ИМИТАТОР УШНОГО ШУМА Российский патент 2024 года по МПК A61B5/12 G09B23/28 

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для имитации, моделирования и анализа ушного шума человека.

Известен цифровой синтезатор изменяющейся частоты (Авторское свидетельство СССР №1298836, кл. Н03В 29/00, 1987. Цифровой синтезатор изменяющейся частоты. В.Ю. Капустин, В.С. Григорьев, С.В. Попов и Л.В. Иволга), содержащий датчик кода длительности сигнала, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, датчик кода диапазона частот, первый делитель частоты с дробно-переменным коэффициентом деления, датчик кода начальной частоты, реверсивный счетчик, второй делитель частоты с дробно-переменным коэффициентом деления, счетчик приращения фазы, вычислитель амплитуд, цифроаналоговый преобразователь, задающий генератор, второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, счетчик, блок памяти и датчик адреса функции.

Известен цифровой синтезатор изменяющейся частоты (Авторское свидетельство СССР №1578800, кл. Н03В 23/00, 1990. Цифровой синтезатор изменяющейся частоты. В.Ю. Капустин, В.С. Григорьев и О.Л. Лапаухова), содержащий датчик кода длительности сигнала, датчик адреса функции, датчик кода диапазона частот, датчик кода начальной частоты, блок памяти, перемножитель, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, накапливающий сумматор, сумматор, генератор тактовых импульсов, блок вычисления фазы, вычислитель амплитуды и цифроаналоговый преобразователь.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому является цифровой синтезатор изменяющейся частоты (Патент на изобретение №2765264, кл. Н03В 23/00, 2022. Цифровой синтезатор изменяющейся частоты. В.Ю. Капустин), содержащий датчик кода длительности сигнала, датчик адреса периодической функции, датчик длины псевдослучайной последовательности, датчик кода диапазона частот, датчик кода начальной частоты, блока формирования случайной последовательности, первый перемножитель, сумматор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, блок вычисления периодической функции, коммутатор, генератор тактовых импульсов, блок вычисления фазы, блок вычисления амплитуды, датчик адреса амплитудно-модулирующей функции, блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, второй перемножитель, цифро-аналоговый преобразователь и фильтр нижних частот.

Однако недостатком таких синтезаторов является невозможность формирования акустического образа ушного шума человека.

Цель изобретения - обеспечить возможность формирования акустического образа ушного шума человека.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор изменяющейся частоты, содержащий последовательно соединенные датчик адреса периодической функции, блок вычисления периодической функции, коммутатор, первый перемножитель, первый сумматор, блок вычисления фазы, блок вычисления амплитуды, второй перемножитель, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные датчик длины псевдослучайной последовательности и блок формирования псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, последовательно соединенные датчик кода длительности сигнала и делитель с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с тактовыми входами блока вычисления периодической функции и блока формирования случайной последовательности, датчик кода диапазона частот, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя, датчик кода начальной частоты, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные датчик адреса амплитудно-модулирующей функции и блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, второй вход блока вычисления амплитудно-модулирующей функции соединен с выходом коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами делителя с переменным коэффициентом деления и блока вычисления фазы, дополнительно введены последовательно соединенные первый датчик кода интенсивности, первый управляемый аттенюатор, второй сумматор, второй вход первого аттенюатора соединен с выходом фильтра нижних частот, последовательно соединенные второй блок формирования псевдослучайной последовательности, второй блок вычисления фазы, второй блок вычисления амплитуды, третий перемножитель, второй цифро-аналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот, второй управляемый аттенюатор, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик адреса амплитудно-модулирующей функции, второй блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, выход которого соединен с вторым входом третьего перемножителя, а второй вход соединен с выходом второго блока формирования псевдослучайной последовательности, второй датчик кода интенсивности, выход которого соединен с вторым входом второго управляемого аттенюатора, тактовый вход второго блока вычисления фазы соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

На Фиг. 1 приведена структурная схема имитатора ушного шума.

Имитатор ушного шума содержит последовательно соединенные датчик адреса периодической функции 2, блок вычисления периодической функции 11, коммутатор 12, первый перемножитель 7, первый сумматор 8, первый блок вычисления фазы 13, первый блок вычисления амплитуды 15, второй перемножитель 20, первый цифро-аналоговый преобразователь 23, первый фильтр нижних частот 26, первый управляемый аттенюатор 29 и второй сумматор 32, а также последовательно соединенные датчик длины псевдослучайной последовательности 3 и первый блок формирования псевдослучайной последовательности 6, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 12, последовательно соединенные датчик кода длительности сигнала 1 и делитель с переменным коэффициентом деления 10, выход которого соединен с тактовыми входами блока вычисления периодической функции 11 и первого блока формирования псевдослучайной последовательности 6, датчик кода диапазона частот 4, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя 7, датчик кода начальной частоты 5, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 8, последовательно соединенные первый датчик адреса амплитудно-модулирующей функции 18 и первый блок вычисления амплитудно-модулирующей функции 19, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя 20, второй вход первого блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 19 соединен с выходом коммутатора 12, первый датчик кода интенсивности 28, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого аттенюатора 29, последовательно соединенные второй блок формирования псевдослучайной последовательности 9, второй блок вычисления фазы 14, второй блок вычисления амплитуды 16, третий перемножитель 21, второй цифро-аналоговый преобразователь 24, второй фильтр нижних частот 27 и второй управляемый аттенюатор 30, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 32, последовательно соединенные второй датчик адреса амплитудно-модулирующей функции 25 и второй блок вычисления амплитудно-модулирующей функции 22, выход которого соединен с вторым входом третьего перемножителя 21, а второй вход соединен с выходом второго блока формирования псевдослучайной последовательности 9, второй датчик кода интенсивности 31, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого аттенюатора 30 и генератор тактовых импульсов 17, выход которого соединен с тактовыми входами делителя с переменным коэффициентом деления 10, первого блока вычисления фазы 13 и второго блока вычисления фазы 14.

Имитатор ушного шума работает следующим образом.

С помощью датчиков 1-5, 18, 28 устанавливают необходимые значения длительности сигнала Т_с, адреса требуемой функции изменения частоты или длины формируемой М-последовательности, диапазона D изменения частоты, начальной частоты F₀, адреса амплитудно-модулирующей функции и величины интенсивностей для узкополосного сигнала. В зависимости от того, какой выбран закон изменения частоты, регулярный или псевдослучайный, на выход коммутатора 12 будет поступать код q_i закона изменения частоты либо с выхода блока вычисления периодической функции 11, либо с выхода первого блока формирования псевдослучайной последовательности 6. По каждому импульсу с выхода делителя с переменным коэффициентом деления 10 на вход первого перемножителя 7 будет поступать новое значение кода q_j изменения частоты. Делитель с переменным коэффициентом деления 10 обеспечивает отработку необходимой длительности Т_ч закона изменения частоты

Т_ч=K*Т_с.

Отработка необходимого диапазона D изменения частоты обеспечивается первым перемножителем 7, в котором код q_i умножается на величину D и далее полученный код суммируется первым сумматором 8 с кодом начальной частоты F₀. Полученный код Q поступает на вход первого блока вычисления фазы 13, т.е.

Q=F₀+D*q_j.

Первый блок вычисления фазы 13 и первый блок вычисления амплитуды 15 обеспечивают формирование выходной синусоидальной функции с частотой, определяемой выражением:

F(Q)_вых=F_c*Q/2^m=(F₀+D*q_j)*Fc/2^m,

где, m - разрядность первого блока вычисления фазы 13;

*qj - код изменения частоты, который может изменяться в диапазоне от минус единицы до плюс единицы.

При условии, что F_c численно равна 2^m, имеем F(Q)_вых, численно равную Q. Таким образом величина Q полностью определяет значение выходной частоты.

F(Q)_вых=Q=(F₀+D*q_j).

При установленном диапазоне изменения частот, равным нулю, частота выходного сигнала будет фиксированной и равной значению кода F₀, т.е. на выходе мы получим тональный сигнал. Если в качестве периодической функции изменения частоты будет использована какая-либо монотонная возрастающая функция, например, линейная, то частоты выходного сигнала будет меняться от значения F₀ до F₀+D и, наоборот, если будет использована монотонная ниспадающая функция, то частота выходного сигнала будет изменяться от величины F₀-D до F₀. При использовании в качестве периодической функции изменения частоты знакопеременной функции, например, синусоидальной, то частота выходного сигнала будет колебаться от значения F₀-D до значения F₀+D. Таким образом видно, что величина F₀, в зависимости от используемой функции изменения частоты может быть значением начальной частоты, конечной частоты и средней частоты. Точно также, при использовании в качестве функции изменения выходной частоты псевдослучайной М-последовательности, можно получить в качестве выходного сигнала узкополосный шум с центральной частотой F₀ полосой от F₀-D до F₀+D и при фиксированном знаковом разряде, плюсовом или минусовом, получим соответственно полосовой шум в диапазоне от F₀ до F₀+D или от F₀-D до F₀.

Одновременно, код q_j с выхода коммутатора 12 поступает на вход первого блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 19, который формирует код амплитуды выходного сигнала, в зависимости от текущего значения девиации. Полученный код амплитуды, поступает на вход второго перемножителя 20. В результате на выходе получаем синусоидальный сигнал, амплитуда которого определяется выражением:

или при F_c=2^m получим

.

В результате получаем на выходе устройства синусоидальный сигнал, амплитуда которого зависит только от текущего значения девиации q, сигнала и не зависит от значения начальной частоты F₀. При этом закон изменения амплитудной модуляции не зависит от величины девиации D и действует только в пределах выбранной полосы частот выходного сигнала.

Таким образом, устанавливая параметры аудиометра следующим образом:

При D=0; А=1,0 - на выходе аудиометра получаем тональный тестовый сигнал с частотой F0 определяемой кодом датчика кода начальной частоты 5.

При D 0; А=1,0; qj=Sin(X) - на выходе аудиометра получаем частотно-модулированный тестовый сигнал с центральной частотой F0 определяемой кодом датчика кода начальной частоты 5 и девиацией частоты ±D определяемой датчиком кода диапазона частот 4 и синусоидальным законом модуляции, устанавливаемым блоком вычисления периодической функции 11.

При D 0; А=1,0; qj=±Случай(Х) - на выходе аудиометра получаем частотно-модулированный тестовый сигнал с центральной частотой F0 определяемой кодом датчика кода начальной частоты 5 и девиацией частоты ±D определяемой датчиком кода диапазона частот 4 и псевдослучайным законом модуляции по частоте, устанавливаемым первым блоком формирования псевдослучайной последовательности 6 или другими словами, получим узкополосный шум с девиацией ±D и центральной частотой F0.

При D=F; F0=0; А=1,0; qj=+Случай(Х) - на выходе аудиометра получаем частотно-модулированный тестовый сигнал с девиацией частоты от 0 до +F определяемой датчиком кода диапазона частот 4 и псевдослучайным законом модуляции по частоте, устанавливаемым первым блоком формирования псевдослучайной последовательности 6, или другими словами, получим белый шум в диапазоне частот от 0 до +F.

При D=F; F0=0; А=Речь(Х); qj=+Случай(Х) - на выходе аудиометра получаем частотно-модулированный тестовый сигнал с девиацией частоты от 0 до +F определяемой датчиком кода диапазона частот 4 и псевдослучайным законом модуляции по частоте, устанавливаемым первым блоком формирования псевдослучайной последовательности 6, и речевой функцией модуляции по амплитуде, устанавливаемой первым блоком адреса амплитудно-модулирующей функции 18, или другими словами, получим речевой шум в диапазоне частот от 0 до +F.

Полученный узкополосный цифровой сигнал, после преобразования в аналоговый вид с помощью первого цифро-аналогового преобразователя 23 и первого фильтра нижней частоты 26, поступает через первый управляемый аттенюатор 29 на первый вход второго сумматора 32.

С помощью датчиков 25 и 31 устанавливают необходимые значения адреса амплитудно-модулирующей функции и величины интенсивностей для широкополосного сигнала.

Второй блок формирования псевдослучайной последовательности 9 генерирует последовательность псевдослучайных кодов, которые поступают на вход второго блока вычисления фазы 14 и на вход второго блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 22. Второй блок вычисления фазы 14 и второй блок вычисления амплитуды 16 образуют цифровой синтезатор частоты прямого действия и обеспечивают формирование выходной синусоидальной функции с частотой, определяемой выражением:

F(R)_вых=F_c*R/2^m,

где R - значение кода поступающего на вход второго блока вычисления фазы 14;

F_c - значение тактовой частоты поступающей на тактовый вход второго блока вычисления фазы 14;

m - разрядность второго блока вычисления фазы 14.

При условии, что F_c численно равна 2^m, имеем F(R)_вых, численно равную R. Таким образом, величина R полностью определяет значение выходной частоты широкополосного сигнала.

Одновременно код R с выхода второго блока формирования псевдослучайной последовательности 9 поступает на вход второго блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 22, на выходе которого будет формироваться код S, соответствующий значению амплитуды амплитудно-частотной характеристики шума. Код S, в свою очередь, поступает на вход третьего перемножителя 21, где он умножается на значение синусоидальной функции и в результате получаем:

или при F_c=2^m получим

.

Таким образом, на выходе третьего перемножителя 21 будет сформирован код синусоидального сигнала с частотой равной R и амплитудой S_вых зависящей от R и равной значению амплитуды амплитудно-частотной характеристики шума. Полученный широкополосный цифровой сигнал, после преобразования в аналоговый вид с помощью второго цифро-аналогового преобразователя 24 и второго фильтра нижней частоты 27, поступает через второй управляемый аттенюатор 30 на второй вход второго сумматора 32. В результате на выходе второго сумматора 32 будет сформирован сложный сигнал, состоящий из суммы двух сигналов: узкополосного и широкополосного. В частном случае, выходной сигнал второго сумматора 32 может состоять также либо только из одного узкополосного сигнала, либо только из одного широкополосного сигнала.

В качестве блока вычисления периодической функции 11, первого блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 19 и второго блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 22 могут быть использованы постоянные запоминающие устройства, в которые заранее прошиты значения используемой функции изменения частоты и амплитуды, или любое другое вычислительное устройство, например, микропроцессор, который обеспечивает вычисления функции изменения частоты и амплитуды по заранее определенному алгоритму. Первый блок формирования псевдослучайной последовательности 6 и второй блок формирования псевдослучайной последовательности 9 могут представлять собой обычные генераторы М-последовательности, состоящие из регистра сдвига с сумматорами по модулю 2 в цепи обратной связи, которые могут быть реализованы как с использованием дискретных элементов, так и с использованием микропроцессора

Первый перемножитель 7 представляет собой устройство умножения кода без знака, поступающего с датчика кода диапазона частот 4, на код со знаком, поступающего с выхода коммутатора 12. В качестве первого сумматора 8 используется обычный двоичный сумматор кодов со знаком. Первый блок вычисления фазы 13 и второй блок вычисления фазы 14 представляют собой накопительные сумматоры. В качестве первого блока вычисления амплитуды 15 и второго блока вычисления амплитуды 16 могут быть использованы постоянные запоминающие устройства, в которые заранее занесены значения выходного сигнала, например, синусоидального сигнала, либо любое вычислительное устройство, например, на основе микропроцессора. Второй перемножитель 20 и третий перемножитель 21 представляют собой устройства умножения кода без знака, поступающего соответственно с первого блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 19 и второго блока вычисления амплитудно-модулирующей функции 22, на код со знаком, поступающего соответственно с выходов первого блока вычисления амплитуды 15 и второго блока вычисления амплитуды 16. В качестве второго сумматора 32 может быть использован обычный аналоговый сумматор, построенный на основе операционного усилителя. При выборе достаточно мощного и быстродействующего микропроцессора, аудиометр может быть весь реализован на его основе.

Таким образом, предлагаемый имитатор ушного шума позволяет обеспечить возможность формирования акустического образа ушного шума.

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для имитации, моделирования и анализа ушного шума человека. Имитатор ушного шума содержит последовательно соединенные датчик адреса периодической функции, блок вычисления периодической функции, коммутатор, первый перемножитель, первый сумматор, первый блок вычисления фазы, первый блок вычисления амплитуды, второй перемножитель, первый цифро-аналоговый преобразователь, первый фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные датчик длины псевдослучайной последовательности и первый блок формирования псевдослучайной последовательности, последовательно соединенные датчик кода длительности сигнала и делитель с переменным коэффициентом деления, датчик кода диапазона частот, датчик кода начальной частоты, последовательно соединенные первый датчик адреса амплитудно-модулирующей функции и первый блок вычисления амплитудно-модулирующей функции. Имитатор также содержит последовательно соединенные первый датчик кода интенсивности, первый управляемый аттенюатор, второй сумматор, последовательно соединенные второй блок формирования псевдослучайной последовательности, второй блок вычисления фазы, второй блок вычисления амплитуды, третий перемножитель, второй цифро-аналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот, второй управляемый аттенюатор, последовательно соединенные второй датчик адреса амплитудно-модулирующей функции, второй блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, второй датчик кода интенсивности. Обеспечивается возможность формирования акустического образа ушного шума человека по его субъективным ощущениям. 1 ил.

Имитатор ушного шума, содержащий последовательно соединенные датчик адреса периодической функции, блок вычисления периодической функции, коммутатор, первый перемножитель, первый сумматор, первый блок вычисления фазы, первый блок вычисления амплитуды, второй перемножитель, первый цифро-аналоговый преобразователь, первый фильтр нижних частот, а также последовательно соединенные датчик длины псевдослучайной последовательности и первый блок формирования псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, последовательно соединенные датчик кода длительности сигнала и делитель с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с тактовыми входами блока вычисления периодической функции и первого блока формирования псевдослучайной последовательности, датчик кода диапазона частот, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя, датчик кода начальной частоты, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные первый датчик адреса амплитудно-модулирующей функции и первый блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя, второй вход первого блока вычисления амплитудно-модулирующей функции соединен с выходом коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами делителя с переменным коэффициентом деления и первого блока вычисления фазы, отличающийся тем, что с целью получения имитатора ушного шума человека введены последовательно соединенные первый датчик кода интенсивности, первый управляемый аттенюатор, второй сумматор, второй вход первого управляемого аттенюатора соединен с выходом первого фильтра нижних частот, последовательно соединенные второй блок формирования псевдослучайной последовательности, второй блок вычисления фазы, второй блок вычисления амплитуды, третий перемножитель, второй цифро-аналоговый преобразователь, второй фильтр нижних частот, второй управляемый аттенюатор, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик адреса амплитудно-модулирующей функции, второй блок вычисления амплитудно-модулирующей функции, выход которого соединен с вторым входом третьего перемножителя, а второй вход соединен с выходом второго блока формирования псевдослучайной последовательности, второй датчик кода интенсивности, выход которого соединен с вторым входом второго управляемого аттенюатора, тактовый вход второго блока вычисления фазы соединен с выходом генератора тактовых импульсов.