть жестко вмонтированы в спинку кровати или могут быть выполнены с возможностью крепления на специальных опорно-поворотных устройствах 45 к спинке кровати. На Фиг. 8, 9 микрофоны для приема шумовых сигналов авиамоторного средства не показаны. Они могут быть установлены в любом удобном для этого месте соответственно решаемой задаче, например вблизи двигателя самолета, внутри фюзеляжа, помещения и т.д.
Таким образом, совокупность существенных признаков и их функциональные связи позволяют сделать вывод о соответствии предложенных вариантов систем понижения уровня шумов от авиамоторных средств всем критериям патентноспособности: "новизна", "изобретательский уровень", "промышленная применимость". Эти системы позволяют решить задачу изобретения и могут быть объединены в рамках одной заявки. Для большей наглядности некоторые из вышерассмотренных варианты реализации систем показаны на фиг. 10, 11. На Фиг. 10 показаны типовой, общий план аэропорта и возможные места установки рассмотренных выше систем шумопонижения. На фиг. 11 показаны различные варианты установки основных элементов шумопонижающих систем на летательные аппараты различной конструкции (самолеты и вертолеты). Внутри летательных аппаратов, а также в зданиях могут быть установлены шумопонижающие кресла и кровати согласно изобретению.
Промышленная применимость
Предложенные варианты способов понижения уровня шумов моторных летательных аппаратов могут применяться в гражданской авиации для повышения уровня комфорта пассажиров и обслуживающего персонала.
Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для понижения уровня шума моторных летательных аппаратов. При этом заявленный способ заключается в приеме и преобразовании шумовых акустических сигналов в электрический сигнал, передаче принятого сигнала к месту его обработки, обработке электрического сигнала для активного понижения уровня шума, его усилении, преобразовании в звуковой сигнал и излучении до области пространства понижения шумовых сигналов. Электрические сигналы для активного понижения шума формируют в низкочастотной части шумового спектра для увеличения размеров в области пространства, в котором понижаются шумы. Системы для реализации способа устанавливаются в местах наиболее вероятного нахождения людей, которым может мешать шум от авиамоторных средств внутри летательного аппарата или вне его. Технический результат заключается в понижении уровня шумов авиационных моторных средств. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.
| СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ ЛЮБОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ, НАПРИМЕР, СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОГО ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОГО, ПРОСТРАНСТВЕННОГО, АКТИВНОГО ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ СИГНАЛОВ ЛЮБОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ | 1997 |
|
RU2145446C1 |
| СИСТЕМА АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМА ВПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1993 |
|
RU2096651C1 |
| ТРУБА КОМБИНИРОВАННАЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТРАНСПОРТИРОВКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД | 1998 |
|
RU2142091C1 |
| ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ | 2001 |
|
RU2191063C1 |
| Устройство для устранения мешающего действия зажигательной электрической системы двигателей внутреннего сгорания на радиоприем | 1922 |
|
SU52A1 |
