УСТРОЙСТВО ЦВЕТОВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ МУЗЫКИ Российский патент 2011 года по МПК G10D17/00 

Изобретение относится к устройствам цветомузыки и может быть использовано для перевода сигналов музыкальных инструментов в цветовой образ.

Аналогом является система цветового сопровождения музыки [1, с.90], построенная на принципе смешения цветов: плавное изменение цветности на экране смешением световых потоков трех цветов: красного, зеленого и синего, и изменения их яркости. Установка включает систему прожекторов и трубчатые галогенные лампы накаливания. Система включает двенадцать групп прожекторов, размещаемых по экрану 36×12 м так, что можно получать разнообразные варианты динамического и статического освещения экрана. Управление работой установки цветомузыки выполняется со специального пульта, имеющего клавиатуру. Недостатки аналога: установка стационарная и для больших помещений, управление цветами не от звуковых сигналов инструментов, а с пульта специальным цветорежиссером, выполняется цветовое сопровождение музыки, а не цветовое ее отображение. Прототипом принимается приставка “Спектр-10” [2, с.98] цветового сопровождения звука, воспроизводимого с носителей звука: грампластинок или магнитофона, включает предварительный усилитель, три активных полосовых фильтра звуковой частоты, три детектора, три ключевых каскада, три тиристора и три группы ламп накаливания со светофильтрами из цветного стекла: красного, зеленого и синего. Входной сигнал звука тремя полосовыми фильтрами разделяется на три частотные полосы, три сигнала этих частот детектируются, поступают на три ключевых каскада, управляющие открытием трех тиристоров, которые управляют яркостью свечения трех групп ламп накаливания в зависимости от частоты и амплитуды звукового сигнала. Цвета свечения ламп смешиваются общим рассеивателем, чем и создается подобие цветной гаммы. Недостатки прототипа: выполняется цветовое сопровождение звука, а не цветовое отображение ее, не создаются условия для объемного восприятия цветового образа звука.

Цель изобретения - осуществление объемного цветового отображения стереозвуковых сигналов непосредственно по сигналам музыкальных инструментов.

Техническими результатами являются получение наибольшего диапазона цветового охвата /наибольшего количества смешиваемых цветов/ отображением звуковых сигналов смешиванием семи хроматических цветов и двух нехроматических цветов белого и желто-зеленого и цветовое отображение стереозвуков на двух экранах для получения объемного цветового отображения музыки.

Сущность изобретения в том, что устройство цветового отображения музыки выполняется двухканальным, каждый из которых включает последовательно соединенные блок полосовых активных фильтров звуковой частоты, девять АЦП, первые девять блоков импульсных усилителей, каждый из которых содержит по числу разрядов в коде восемь импульсных усилителей, вторые девять блоков импульсных усилителей, каждый из которых содержит восемь блоков выходных импульсных усилителей, каждый из которых включает по 10⁶ выходных импульсных усилителей, и включает плоскопанельный экран, и в него введены очки раздельных полей зрения.

Структурная схема устройства - на фиг.1, структурная схема первого канала - на фиг.2, структурная схема второго канала - на фиг.3, общий вид элемента матрицы экрана - на фиг.4, вид элемента матрицы сверху - на фиг.5, излучающая ячейка - на фиг.6.

Устройство цветового отображения музыки /фиг.1/ включает генератор 1 импульсов дискретизации U_д, выдающий импульсы с частотой 36 кГц, два идентичных канала, каркас 16 для размещения в нем двух плоскопанельных экранов 8 и 15 и очки раздельных полей зрения.

Первый канал включает /фиг.1, 2/ последовательно соединенные предварительный усилитель 2, вход которого является первым информационным входом устройства, блок 3 полосовых фильтров звуковой частоты /ЗЧ/, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ, диапазоны полос фильтров ЗЧ в таблице 1, блок 4 детекторов, включающий девять амплитудных детекторов, вход каждого из них подключен к выходу своего активного полосового фильтра ЗЧ в блоке 3, выходы девяти амплитудных детекторов являются первым - девятым выходами блока 4, включает девять АЦП 5₁-5₉, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу блока 4, первые девять блоков 6₁-6₉ импульсных усилителей, каждый из которых содержит по числу разрядов в коде восемь импульсных усилителей, вторые девять блоков 7₁-7₉ импульсных усилителей, каждый из которых содержит восемь блоков 7_1-1-7_1-8 /фиг.2/ импульсных усилителей, каждый из которых включает по 10⁶ выходных импульсных усилителей, входы которых объединены, а объединенные входы являются первым - восьмым входами каждого из вторых блоков 7₁-7₉, выходами которых являются выходы всех выходных импульсных усилителей:

8_{разрядов}×9_блоков7₁-7₉×10⁶=72×10⁶, и включает левый неподвижный плоскопанельный экран 8, входы которых с первого по 72×10⁶ подключены к стольким же выходам девяти блоков 7₁-7₉ импульсных усилителей.

Второй канал включает /фиг.1, 3/ последовательно соединенные предварительный усилитель 9, блок 10 полосовых фильтров звуковой частоты /ЗЧ/, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ идентично блоку 2 первого канала /таблица 1/, блок 11 детекторов, включающий девять амплитудных детекторов, вход каждого из которых подключен к выходу своего активного полосового фильтра ЗЧ в блоке 10, а выходы девяти амплитудных детекторов являются первым - девятым выходами блока 11, включает девять АЦП 12₁-12₉ /фиг.3/, вход каждого из них подключен к соответствующему выходу блока 11, первые девять блоков 13₁-13₉ импульсных усилителей, каждый из которых содержит по числу разрядов в коде восемь импульсных усилителей, включает вторые девять блоков 14₁-14₉ импульсных усилителей, каждый из которых содержит восемь блоков 14_1-1-14_1-8 /фиг.3/ импульсных усилителей, каждый из которых включает по 10⁶ выходных импульсных усилителей, входы которых объединены, а объединенные входы являются первым - восьмым входами каждого из вторых блоков 14₁-14₉ /фиг.1/, подключенные к первому - восьмому выходам соответствующего первого блока 13₁-13₉ импульсных усилителей, и включает правый подвижный плоскопанельный экран 15, входы которого с первого по 72×10⁶ подключены к стольким же выходам вторых девяти блоков 14₁-14₉ импульсных усилителей. Вариант пропускаемых полос звуковых частот в девяти активных полосовых фильтрах в таблице 1.

Таблица 1 Полосы частот 30-100 100-300 300-900 900-1500 Гц Цвет красный оранжевый желтый желто-зеленый Полосы частот 1500-2500 2500-4500 4500-8000 8000-13000 Гц Цвет зеленый голубой синий фиолетовый Полосы частот 13000-16000 Гц   Цвет белый

Неподвижный левый 8 и подвижный правый 15 плоскопанельные экраны расположены в соответствующем каркасе 16 /фиг.1/, нижняя часть которого под правым экраном 15 имеет соответствующие опорные ролики для перемещения по ним правого экрана 15 в диапазоне, например, ±15 см. Экраны 8, 15 идентичны, каждый содержит матрицу элементов, которых по числу разрешения экрана, в описываемом варианте принято разрешение 1000×1000 пикселов, содержит 10⁶ элементов. Каждый элемент матрицы формирует свой пиксел девятью излучающими ячейками /фиг.4/, которые излучают семь хроматических цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый и два нехроматических цвета желто-зеленый и белый. Общий вид элемента матрицы на фиг.4, 5 и включает непрозрачный корпус 21, объединяющий девять излучающих ячеек 22-30, расположенных в три ряда: верхний ряд ячеек 22, 23, 24 излучают красный, оранжевый, желтый цвета, средний ряд ячеек 25, 26, 27 излучают желто-зеленый, белый, зеленый цвета, нижний ряд ячеек 28, 29, 30 излучают голубой, синий, фиолетовый цвета. По устройству излучающие ячейки идентичны, каждая содержит /фиг.5, 6/ корпус 31, в переднем торце которого расположена микролинза 32, в выходном торце корпуса размещен соответствующего цвета цветной светофильтр 33, между микролинзой 32 и цветным светофильтром 33 расположен корпус 34 диафрагмы /фиг.5/ с восемью прорезями, в которых размещены по числу разрядов в коде восемь нейтральных микросветофильтров 35_1-8 /фиг.6/, прикрепленных соответствующим образом к своим микропьезоэлементам 36_1-8, первые торцы которых с двумя управляющими входами жестко закреплены в корпусе 34 диафрагмы, к вторым свободным концам микропьезоэлементов 36 прикреплены нейтральные микросветофильтры 35_1-8, которые при отсутствии управляющих импульсов с блоков 7₁-7₉ и 14₁-14₉ /фиг.1/ полностью перекрывают поток излучения от микролинзы 32 /фиг.6/. Излучающие ячейки работают идентично, принцип их действия основан на том, что каждый нейтральный микросветофильтр 35 поглощает излучение потока от микролинзы 32 соответственно весу своего разряда в коде, коэффициенты поглощения /ослабления/ излучения в таблице 2. Значения коэффициентов соответствуют принципу двоичного кода.

Таблица 2 Номер разряда в коде Вес разряда в коде Коэффициенты поглощения /ослабления/ излучения 1 старший 2⁷ /128/ 0,5 50% 2 2⁶ /64/ 0,25 25% 3 2⁵ /32/ 0,125 12,5% 4 2⁴ /16/ 0,0625 6,25% 5 2³ /8/ 0,03125 3,125% 6 2² /4/ 0,015625 1,56% 7 2¹ /2/ 0,0078 0,78% 8 2⁰ /1/ 0,0039 0,39%

Микросветофильтры 35 расположены по оптической оси микролинзы 32 друг за другом в порядке убывания значений коэффициентов, нейтральный микросветофильтр 35₁ /фиг.6/ с наибольшим коэффициентом поглощения расположен первым от микролинзы 32. Излучение от источников облучения /подсветки/ сверхъярких светодиодов белого свечения микролинзой 32 направляется через нейтральные микросветофильтры 35 на цветной светофильтр 33, придающий излучению с ячейки нужный цвет. Излучающая ячейка 26 излучает белый цвет, поэтому она не имеет цветного светофильтра, вместо него прозрачное стекло. Первый и второй управляющие входы микропьезоэлементов 36 /фиг.6/ являются управляющими входами элемента матрицы и подключены к соответствующим выходным импульсным усилителям в блоках 7₁-7₉ и 14₁-14₉ /фиг.1/. В отсутствие управляющих импульсов /сигналов единиц кода/ микропьезоэлементы 36 находятся в ненапряженном состоянии, все микросветофильтры 35 расположены по оптической оси микролинзы 32, поток излучения полностью перекрыт. При поступлении управляющего импульса на микропьезоэлемент 36 его свободный конец изгибается и выводит свой нейтральный микросветофильтр 35 из потока излучения на длительность управляющего импульса 27,7 мкс //, чтобы не перекрывал поток излучения, что соответствует единице в разряде кода, не выведенный из потока нейтральный микросветофильтр 35 соответствует в разряде нулю /фиг.6/. При поступлении кода из одних единиц 11111111 из потока выводятся все микросветофильтры 35_1-8, а из ячейки идет максимальное излучение. При поступлении разных кодов из потока выводятся микросветофильтры 35, соответствующие единицам в коде. В качестве микропьезоэлементов 36 применяются трубчатые пьезоэлементы, работающие на изгиб, прочные и пригодные для длительной работы [3, с.27]. Излучающие ячейки выполняются максимально миниатюрными для получения элементов матриц размерами до 3×3 мм. Излучающие ячейки изготавливаются отдельно, объединяются в корпусе 21 /фиг.4/, а из элементов матриц набираются экраны 8, 15. Ячейки выполняют преобразование “код - яркость излучения”. Излучение девяти излучающих ячеек смешивается на выходе элемента матрицы, и формируется пиксел яркостью и цветовым тоном соответственно кодов девяти цветов. Облучение всех микролинз 32 всех элементов матриц выполняется сверхъяркими светодиодами белого свечения, расположенными в соответствующем количестве и в соответствующем порядке на тыльной стороне внутри корпуса экранов 8, 15, чтобы каждый светодиод облучал несколько микролинз 32. Устройство включает /фиг.1/ очки 17 раздельных полей зрения, которые представляют оправу 18 с дужками для ушей, окна очков без стекол, между собой соединены подвижно вертикальной осью 19 для поворота относительно друг друга в горизонтальной плоскости. Каждое окно имеет конусную бленду 20 на конце прямоугольной формы под форму экрана. Каждая бленда из двух частей: первая часть вкручивается в очко, вторая часть подвижная, выдвигается и вдвигается в первую для изменения длины бленды.

Работа устройства.

К входам предварительных усилителей 2 и 9 подключается источник звукового стереосигнала. Включается питание, сигналы стереозвука после усиления поступают на входы блоков 3 и 10 полосовых фильтров ЗЧ, выделяющие на первом - девятом выходах сигналы соответствующих частот звуковой частоты, которые поступают в блоки 4 и 11, где дектируются и поступают в АЦП 5₁-5₉ и 12₁-12₉, формирующие восьмиразрядные коды будущих цветовых сигналов, коды в параллельном виде с частотой импульсов дискретизации 36 кГц с АЦП поступают в первые блоки 6₁-6₉ и 13₁-13₉ импульсных усилителей, сигналы разрядов в кодах усиливаются до необходимой величины и поступают во вторые блоки 7₁-7₉ и 14₁-14₉ импульсных усилителей, где импульсы разрядов кодов формируются по длительности в амплитуде и размножаются выходными импульсными усилителями в блоках 7_1-1-7_1-8…7_9-1-7_9-8 в первом канале и 14_1-1-14_1-8…14_9-1-14_9-8 во втором канале по всем одноцветовым излучающим ячейкам элементов матриц экранов 8 и 15. Зритель надевает очки, настраивает поля зрений очков. Перемещением экрана 15 /фиг.1/ в каркасе 16 подбирает расстояние между экранами так, чтобы экраны входили в поля зрений очков. Точная подстройка полей зрения выполняется поворотом окон очков и изменением длин их бленд. Излучаемые с ячеек 34 цвета на выходе каждого элемента матрицы смешиваются, формируется цветовой тон и яркость их общего пиксела. Цветовое отображение звуковых сигналов в первом и втором каналах идет синхронно на двух экранах: левый глаз видит цветовой образ звукового сигнала на левом экране 8, правый глаз принимает цветовой образ звукового сигнала на правом экране. По цветовой и временной разнице на экранах общий цветовой образ музыкального момента примет объемный вид и по глубине. Цветовые образы двух стереозвуковых сигналов создадут для зрителя игру цветов спектра и игру цветов по глубине.

Устройство может быть выполнено с большими экранами для больших помещений и с небольшими экранами для индивидуального пользования в домашних условиях. Откроются интересные возможности для композиторов, художников и всех пользователей.

Использованные источники

1. Г.И.Ашкенази. Цвет в природе и технике. 4-е изд-е, М., 1985, с.90.

2. Н.В.Громов, Т.Д.Залесов, Б.К.Карро-Эст. Радиоприемники, радиолы, электрофоны и магнитофоны. Справочная книга. Лениздат, 1983, с.98.

3. А.Ф.Плонский, В.И.Теаро. Пьезоэлектроника. М., 1979, с.26, 27.

Изобретение относится к устройствам цветомузыки и может быть использовано для перевода сигналов музыкальных инструментов в цветовой образ. Техническими результатами являются получение наибольшего диапазона цветового охвата при отображении звуковых сигналов смешиванием семи хроматических и двух нехроматических цветов и цветовое отображение стереозвуков на двух экранах для получения объемного цветового отображения музыки. Устройство выполняется двухканальным, в каждый канал из которых вводятся по числу цветов девять АЦП, первые девять и вторые девять блоков импульсных усилителей и плоскопанельный экран. Устройство снабжено очками для раздельных полей зрения. 6 ил., 2 табл.

Устройство цветового изображения музыки, содержащее предварительный усилитель, активные полосовые фильтры звуковых частот (ЗЧ) и амплитудные детекторы, отличающееся тем, что в него введены генератор импульсов дискретизации, два идентичных канала и очки раздельных полей зрения, первый канал включает последовательно соединенные предварительный усилитель, вход которого является первым входом устройства цветового отображения музыки, блок полосовых фильтров ЗЧ, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ, и блок детекторов, содержащий девять амплитудных детекторов, вход каждого из которых подключен к выходу своего активного полосового фильтра ЗЧ, а выходы девяти амплитудных детекторов являются первым - девятым выходами блока детекторов, включает девять аналого-цифровых преобразователей (АЦП), вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу блока детекторов, а управляющие входы девяти АЦП объединены и подключены к выходу генератора импульсов дискретизации, первые девять блоков импульсных усилителей, первый - восьмой входы каждого из которых подключены соответственно к первому - восьмому выходам своего АЦП, включает вторые девять блоков импульсных усилителей, первый - восьмой входы каждого из которых подключены соответственно к первому - восьмому выходам соответствующего первого блока импульсных усилителей, и включает левый неподвижный плоскопанельный экран, входы которого с первого по 72×10⁶ подключены соответственно к стольким же выходам вторых девяти блоков импульсных усилителей, каждый из первых девяти блоков импульсных усилителей содержит восемь блоков импульсных усилителей по числу разрядов в коде, входы которых являются первым - восьмым входами каждого из первых девяти блоков импульсных усилителей, каждый из вторых девяти блоков импульсных усилителей содержит восемь блоков выходных импульсных усилителей, каждый из которых включает по 10⁶ выходных импульсных усилителей, входы которых объединены, а объединенные входы являются первым - восьмым входами каждого из вторых девяти блоков импульсных усилителей, выходы всех выходных импульсных усилителей с первого по 72×10⁶ являются выходами вторых девяти блоков импульсных усилителей, второй канал включает последовательно соединенные предварительный усилитель, вход которого является вторым входом устройства цветового отображения музыки, блок полосовых фильтров ЗЧ, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ, и блок детекторов, содержащий девять амплитудных детекторов, вход каждого из которых подключен к выходу своего активного полосового фильтра ЗЧ, а выходы девяти амплитудных детекторов являются первым - девятым выходами блока детекторов, включает девять АЦП, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу блока детекторов, а управляющие входы девяти АЦП объединены и подключены к выходу генератора импульсов дискретизации, включает первые девять блоков импульсных усилителей, первый - восьмой входы каждого из которых подключены соответственно к первому - восьмому выходам своего АЦП, вторые девять блоков импульсных усилителей, первый - восьмой входы каждого из которых подключены соответственно к первому - восьмому выходам соответствующего первого блока импульсных усилителей, и включает правый подвижный плоскопанельный экран, входы которого с первого по 72×10⁶ подключены соответственно к стольким же выходам вторых девяти блоков импульсных усилителей, каждый из первых девяти блоков импульсных усилителей содержит по числу разрядов в коде восемь импульсных усилителей, входы которых являются первым - восьмым входами каждого из первых девяти блоков импульсных усилителей, каждый из девяти вторых блоков импульсных усилителей содержит восемь блоков выходных импульсных усилителей, каждый из которых включает по 10⁶ выходных импульсных усилителей, входы которых объединены, а объединенные входы являются первым - восьмым входами в каждом из вторых девяти блоков импульсных усилителей, выходы всех выходных импульсных усилителей с первого по 72×10⁶ являются выходами вторых девяти блоков импульсных усилителей, левый неподвижный и правый подвижный плоскопанельные экраны размещены в соответствующем каркасе, нижняя часть которого под правым подвижным экраном имеет соответствующие опорные ролики для перемещения по ним правого подвижного экрана в соответствующем диапазоне влево и вправо, плоскопанельные экраны идентичны, каждый содержит матрицу элементов, которых по числу разрешения экрана 10⁶ (1000×1000), каждый элемент матрицы содержит непрозрачный корпус соответствующей формы, в котором в три ряда размещены девять излучающих ячеек: в верхнем ряду слева направо три ячейки, излучающие красный, оранжевый и зеленый цвета, в среднем ряду три ячейки, излучающие желто-зеленый, белый и зеленый цвета, в нижнем ряду три ячейки, излучающие голубой, синий и фиолетовый цвета, излучающие ячейки выполнены идентично, каждая содержит корпус, в переднем торце которого расположена микролинза, в выходном торце корпуса расположен цветной светофильтр соответственно цвету излучения ячейкой, ячейка, излучающая белый цвет, цветного светофильтра не имеет, вместо него прозрачное стекло, между микролинзой и светофильтром размещен корпус диафрагмы с восемью прорезями, в которых размещены восемь нейтральных микросветофильтров, соответствующим образом прикрепленные к своим восьми микропьезоэлементам, первые торцы которых с двумя управляющими входами жестко закреплены в корпусе диафрагмы, к вторым свободным концам микропьезоэлементов прикреплены нейтральные микросветофильтры, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения, значения которых соответствуют принципу двоичного кода, расположены нейтральные микросветофильтры по оптической оси микролинзы в порядке убывания коэффициентов поглощения излучения, облучение микролинз излучающих ячеек осуществляется сверхяркими светодиодами белого свечения, размещенными в соответствующем количестве и в соответствующем порядке на тыльной внутренней стороне корпуса плоскопанельного экрана, очки раздельных полей зрения представляют оправу с дужками для ушей, окна очков без стекол, между собой окна очков соединены подвижно вертикальной осью, каждое окно имеет конусную бленду на конце прямоугольной формы под форму экрана, бленды из двух частей: первая часть вкручивается в очко, вторая часть подвижная, выдвигается и вдвигается в первую.