Назначение
Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для высококачественной передачи звуковых и видеосигналов в режимах индивидуального или коллективного их получения, преимущественно в жилых, специально не приспособленных для этого помещениях.
Предшествующий уровень техники
Общеизвестно использование в качестве акустической системы, предназначенной для передачи сигналов звуковых частот, головных телефонов (наушников). Их использование позволяет повысить коэффициент полезного действия (КПД) всей системы звуковоспроизведения за счет снижения мощности усилителя низкой частоты (УНЧ), снизить уровень внешних акустических шумов, эффективно воспроизводить сигналы низкочастотной части звукового спектра при малых размерах корпуса излучателя. Конструктивно наушники выполняют в виде, например, малогабаритных громкоговорителей, размещенных в корпусе специальной формы, который крепится на голове слушателя так, что корпус с громкоговорителями непосредственно касается головы вблизи органов слуха и препятствует прямому попаданию в органы слуха внешних акустических сигналов (помех и шумов).
Головные телефоны являются средствами индивидуального прослушивания звуковых сигналов. Главным преимуществом наушников является высокая стабильность передаточной функции этих устройств вне зависимости от места положения слушателя или ориентации его головы.
Недостатки:
а) головные телефоны создают эффект локализации кажущихся источников звука (КИЗ) внутри головы слушателя;
б) звуковые сигналы воспринимаются только органами слуха человека;
в) дискомфортное состояние слушателя, чувствующего на своей голове посторонний предмет.
Известна большая группа технических решений и устройств для передачи звуковых сигналов с использованием корпуса информационной системы по двойному назначению, например, выполненной в виде кресла или кровати, полезный объем которых используется как акустическая система (SU 575787 (И.А.Днепропетровская и др.), 15.11.1977; JP 04-260299, (MATSUSHITA ELECTRIC WORKS LTD), 16.09.1992; JP 05-219586 (MATSUSHITA ELECTRIC WORKS LTD), 27.08.1995). Подобные многофункциональные информационные системы передачи сообщений могут содержать источники сигналов звуковых частот правого и левого каналов, например стереофонический проигрыватель CD дисков или радиоприемник стереосигналов, а также усилители низких частот, излучатели правого и левого каналов, установленные в корпусе системы, например в спинке кресла, блоки обработки сигналов. Преимуществами этих систем является экономное использование пространства их эксплуатации, например жилой квартиры, каюты корабля, а также возможность индивидуального или коллективного прослушивания сообщений звуковых частот.
Недостатки:
а) блоки обработки сигналов источников не позволяют отслеживать всевозможные виды искажений сигналов, связанные с возможным изменением места положения слушателя по отношению к излучателям правого и левого каналов, например их изменение, когда слушатель сидит в кресле спиной к излучателям или когда он стоит перед креслом - лицом к излучателям правого и левого каналов;
б) в системе не отслеживаются возможные изменения передаточных свойств канала связи и не осуществляется текущая коррекция частотно-энергетических и/или частотно-временных предыскажений сигналов сообщений (источников) в блоке обработки сигналов:
в) в системе не осуществляется активное подавление (понижение) внешних акустических сигналов - шумов и помех;
г) в системе не осуществляется текущий анализ спектров звуковоспроизводимых сигналов источников и не осуществляются действия по оптимизации работы узлов системы в зависимости от текущего спектра сигналов источника, например не реализуется оптимизация состояния (режима работа) УНЧ.
Таким образом, точность воспроизведения сигналов сообщений в области пространства местонахождения головы слушателя невысока. Слушатель или слушатели воспринимают звуковые сообщения в сильно искаженном и зашумленном виде, например когда мимо жилого здания проходит поезд или пролетает самолет - источники интенсивных звуковых помех или сосед работает дрелью или перфоратором,
Известна большая группа изобретений, обеспечивающих повышение точности передачи сообщений, например сигналов звуковых частот, за счет принципиально отличной от традиционных информационных систем схемы построения системы передачи сообщений (системы связи). Общим для всех этих изобретений является организация в системе дополнительного канала обратной связи и специальная - многополосная обработка сигналов передаваемого сообщения и сигналов обратной связи. Для этого в систему вводят так называемые зондирующие устройства, которые устанавливают вблизи области пространства получения сообщения, например вблизи органов слуха человека. Эти устройства преобразуют сигналы конкретной физической природы, например звуковые сигналы, в электрические сигналы обратной связи. Эти сигналы представляют собой сигнал плюс шум. Электрические сигналы обратной связи по линии связи поступают на соответствующие входы блока обработки сигналов. На другие входы блока обработки поступают сигналы с выхода источника сообщений. В блоке обработки компоненты этих сигналов анализируются. Сначала сигналы источника и сигналы обратной связи фильтруют посредством однотипных фильтров, например четвертьоктавных или 1/10-октавных. Далее над отфильтрованными сигналами осуществляют определенные действия, направленные, с одной стороны, на текущею коррекцию компонентов передаваемых сигналов сообщений, попадающих в соответствующие полосовые фильтры, с другой стороны, осуществляют отфильтровывание из сигналов обратной связи шумовых компонентов, предназначенных для формирования сигналов активного понижения шумов в области пространства получения сообщения.
Например, в изобретении RU 2038704 описана конструкция подобной системы и блока обработки сигналов, обеспечивающего текущие предыскажения частотно-энергетических параметров передаваемого сообщения. По другому говоря, описанная система позволяет автоматизировать действия по корректировке уровней многополосно-отфильтрованных сигналов сообщений. Эта система представляет собой фактически автоматический эквалайзер, в котором уровни усиления сигналов сообщений в каждой многополосно-отфильтрованной полосе выставляются не на слух, как в традиционных эквалайзерах, а автоматически с помощью соответствующих узлов блока обработки. Принцип работы этих узлов схож с принципом работы общеизвестной системы автоматического усиления (АРУ). Многополосно-отфильтрованные сигналы источника сообщений и сигналы обратной связи сравниваются по энергии посредством разнополярного их детектирования, фильтрации (сглаживания) и суммирования. Сигнал напряжения на сумматоре несет информацию о том, насколько отличаются сравниваемые сигналы. Этим сигналом осуществляется управление первым управляемым усилителем, стоящим в цепи прохождения отфильтрованных компонентов сигналов сообщений. Например, если уровень сигналов обратной связи для данных частот анализа ниже уровня сигналов передаваемого сообщения, то первый управляемый усилитель открывается и уровень этих компонентов сигналов на выходе блока обработки и в области пространства получения сообщения возрастает, компенсируя изменения передаточной функции канала связи. При этом выходной сигнал блока обработки формируется путем суммирования многополосно-отфильтрованных и предыскаженных по энергетическим параметрам компонентов сигналов сообщений.
Тот же принцип автоматизации частотно-энергетических предыскажений сигналов источника (автоматический эквалайзер) описан и в изобретениях RU 2106073 и RU 2106074.
В изобретении RU 2106075 описан вариант двухканальной системы с обратной связью и специальной обработкой сигналов сообщений и сигналов обратной связи.
Для повышения точности передачи двух сигналов - правого и левого каналов в этом изобретении наряду с вышеописанным способом автоматической коррекции частотно-энергетических параметров сигналов сообщений применен новый автоматический метод коррекции частотно-временных предыскажений сигналов сообщений.
Общая идея этого метода заключается в том, чтобы, используя общеизвестные корреляционные методы обработки сигналов, вычислить текущие задержки различных компонентов сигналов сообщений во всех элементах канала связи (усилителе, излучателе, канале связи) и осуществить временные предыскажения этих компонентов, выравнивающие фазы этих компонентов для того, чтобы компоненты передаваемых сообщений приходили в область пространства их получения (приема) в фазе, как и на выходе источника сообщений - без искажений. Для этого в блок обработки вводят дополнительные узлы, обеспечивающие текущий расчет задержек многополосно-отфильтрованных сигналов источника (узлы схемы корреляционной обработки сигналов), а также схему, обеспечивающую обратный перерасчет этих задержек и подключение в цепи многополосно-отфильтрованных сигналов источника предыскажающих задержек в виде линий задержек компонентов сигналов источника.
В дополнение к вышеописанным функциям блока обработки сигналов источника сообщений в изобретении RU 2145446 описана новая функция блока обработки сигналов и соответственно новая система оптимальной передачи сообщений (понижения шума), заключающаяся в том, что наряду с вышеописанными функциями частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений сигналов передаваемого сообщения в блоке обработки осуществляют отфильтровывание шумовых компонентов из сигналов обратной связи на тех частотах (полосах анализа), где уровень компонентов сигналов сообщений равен нулю или очень мал, а уровень шума достаточно велик. Отфильтрованные компоненты шумов в дальнейшем обрабатываются по уровням и по фазам для формирования из них компонентов выходных сигналов блока обработки, предназначенных для активного понижения шума в области пространства получения сообщения. Это достигается за счет введения в блок обработки соответствующих узлов, позволяющих осуществлять эти действия в автоматическом режиме. Работа этих узлов общеизвестна и подробно описана в изобретении.
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 режимах многополосного излучения сигналов из различных точек пространства к области пространства получения сообщения (RU, 2211491).
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 самоодаптации системы и точность передачи сообщений (повышается эффективность шумопонижения). Минимально возможное число полос - 2, например НЧ, ВЧ.
Недостатком изобретений RU 2145446 и RU 2211491 является достаточно высокий остаточный уровень шумов, вызванный неполной синхронизацией шумовыми шумопонижающих сигналов, а также склонность системы к самовозбуждению на частотах формирования сигналов для активного понижения шума, вызванная низкой развязкой шумовых и шумопонижающих сигналов в области пространства получения сообщения (понижения шума).
Известен способ подавления шумов, преимущественно самолетов (JP, А, 52-13721). Способ заключается в приеме и преобразовании звуковых шумовых сигналов самолета в электрические сигналы, обработке этих сигналов для формирования из них сигналов для активного понижения шума вне самолета. Обработка сигналов сводится к экспериментальному подбору уровня и фазы сигнала, обеспечивающих наиболее высокий уровень подавления шума, например, на частотах его наибольшей интенсивности.
Недостатком этой системы можно считать узкополосный характер эффекта понижения шума. Причина этого заключается в отличие спектров шумового сигнала источника шума - двигателя в различных точках области пространства на земле от спектра шумового сигнала в точке его приема, потому что источником шума является пространственно-распределенная совокупность различных шумящих узлов, деталей и агрегатов двигателя. Составляющие звуковых шумовых сигналов от различных узлов двигателя приходят в область пространства на земле и к точке расположения микрофона (зондирующего устройства) для приема шумовых сигналов на самолете с разными уровнями и фазами. Поэтому эффекта понижения шума удается добиться для узкой полосы частот. На других частотах может наблюдаться наоборот - эффект усиления шума за счет синфазного прихода шумовых и шумопонижающих волн. Основное преимущество этого способа - в высокой степени развязки принимаемых и излучаемых сигналов и возможность более точной синхронизации шумовых и шумопонижающих сигналов во времени за счет выбора задержки принятых шумовых сигналов в непосредственной близости от источника шума и излучаемых из точки пространства, расположенной ближе к точке получения сообщения.
Общеизвестно большое количество многоканальных систем, включающих в себя, например, правый и левый фронтальные каналы, центральный канал и правый и левый тыловые каналы, например система Dolby Diqital (AC-3) или DTS (см., например, журнал "Мастер 12 Вольт" февраль-март 2002 г., с.66). Многоканальные системы обеспечивают имитацию объемного звучания для сигналов, записанных не в реальных акустических условиях, а посредством микширования электрических сигналов различных источников. Они не могут быть отнесены к классу систем высококачественного звуковоспроизведения, поскольку при случайной установке акустических систем правого и левого каналов в специально не приспособленном жилом помещении со случайными акустическими свойствами обеспечивают также случайные параметры воспроизводимых сигналов, например частотно-энергетические или частотно-временные параметры сигналов в области пространства получения сообщения. Это воспринимается, например, в виде разбаланса звукового давления на различных частотах или заметное на слух отставание низкочастотных компонентов, например более удаленного, чем другие акустические системы, сабвуфера. В зависимости от места положения слушателя и его ориентации в пространстве правый канал может оказаться левым, а фронтальные излучатели - тыловыми, а спектр сильно искаженным.
Общеизвестен ряд технических решений, описанных в изобретении RU A, 2002113688 (PCT/RU 2003/000234, опубл. 1.04.2004). В этом изобретении, в частности, описан способ автоматического понижения шума (авиамоторного средства, например самолета), когда шумовой сигнал, из которого формируют сигналы для активного шумоподавления, принимают вблизи этого источника шума, а подавление шума осуществляют в другой области пространства - вдали от источника шума. Например, принимают шумовой сигнал вблизи двигателя самолета, а его подавляют в салоне самолета - вблизи головы пассажира или летчика.
Существенным отличием этого способа от вышеописанных способов автоматического формирования сигналов для шумопонижения является то обстоятельство, что компоненты шумовых сигналов получают не путем их отфильтровывания из сигналов обратной связи, сформированных в области пространства понижения шума (получения сообщения), а путем их отдельного приема посредством соответствующего зондирующего устройства, установленного вблизи источника шума. При этом автоматизация процесса экспериментального подбора параметров сигналов для активного понижения шума обеспечивается зондирующим устройством, расположенным вблизи области пространства понижения шума (получения сообщения). Но в отличие от вышеописанных способов понижения шума у этого зондирующего устройства уже отсутствует функция "источника шумовых компонентов". Он задействован лишь по функции "источника сигналов обратной связи" для автоматизации процесса подбора параметров сигналов активного понижения шума в области пространства его понижения (получения сообщения). В качестве устройств в изобретении описаны шумопонижающие кресло и кровать (прототипы). За счет большого разноса в пространстве точек приема и излучения увеличивается развязка шумовых и шумопонижающих сигналов и существенно повышается эффективность подавления шумов. Шумы понижают в низкочастотной части спектра.
Недостатком способа передачи сообщения в режиме автоматического подбора параметров сигналов шумопонижения, описанного в этом изобретении, является потеря информационных сигналов на частотах понижения шумов, например на частотах ниже 100 Гц.
Общеизвестны многоканальные звуковоспроизводящие системы, доукомплектованные устройствами отображения визуальной информации в виде телевизионных приемников, дисплеев или плазменных панелей, а также устройствами формирования видеосигналов (DVD или VHS проигрывателями), получившими название "домашние кинотеатры".
Общеизвестны широкоформатные плазменные экраны в составе "домашних кинотеатров" или домашних телевизионных приемников, главным недостатком которых является искаженно-приплюснутое отображение на широкоформатном экране стандартного формата изображения. За счет этого у пользователя создается иллюзия, что он находится в широформатном кинотеатре и получает значительно больше визуальной и звуковой информации - на новом уровне качества. В действительности, часть визуальной информации - снизу и сверху теряется, изображение выглядит неправдоподобно искаженным, например даже худые люди на таком экране кажутся толстыми и малопривлекательными. Искаженное видеоизображение видных политических или религиозных деятелей отрицательно влияет на их рейтинг. Подобные устройства искажают звуковую и визуальную информацию, несмотря на свою дороговизну, вводят в заблуждение потребителей в отношении реальных потребительских свойств и поэтому не могут быть отнесены к классу систем HI-End. Их использование на TV-студиях нецелесообразно.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением, - повышение точности передаваемых сообщений на звуковых частотах, а в варианте и визуальных сигналов и повышение, таким образом, точности локализации в пространстве кажущихся источников звуков, стереоэффекта, а также минимизация частотно-энергетических и/или частотно-временных искажений сигналов, повышение соотношения сигнал/шум. Дополнительным техническим результатом является компенсация искажений видеоизображения при его просмотре под различными углами, оптимизация работы узлов системы, например повышение КПД УНЧ в режимах индивидуального и коллективного получения сигналов сообщений, экономия полезного объема помещения.
Поставленная задача решается тем, что в известной многофункциональной системе передачи сообщений, содержащей источники сигналов звуковых частот правого и левого каналов, блоки обработки этих сигналов, выполненные с возможностью осуществления предыскажений сигналов источников, усилители, излучатели правого и левого каналов, установленные в корпусе системы, выполненном в виде бытового предмета, предназначенного для реализации иной, чем передача сообщений, функции, например лежания или сидения на нем, согласно изобретению система снабжена переключателями, предназначенными для переключения сигналов источника правого канала в левый канал и наоборот для обеспечения соответствия мест расположения излучателей правого и левого каналов по отношению к правому и левому органу слуха человека.
Возможны варианты реализации многофункциональной системы, такие что:
переключатели связывают источники сигналов и первые входы блоков обработки, при этом выходы блоков обработки связаны с входами усилителей, а выхода усилителей связаны с излучателями;
переключатели связывают выходы блоков обработки со входами усилителей, при этом источники связаны с первыми входами блоков обработки сигналов, а выходы усилителей связаны с излучателями;
переключатели связывают выходы усилителей и излучатели, при этом источники сигналов связаны с первыми входами блоков обработки сигналов, а выходы блоков обработки связаны со входами усилителей;
в систему вводят по крайней мере один датчик места положения человека по отношению к корпусу системы, управляющий работой переключателей, при этом переключатели выполняют с управляющими входами, связанными с датчиком, например емкостным, ультразвуковым или фотоэлектрическим;
блоки обработки сигналов выполняют с возможностью изменения предыскажений сигналов источников для реализации режимов индивидуального или коллективного получения сообщений звуковых частот;
блоки обработки сигналов источников выполняют с возможностью формирования энергетических предыскажений сигналов источников, например посредством управляемых аттенюаторов;
блоки обработки выполняют с возможностью формирования фиксированных частотно-энергетических и/или частотно-временных предыскажений сигналов источников;
вводят в систему зондирующие устройства, предназначенные для приема сигналов звуковых частот вблизи органов слуха человека и преобразования акустических сигналов в электрические сигналы обратной связи, линии связи, входы которых связаны с зондирующими устройствами, при этом блоки обработки сигналов снабжают вторыми входами, на которые подают сигналы с выходов линий связи, и выполняют блоки обработки сигналов с возможностью автоматического формирования энергетических предыскажений сигналов источников;
вводят в систему зондирующие устройства, предназначенные для приема сигналов звуковых частот вблизи органов слуха человека и преобразования акустических сигналов в электрические сигналы обратной связи, линии связи, входы которых связаны с зондирующими устройствами, при этом блоки обработки сигналов снабжают вторыми входами, на которые подают сигналы с выходов линий связи и выполняют блоки обработки сигналов с возможностью автоматического формирования частотно-энергетических и/или частотно-временных предыскажений сигналов источников;
в качестве источников сигналов звуковых частот используют магнитофон, или проигрыватель CD, или проигрыватель SACD, или проигрыватель DVD, или проигрыватель МР3, или стереофоническое радиоприемное устройство;
корпус системы выполнен в виде кресла;
спинка кресла выполнена в виде стереофонической акустической системы;
излучатели правого и левого каналов расположены симметрично и вблизи слуховых органов человека, сидящего на кресле;
высокочастотные или средневысокочастотные излучатели установлены в корпусе с возможностью изменения их пространственного местоположения по отношению к органам слуха человека;
спинка кресла выполнена с возможностью изменения угла наклона;
сиденье кресла выполнено в виде стереофонической или монофонической акустической системы, например в виде сабвуфера;
в подлокотниках кресла установлены усилители, блоки обработки сигналов и источники сигналов звуковых частот;
корпус системы выполнен в виде кровати;
хотя бы одна из спинок кровати выполнена в виде акустической системы;
лежанка кровати выполнена в виде акустической системы, например в виде сабвуфера;
в систему вводят хотя бы одно дополнительное зондирующее устройство для приема шумовых акустических сигналов, которое устанавливают ближе к источнику шумовых сигналов, чем излучатели по отношению к органам слуха человека, дополнительную линию связи, на вход которой подают сигналы с дополнительного зондирующего устройства, при этом хотя бы один из блоков обработки сигналов снабжают дополнительным входом, на который подают сигналы с выхода дополнительной линии связи и который выполняют с возможностью осуществления частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений принятых шумовых сигналов при формировании из них сигналов для активного понижения акустических шумов в области пространства вблизи органов слуха человека, при этом хотя бы один из выходных сигналов блоков обработки формируют путем суммирования предыскаженных шумовых сигналов и сигналов источников;
в систему вводят устройство отображения визуальных сообщений, например плазменную панель, прикрепленную к корпусу системы посредством опорно-поворотного устройства, а также устройство для формирования сигналов, управляющих работой устройства отображения визуальных сообщений, например DVD проигрыватель или VHS видеомагнитофон;
опорно-поворотное устройство выполнено с возможностью автоматического перемещения в пространстве устройства отображения визуальных сообщений по отношению к местоположению человека для просмотра видеоизображения для компенсации искажений видеоизображения при различных углах просмотра;
блоки обработки сигналов звуковых частот выполнены с возможностью многополосного шумопонижения сигналов источников и/или с возможностью анализа текущих спектров сигналов сообщений и формирования сигналов управления, предназначенных для изменения режимов работы усилителей, например перевода их из режима А в режим АВ и/или подключения на выходах усилителей токоограничительных резисторов, и/или изменения уровня напряжения, питающего усилители, и/или изменения конфигурации схемы усилителей, например, путем их мостового включения или параллельного подключения к выходным каскадам усилителей дополнительных усилителей тока и/или изменения напряжения, подаваемого на вентиляторы охлаждения.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе повышения точности передачи сообщений, заключающемся в пространственной ориентации излучателей сообщений в направлении области пространства получения сообщений, согласно изобретению в качестве сообщений используют звуковые и/или визуальные сигналы, а ориентацию излучателей осуществляют посредством автоматизированной системы, выполненной с возможностью приема и обработки вспомогательных сигналов, излучаемых из области пространства получения сообщения в область пространства месторасположения излучателей сообщений - для формирования сигналов, управляющих ориентацией излучателей в направлении области пространства получения сообщений.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятны во время рассмотрения приведенных ниже возможных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1-4 изображают обобщенные структурные схемы вариантов выполнения систем передачи сообщений, построенных по схеме с обратной связью и специальной обработкой сигналов (аналоги).
Фиг.8 изображает один из возможных вариантов структурной схемы блока 2 для автоматического подбора параметров шумопонижающих сигналов, принятых вблизи источника шума. Пунктиром показаны узлы системы передачи сообщений при автоматическом формировании шумопонижающих сигналов.
Фиг.9 - варианты выполнения системы в виде: а) "кресла меломана"; б) - "домашнего кинотеатра".
Фиг.10 поясняет вариант выполнения системы в виде кровати.
Фиг.11-13 изображают структурные схемы систем согласно изобретению.
Фиг.14 изображает конструкцию устройства для определения направления ориентации излучателей системы.
Лучший вариант осуществления изобретения
Одной из актуальных задач в области конструирования систем для передачи сообщений, например звуковых и/ или видеосигналов (визуальных сообщений), в специально не приспособленных для этого помещениях является задача повышения точности передаваемых сообщений.
В специально не приспособленных помещениях (жилых помещениях, каютах яхт, самолетов, поездов и т.д.) традиционный способ построения системы для передачи сообщений (передатчик - канал связи - получатель) не всегда позволяет обеспечить высокую точности передачи сообщений (сигналов). Это связано, в первую очередь, с тем, что в подобной системе высока неопределенность в месте установки излучателей соответствующих сигналов, например громкоговорителей звуковоспроизводящей системы или экрана "домашнего кинотеатра", а также, в общем случае, случайную природу имеет место расположения человека в пространстве этого помещения, например прослушивающего музыку, воспроизводимую акустическими системами, сидя в кресле, на диване или лежа в кровати. Вышеуказанная неопределенность параметров так называемого канала связи или передачи сообщений наряду с наличием достаточно высокого уровня внешних помех и шумов приводит к росту энтропии системы связи. Причем важно отметить, что чем больше отличие параметров подобных помещений от студийных условий, тем выше рост энтропии и ниже точность получаемых слушателем или зрителем информационных сигналов. Кроме того, к росту энтропии также приводит необоснованное вмешательство человека (слушателя) в процесс обработки передаваемых сигналов, например регулирование на слух амплитудно-частотной (АЧХ) характеристики корректирующих фильтров, например вручную управляемых эквалайзеров. По звуковым - сложным, быстроменяющимся сигналам, которые человек прослушивает, чаще всего впервые, в принципе невозможно точно выставить соотношение уровней различных компонентов сигналов и компенсировать, например, искажения АЧХ усилителя, громкоговорителя и канала связи (помещения).
Поэтому все традиционные системы связи никак не могут быть отнесены, например, к системам высококачественного звуковоспроизведения HI-FI или HI-End класса. Это системы начального уровня качества, поскольку, например, в реальном жилом помещении они обеспечивают в области пространства получения сообщения неравномерность АЧХ порядка ±10÷20 дБ, а уровень соотношения сигнал/помеха не выше 10÷40 дБ, в основном, за счет свойств помещения.
Не лучше обстоит дело и с передачей визуальных сообщений в специально не приспособленных помещениях.
Получившие в последнее время распространение так называемые "широкоформатные" плазменные панели и экраны "домашних кинотеатров" и телевизоров сильно искажают визуальную информацию, например, при просмотре на них стандартного формата телевидеоизображения. Сильные дополнительные искажения возникают также при просмотре изображения под различным углом. Эти визуальные искажения в сочетании с многоканальным акустическими системами, устанавливаемыми пользователем произвольным образом, не обеспечивают точную передачу сообщений в область пространства получения сообщений.
В последние годы была запатентована большая группа систем с обратной связью и специальной обработкой сигналов, позволяющих в автоматическом режиме "тормозить" рост энтропии системы связи. На фиг.1-4 показаны структурные схемы различных вариантов систем с обратной связью, которые позволяют исследовать и компенсировать всевозможные виды искажений сигналов сообщений и активно понижать шумы. Они содержат: источник(и) 1 сигналов, блок(и) 2 обработки сигналов, выполненный с возможностью реализации различных функций по обработке сигналов сообщений и сигналов обратной связи, усилители 3, 9, излучатели 4, 10, зондирующее устройство(ва) 5, линию(и) связи 6, посредством которой передают сигналы обратной связи к блокам 2, дополнительный фильтр 11. Для простоты на фиг.1-4 показаны узлы только одного из каналов, например правого, а также показаны полосовые каналы 7 (например, низких частот) и 12 (высоких частот) связи с помехами 8. Параметры каналов 7, 12 могут меняться случайным образом. Характеристики помех 8 и пространственные координаты точек 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 структурной 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, 5, 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 15 управления, полосовые фильтры 14, блоки 15 для расчета и формирования уровней и задержек сигналов источника 1, блоки 16 формирования сигналов для активного шумопонижения, сумматор(ы) 17, фазовращатели 29, устройства 50 управления фазовращателями 29, вторые управляемые усилители 51, 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 расчет, если соответствующие узлы и операции реализованы программным способом) уровней сигналов в каждой полосе обработки сигналов источника 1. В блоках 18 посредством узлов 20, 21, 22, 23, 24 осуществляется формирование задержек сигналов источника 1 - формируются временные предыскажения сигналов источника 1. Работа этих узлов подробно описана в изобретениях - прототипах и общеизвестна. Устройство 15 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 вторых управляемых усилителей 28. 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 25, 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 - сигналы на выходах первых управляемых усилителей 28,
б) многополосное формирование задержек сигналов источника 1 - сигналы на выходах коммутаторов 24 (Фиг.5, 6),
в) формирование уровней и задержек сигналов источника 1 - сигналы 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 - сигналы на выходах вторых управляемых усилителей 51,
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 многополосно-обработанные и по уровням и по задержкам сигналы источника 1,
- суммируются многополосно-обработанные по уровням сигналы источника 1 и многополосно-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 многополосно-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. Например, если в область пространства понижения шума стараться передавать "сообщение" нулевого уровня, подав на 1 вход блока 2 сигнал обратной связи, сформированный в области понижения шума, а на 2 вход - принятый вблизи источника шума, шумовой сигнал с предварительно подобранными его параметрами, дающими эффект активного понижения шума в области его понижения, то из схем (Фиг.5, 6) можно исключишь следующие узлы: 20, 21, 22, 23, 24, 28. 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 50, вторые управляемые усилители 51 и сумматор(ы) 17 (Фиг.8).
Для пояснения принципа формирования сигналов для активного шумопонижения, который также общеизвестен (см. RU, А, 2145446), воспользуемся фиг.7.
Управляемый фазовращатель содержит: многопозиционный управляемый переключатель 32 и первые дополнительные линии задержки 331, 332,...33S. Выходы первых дополнительных линий задержки 33 связаны со входами управляемого многопозиционного переключателя 32.
Устройство 30 управления фазовращателем 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 15 управления не участвует).
Многопозиционный управляемый переключатель 52 автоматически осуществляет последовательное переключение контактов в прямом по отношению к номерам линий задержек или в обратном порядке. Управление переключателей 32 осуществляется сигналом с выхода дополнительной схемы сравнения 37 по правилу: при поступлении очередного сигнала порядок переключении линий задержек 55 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. Оптимальный уровень сигналов для активного шумопонижения автоматически формируется посредством вторых управляемых усилителей 31.
Выбрав соответствующим образом постоянные времени процессов оптимизации фазовых и энергетических параметров сигналов для активного понижения шума, можно фактически устроить итерационный подбор и удержание (фиксацию) частотно-энергетических и частотно-временных параметров сигналов. Например, выбрав постоянную времени оптимизации энергетических параметров на порядок выше, чем постоянная времени оптимизации временных (фазовых) параметров, можно во время медленной процедуры подстройки оптимального уровня компонентов сигналов все время относительно быстро корректировать (подстраивать иди подбирать) фазовые параметры компонентов сигналов для активного понижения шума на различных частотах.
Недостатком подобной схемы подавления шумов является низкий уровень развязки принимаемых и излучаемых сигналов для активного понижения шума. Уровень развязки определяется разносом в пространстве получения сообщения точки установки зондирующего устройства 5 и излучателей 4, 10. При их приближении друг к другу система становится склонной к самовозбуждению, а динамический диапазон шумопонижения стремится к нулю.
Для повышения эффективности понижения шумов в изобретении RU, 2002113688 (PCT/RU 203/000254, опубл. 01.04.04) предложена система понижения шума, в которой используются зондирующие устройства 5, установленные вблизи источника шума. Применительно к решаемой в вышеупомянутом изобретении задачи (понижение шума авиамоторного средства) таким источником служит двигатель самолета.
В этом изобретении также описана система для передачи сообщений при автоматическом понижении шумовых компонентов в низкочастотной части шумового спектра авиамоторного средства, например на частотах от 20 до 100 Гц.
На фиг.8 показана структурная схема узлов блока обработки, позволяющая в автоматическом режиме осуществлять шумопонижение сигналов на этих частотах. При этом на частотах выше 100 Гц сигналы полезного сообщения могут передаваться в область пространства его получения (к органам слуха человека) как обычным способом - без каких-либо предыскажений сигналов сообщений, так и в режимах предыскажений частотно-энергетических и/или частотно-временных их параметров в автоматическом или неавтоматическом вариантах. Для реализации автоматического варианта корректировки параметров сигналов в области пространства получения сообщения (вблизи органов слуха человека) можно использовать сигналы с выхода зондирующего устройства 5 и выполнить блок обработки с возможностью реализации соответствующей функции, например - функции автоматического эквалайзера и/или автоматического корректора задержек компонентов сигналов сообщений. Вариант неавтоматической коррекции параметров сигналов реализуется посредством, например, эквалайзера и/или корректора частотно-временных параметров сигналов, управляемых вручную - на слух или с помощью общеизвестных методик и вспомогательной аппаратуры (например, измерения расстояния от громкоговорителей до головы слушателя с помощью линейки, расчета задержек этих сигналов с учетом скорости звука 340 м/с, введения предыскажающих задержек на частотах, где сигналы сообщения приходят, опережая отстающие компоненты).
В качестве примера конструктивного выполнения системы в этом изобретении описано шумопонижающее кресло (кресло для подавления шума и передачи информационных сигналов - фиг.9a). В соответствии с задачей этого изобретения подобное кресло должно использоваться как индивидуальная информационная система, которая устанавливается в определенном месте самолета, настраивается и обеспечивает комфортные (малошумящие) условия полета сидящему в нем человеку. Аналогичный подход реализован в конструкции шумопонижающей кровати - фиг.10.
Недостатком этих систем является возможное несоответствие правого и левого излучателя (каналов) правому и левому органу слуха человека, например, когда он переворачивается со спины на живот, лежа на кровати, фиг.10, или встает с кресла и поворачивается к нему лицом фиг.9. Подобное изменение каналов с правого на левый приводит к изменению местоположения КИЗ. Например, при просмотре видеоизображения звук пролетающего самолета из левой части экрана в правую часть будет восприниматься как звук от пролетающего самолета справа налево и весь эффект стереофонии будет сильно нарушен. Кажущаяся музыкальная сцена будет выглядеть инверсно, например звуки гитариста справа будут раздаваться - слева и наоборот.
Кроме того, в условиях малогабаритных квартир, кают яхт, кораблей, поездов определенные проблемы возникают с размещением акустических систем высокого качества. Дело в том, что для высокоэффективного воспроизведения низких частот требуется достаточно большой объем ящика - акустического оформления низкочастотной головки громкоговорителя. Для создания высокого звукового неискаженного звукового давления порядка 120 дБ при уровне нелинейных искажений не выше 2÷3% на частотах 20÷30 Гц объем ящика громкоговорителя составляет порядка 50÷150 л. Разместить такие габаритные акустические системы становится проблематично, поскольку для качественного звуковоспроизведения их нужно размещать, развернув в сторону расположения слушателя под определенным углом и симметрично для реализации эффекта стереофонии и минимизации частотно-энергетических и частотно-временных искажений сигналов сообщений.
Для устранения вышеуказанных недостатков многофункциональную систему передачи сообщений, содержащую источники 1 сигналов звуковых частот правого и левого каналов, блоки 2 обработки этих сигналов, выполненные с возможностью осуществления предыскажений сигналов источников 1, усилители 5, 9, излучатели 4, 10 правого и левого каналов установлены в корпусе 58 системы, выполненном в виде бытовою предмета, предназначенного для реализации инойчем передача сообщений, функции, например лежания или сидения на нем (например, в виде кресла (Фиг.9) или кровати (Фиг.10)). Согласно изобретению предлагается снабдить систему переключателями 39, предназначенными для переключения сигналов источника 1 правого канала в левый и наоборот для обеспечения соответствия мест расположения излучателей 4, 10 правого и левого каналов по отношению к правому и левому органу слуха человека.
Техническая реализация подобной системы может быть достигнута различными способами (вариантами). Эти варианты показаны на фиг.11-13 в виде обобщенных структурных схем, например двухканальной (стерео) системы с обратной связью и специальной обработкой сигналов источника сообщений правого и левого каналов и сигналов обратной связи правого и левого каналов. При этом на фиг.11-13 узлы системы, относящиеся, например, к правому каналу, обозначены цифрами без штриха над цифрой, а левого канала - цифрами со штрихом. Как видно из фиг.11-13, возможны различные варианты мест установки переключателей 39:
а) между источниками 1, 1, сигналов и первыми входами блоков 2, 2 обработки (Фиг.11);
б) между выходами блоков 2, 2 - обработки и выходами усилителей 3, 9, 3,9 (Фиг.12);
в) между усилителями 5, 9, 3, 9, и излучателями 4, 10, 4, 10.
В качестве переключателей 39 могут быть использованы любые известные виды и конструкции переключателей 39, переключаемых вручную или посредством управляющих сигналов (например, кнопочные переключатели типа П2К, реле, переключатели - интегральные микросхемы типа K176KT или при реализации этой функциональной возможности программным способом - в виде соответствующих операторов программного обеспечения алгоритма обработки сигналов источника 1 в блоке 2).
При использовании электронно-управляемых переключателей 39 в систему можно ввести по крайней мере один датчик 40 места положения человека по отношению к корпусу 38 системы. Посредством сигналов с выходов этих датчиков, связанных с управляющими входами переключателей 39, можно автоматизировать процесс их переключения. Конструктивно датчики могут быть установлены в корпусе кресла или кровати и включаться, когда человек садится на кресло или кровать (Фиг.9, 10). Принцип их действия может быть различным, например механическое их включение под воздействием веса человека, емкостным, или в качестве датчиков 40 могут быть использованы оптопары - фотоизлучатель и фотоприемник, установленные, например, с внутренней стороны подлокотников кресла, как показано на фиг.9. Садясь в подобное кресло, человек своим телом прерывает связь между фотоэлементами датчика 40 и инициирует процесс самоадаптации каналов звуковых частот. Правый излучатель 4 (или излучатели 4, 10, если каналы многополосные) излучает сигналы правого канала источника 1 вблизи правого уха человека. Соответственно левый излучатель 4′ излучает сигналы левого источника 1′ вблизи левого уха слушателя. Причем возможен вариант, при котором наряду с вышеуказанной функцией самоадаптации системы по выбору и установке каналов могут дополнительно оптимизироваться и другие функциональные возможности системы и ее основных узлов, например для оптимизации работы системы в режимах индивидуального и коллективного прослушивания (а в вариантах и просмотра) многоканальных звуковых сигналов. Например, блоки 2 обработки могут быть выполнены с возможностью изменения предыскажений сигналов источников 1 для реализации режимов индивидуального или коллективного получения сообщений звуковых частое: а) выполнены с возможностью формирования энергетических предыскажений сигналов источников 1, 1′, например посредством управляемых аттенюаторов 28 - в широкополосном режиме обработки сигналов источников, т.е. без многополосной фильтрации этих сигналов посредством фильтров 14; б) выполнены с возможностью формирования фиксированных частотно-энергетических и/или частотно-временных предыскажений сигналов источников 1, 1′. Эту функцию можно, например, использовать при индивидуальном прослушивании сигналов источников 1, 1′ в кресле с использованием в качестве блоков 2, 2′ обработки последовательно включены эквалайзеры и частотно-временные корректоры, стоящие в цепях между выходами источников 1, 1' сигналов и входами усилителей 3, 9, 3′, 9′. Настройка этих устройств может быть осуществлена в заводских условиях в неавтоматическом режиме с использованием так называемого "микрофона - головы", генератора широкополосных (шумовых) или синусоидально-импульсных (пачек) сигналов различных частот, спектроанализаторов и многоканальных осциллографов. Используя эти приборы и итерационные алгоритмы подбора частотно-энергетических и частотно-временных предыскажений измерительных сигналов, можно настраивать системы для индивидуального высококачественного прослушивания звуковых сигналов, зафиксировав (запомнив) найденные в результате настройки предыскажения сигналов. Для каждой подобной системы эти предыскажения могут быть различны в первую очередь из-за существенных различий АЧХ и ФЧХ излучателей 4, 10, 4′, 10′.
Если в систему ввести зондирующие устройства 5, 5′, предназначенные для приема сигналов звуковых частот вблизи органов слуха человека, а также выполнить блоки 2, 2′ с описанными выше разнообразными функциями по автоматическому подбору требуемых (оптимальных) предыскажений сигналов источника 1 сообщений и формированию сигналов для активного шумопонижения, то наряду с автоматизацией выбора правого и левого каналов в системе можно добиться существенно более высокого качества передачи сигналов сообщений. Подобные автоматизированные режимы самонастройки системы можно также использовать в процессе предварительной настройки в заводских условиях с последующей фиксацией оптимальных предыскажений.
Например, в системах с обратной связью слушатель может надеть на голову зондирующие устройства 5, 5′, расположенные вблизи его слуховых органов, включить систему в работу, например, по шумоподобным тест-сигналам или по реальным - информационным сигналам (в этом случае просто потребуется значительно больше времени для самоадаптации системы на всех частотах звукового диапазона) и произвести настройку системы с учетом конкретных акустических параметров (размера и формы головы, ее положения по отношению к излучателям 4, 10, 4′, 10′, одежды слушателя, акустических свойств помещения - наличия сильных переотражателей вблизи кресла и т.д.). В дальнейшем эти предыскажения можно ввести в память блока 2 обработки сигналов, выполненного, например, в виде персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением, или, например, не снимая эти зондирующие устройства 5, 5′ с головы, слушатель может перемещаться по комнате, где установлено кресло, и в соответствии с текущими искажениями звуковых сигналов система сама будет автоматически осуществлять предыскажения сигналов, связанные с многолучевостью, различными временными задержками компонентов как внутри каждого канала, так и между каналами. В результате этого в режиме индивидуального прослушивания сигналов вне кресла будет автоматически создаваться точный стереоэффект и высокоточное воспроизведение сигналов вблизи зондирующих устройств 5, 5′ правого и левого каналов, а следовательно, и вблизи органов слуха. В результате работы такой системы неравномерность АЧХ может быть снижена с ±20 дБ, например, до ±1÷3 дБ и повышен КПД излучателей 4, 10.
Если в помещении находится группа слушателей (или зрителей), то посредством соответствующих элементов блока 2 обработки (переключателей или операторов программы) можно отключить всевозможные корректоры (узлы) блока 2 и сигнал с его первых входов подать на выходы. Это целесообразно сделать, так как для нескольких областей пространства получения сообщений (нескольких слушателей) достаточно трудно реализовать системы с обратной связью за счет необходимости использования сложной методики многоканальной записи первоисточников звуков. В условиях априорной неопределенности параметров каналов сообщений для нескольких слушателей лучше вообще не вводить какие-либо предыскажения параметров сигналов, кроме, разве вышеуказанной правильной расстановки правого и левого каналов.
К особенностям конструкции кресла можно отнести, например, симметричную установку излучателей правого и левого каналов вблизи слуховых органов человека, сидящего на кресле (Фиг.9). Высокочастотные или средневысокочастотные излучатели 4, 10, 4′, 10′ могут быть установлены в корпусе 38 с возможностью изменения их пространственного местоположения по отношению к органам слуха человека. Они могут поворачиваться на опорно-поворотных устройствах 41 любой известной конструкции. Их перемещение может осуществлять слушатель вручную или они могут перемещаться, например разворачиваться, в сторону слушателя, когда он встает с кресла в автоматическом режиме. Направление разворота и угол может быть фиксированным или функционально зависеть от местоположения слушателя (области пространства получения сообщений). Для реализации подобного режима звуковоспроизводящая (а в варианте и видеосистема) должна быть доработана и содержать ряд новых элементов, позволяющих реализовать следующий способ повышения точности передачи сообщений. Он заключается в пространственной ориентации излучателей 4, 10 сообщений в направлении области пространства получения сообщений, отличающийся тем, что в качестве сообщений используют звуковые и/или визуальные сигналы, а ориентацию излучателей осуществляют посредством автоматизированной системы, выполненной с возможностью приема и обработки вспомогательных сигналов, излучаемых из области пространства получения сообщений в область пространства месторасположения излучателей 4, 10 сообщений для формирования сигналов, управляющих ориентацией излучателей в направлении области пространства получения сообщения. Другими словами, этот способ предполагает своеобразную пеленгацию сигналов, излучаемых из места расположения слушателя.
Один из возможных вариантов выполнения устройства для реализации способа показан на фиг.14. В качестве излучателя вспомогательных сигналов может быть использован пульт дистанционного управления системой, а в качестве приемного устройства - фотоэлектрические приемники 42, установленные в специальный корпус 45, обеспечивающий пространственную селекцию сигналов пульта. Подобный корпус может быть выполнен, например, в виде трубочек, расположенных под углом друг к другу (веером), внутри которых расположены приемные фотоэлементы. Сигнал на выходе соответствующего фотоэлемента 42 формируется, когда излучение сигналов происходит из какой-либо точки пространства, попадающего в диаграмму (телесный угол) приемного фотоэлемента 42. На соответствующий угол автоматически производится разворот, например высокочастотных излучателей 10, 10′ в сторону излучателя (области пространства получения сообщений), например и по углу места и по азимуту. Аналогичный способ можно использовать и для доворота устройства отображения визуальных сообщений 44, например с установленными на нем излучателями. Для автоматического поворота например, телевизора может быть использована специальная подставка, угол поворота которой определяется, работой электромотора, связанного редуктором с поворачиваемой частью подставки 41 и управляемого устройством определения угла ее поворота, выполненного, например в виде перфорированного диска с двух сторон которого расположены оптопары - датчики и схемы совпадения, выключающей электромотор, когда достигается требуемый угол поворота подставки 41 (когда сигналу фотоприемника соответствует сигнал оптопары).
Устройство 44 отображения визуальных сообщений может быть конструктивно связано с корпусов 58 системы посредством, например опорно-поворотного устройства 41 в виде "руки" робота-манипулятора, как показано на фиг.9б). Подобное техническое решение позволяет реализацию "домашнего кинотеатра" HI-End класса, как по точности воспроизведения сигналов звуковых частое, так и по точности (неискаженности) визуально воспринимаемой картинки. Установив на устройстве 44 отображения визуальных сообщений вышеописанное устройство, управляющее ориентацией излучателей сигналов источника сообщений, можно осуществлять одновременно и доворот на требуемый угол устройства 44 отображения визуальных сообщений (например плазменную панель) и излучателей 4, 10, 4′, 10′ сигналов звуковых частот.
В качестве источников 1 сигналов могут использоваться любые известные стерео или многоканальные источники сигналов (магнитофоны, проигрыватели CD, SACD, MP3 и др.).
Спинка креола может быть выполнена с возможностью изменения угла наклона - для более комфортного прослушивания сигналов или кресло может быть выполнено в виде кресла-кровати. В спинке или в сиденье кресла могут устанавливаться излучатели 4, 10, 4′, 10′. Сиденье кресла может быть выполнено в виде сабвуфера, а спинка в виде стереофонической акустической системы. Если корпус 38 системы выполнен в виде кровати, то хотя бы одна из спинок кровати, например находящаяся у изголовья, может быть выполнена в виде акустической стереофонической системы, при этом лежанка кровати может быть выполнена в виде супермощного сабвуфера (Фиг.10).
Если в систему ввести дополнительное зондирующее устройство 5, устанавливаемое, например, внутри или снаружи окна (стеклопакета) или на стене (в стене) помещения, то посредством этого устройства возможен прием внешних шумовых сигналов, из которых путем их обработки в блоке 2 обработки можно формировать сигналы для активного понижения шума. Для этого блок 2 обработки сигналов выполняют с возможностью подбора параметров этих сигналов в автоматическом или неавтоматическом режимах. В режиме автоматического подбора параметров шумопонижающих сигналов в систему вводят вышеописанные зондирующие устройства 5, установленные вблизи области пространства получения сообщений (понижения шумов).
Кроме того, блоки 2 обработки сигналов звуковых частот могут быть выполнены с возможностью шумопонижения сигналов источника и/или с возможностью анализа текущих спектров сигналов сообщений и формирования сигналов управления, предназначенных для изменения режимов работы усилителей 3, 9, 3′, 9′, например, перевода их из режима А в режим АВ или В и/или подключения на выходах усилителей 3, 9, 3′, 9′ токоограничительных резисторов и/или изменения уровня напряжения, питающего усилители и/или изменения конфигурации схемы усилителей 3, 9, 3′, 9′, например, путем их мостового включения или параллельного подключения к выходным каскадам усилителей 3, 9, 3′, 9′ дополнительных усилителей тока и/или изменения напряжения, подаваемого на вентиляторы охлаждения.
Все вышеописанные технические решения общеизвестны и не требуют детального пояснения. Например, подключение на выходах усилителей 3, 9, 3′, 9′ токоограничительных резисторов позволяет резко повысить сопротивление нагрузки усилителей 3, 9, и, следовательно, понизить уровень нелинейных и интермодуляционных искажений, повысить соотношение сигнал/шум (помеха), а также исключить травмирование органов слуха человека, сидящего в кресле вблизи излучателей 4, 10, 4′, 10′. Действия могут осуществляться автоматически посредством вышеописанных датчиков переключения правого канала в левый и наоборот. Посредством этих же датчиков можно управлять и режимами работы усилителей 3, 9, например, переводить их из режима А в режим АВ или В. Многополосный принцип обработки сигналов сообщений позволяет осуществлять текущий анализ спектров передаваемого сообщения и формировать разнообразные сигналы управления, например повышать напряжение питания усилителя или перекрывать прохождение сигналов источника на частотах, где их уровень низок, реализуя фактически режим многополосного шумопонижения сигналов источника 1. Вместе с компонентами сигналов источника 1 на этих частотах также отсутствуют компоненты шумов и помех. За счет этого повышается точность передаваемых сообщений. Растет соотношение сигнал/шум. Таким образом, совокупность существенных признаков, связанных друг с другом по вышеописанным функциональным и конструктивным связям, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения всем критерия патентоспособности: "новизна", "изобретательский уровень", "промышленная применимость".
Промышленная применимость
Изобретение можно использовать в строительстве при разработке активных стеклопакетов, предназначенных для улучшенного шумопонижения, в мебельной индустрии для производства многофункциональных кресле и кроватей преимущественно для малогабаритных квартир, помещений транспортных средств, а также в радиотехнике для создания систем звуковоспроизведения, "домашних кинотеатров" HI-End класса.
Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах обработки сигналов звуковых частот и сигналов видеоизображения. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата осуществляют пространственную ориентацию излучателей сообщений в направлении области пространства получения сообщений посредством работы автоматизированной системы. При этом автоматизированная система выполнена с возможностью приема и обработки вспомогательных сигналов, излучаемых из области пространства получения сообщений в область пространства месторасположения излучателей сообщений. В качестве излучателя вспомогательных сигналов используют пульт дистанционного управления системой передачи сообщений. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 14 ил.
| US 5216769 А, 08.06.1993 | |||
| Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
| Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
| Устройство для акустического воспроизведения | 1975 |
|
SU575787A1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА | 1987 |
|
RU2070020C1 |
