Генератор звукового сигнала Советский патент 1987 года по МПК G10K15/04 

1

Изобретение относится к акустике, а именно к устройствам для генерации звуки и акустического шума.

Цель изобретения - повышение равномерности спектральной плотности звукового шума генератора.

На фиг,1 изображена структурная схема генератора звуковых сигналов; на фиг,2 - аквивалентная электрическая схема устройства; на фиг. 3 - пример формирования эквивалентной схемой псевдослучайного процесса для случая га, 4 и т 5;- на фиг.4 - модель схемы, генерирующей случайный процесс;. на фиг, 5 - граф, иллюстрирующий процесс генерации случайных сигналов; на фиг, 6 - пример реализации генератора для случая .

Устройство (фиг.1) содержит формирователи l,-lf| сигналов логических уровней, блок 2 линейного двоичного преобразования сигналов, усилитель 3, источник 4 колебаний, акустическую среду 5, датчики 6,-6 звукового давления, канал 7 связи, причем вы- ходы формирователей 1,- сигналов логических уровней подключены к входам блока 2, выход которого через усилитель 3 подключен к .источнику 4 колебаний, воздействующему на акустическую среду 5. Датчики 6,-6 подключены к различным точкам среды 5. Канал 7 связи соединяет выходы датчиков 6, - 6 с входами формирователей

1,-lr,.

Формирователи 1,- необходимы для еосстановления двоичных сигналов с уровнями логических сигналов (О и 1) из сигналов источника 4 колебаний, задержанных по времени и искаженных по форме и амплитуде при прохождении их через акустическую среду 5, датчики ,., и канал 7 связи.

Блок 2 служит для реализации лиейной булевой функции над двоичными еременными с выходов формирователей 1,-1. В ка.честве линейной булевой ункции может быть выбрана либо функ- ия равнозначности, либо функция неавнозначности.

Усилитель 3 осуществляет усиление игнала, снимаемого с выхода блока , для обеспечения нормальной работы сточника 4 колебаний.

Непосредственное возбуждение колеаний необходимой мощности в среде

288412

5 производит источник 4 колебаний, выполненный в виде громкоговорителя. В различных точках среды 5 установлены датчики 6,-6, которые снимают в этих точках сигналы, возбуждаемые источником 4 колебаний и задержанные средой 5, и преобразуют их в форму, удобную для передачи по каIQ налу 7 связи к формирователям 1,. В качестве датчиков 6,-6и могут использоваться микрофоны.

Канал 7 связи осуществляет передачу сигналов от датчиков 6,-6 к со15 ответствующим формирователям,,- 1. В качестве канала 7 связи может быть использован, например, многожильный кабель.

Рассмотрим модель устройства, представленную в виде эквивалентной электрической схемы (фиг.1). Основой модели является представление среды 5 в виде элемента задержки сигналов.

25 В качестве блока 2 применим сумматор по модулю два, реализующий функцию неравнозначности. Среда 5 имитируется регистром сдвига.

Считаем, что блоки 2 и 5 не иска30 жают сигналы, следовательно, формирователи 1, г1ц и усилитель 3 из эквивалентной схемы можно исключить. Роль источника 4 колебаний выполняет вход регистра 5, так как здесь

нет преобразования одного вида энерJb

гии в другой и действуют только электрические напряжения двух уровней О и Г „ По этой же причине нет собственно датчиков 6,-6, их

Q функции выполняют выходы регистра 5. Канал 7 связи заменен проводниками, соединяющими отдельные разряды регистра 5 с входами сумма тора по модулю два.

45 В схеме принято , выходы с регистра 5 имитируют действие датчиков 6, и 62- В реальной схеме (фиг.1) временные задержки сигнала от источника 4 колебаний до датчиков 6, и 6

gQ составляют величины соответственно- сГ, и С , Пусть эти временные задержки сигнала постоянны и находятся в рациональном соотношении, т.е. Г,/т, где m, и т - целые, взаимgg но простые положительные числа. Тогда в схеме по фиг.2 сигналы на сумматор 2 снимаются с т,-го и т,-го разрядов регистра. Частота импульсов сдвига при этом определяется отношениями F , единая мера соизмерения Г кое построение модели представляет собой известный генератор псевдослучайных процессов. Работа такой модели описывается направленным графом, состоящим из некоторого числа отдельных непересекающихся циклических подграфов.

Каждый подграф имеет определенное количество вершин, сумма которых по всем подграфам одного графа равна

2 i . При отсутствии временных флуктуации , (t) const и Г (t) . const, следовательно, ra,(t) const и ) const. Модель по фиг.2 формирует один из псевдослучайных процессов, описываемых подграфом, соответствующим данным величинам т, и т и начальному состоянию регистра. Н-а фиг.З приведен пример формирования эквивалентной схемой псевдослучайного процесса для случая т, 4 и т, 5.

В реальном устройстве временные задержки ак устической среды 5 флуктуируют, т.е. с, tr, (t) и (г с (t) - случайные функции. Эти флуктуации можно имитировать путем случайного перемещения входов сумматора по длине регистра. Тогда т,

5

10

m,(t) и т m(t). Соответствующим случайным образом должна изменяться и частота импульсов сдвига F F(t) 1 (t). Схема модели приведена на фиг.4. В этом случае цикли ческий характер работы модели нару- щается, что можно отобразить с помощью случайных переходов между отдельным подграфами разных графов состояний. На фиг. 5 группы величин (т;, т ;), (га;, шр и (С , С ) (отдельных графов) представляют фрагменты изменения случайных функций соответственно m ,(t) , ) и t (t) (в целях упрощения вершины графов не имеют обозначений). Вследствие случайных перестроек модель формирует случайный р процесс, представляющий собой совокупность отрезков случайт ной длительности и случайного масштаба по времени псевдослучайных -последовательностей различных структур (по форме - телеграфного типа).

В предлагаемом устройстве (фиг.1) происходят аналогичные явления. Но в нем, по сравнению с моделью по фиг.4, не требуется специальной ор, где с. - ганизации случайного изменения за- и о -Та- держки, так как акустическая среда

5 естественным образом обладает флук- туируюищ ми временными задержками

S г временные задержки изменяются в непрерывной области временного аргумента t (что недостижимо для модели по фиг.4), а так как m,(t) и m,j(t) - целочисленные функции, следовательно, значительная часть времени функционирования характеризуется иррациональностью их-соотношений, что еще более усили15 вает стохастические свойства выходного процесса.

Стохастичность поведения предлагаемого устройства увеличивается при увеличении временных флуктуации.

20 Но эти параметры в общем случае являются неуправляемыми (определяются свойствами акустической среды), поэтому аналогичное действие можно произвести путем увеличения количества

25 каналов п.

Наличие разнообразных отражений звука в акустической среде также способствует формированию случайного процесса.

30 Эксперименты показали, что для устойчивого формирования шума в реальной акустической среде (например, жилом помещении) достаточно 6-8 каналов. При меньших количествах в

„j. формируемом процессе могут быть заметны гармонические составляющие.

Величину флуктуации временной задержки Tj удобно характеризовать относительной величиной - оценкой ко40 эффициента вариации

К,

.iiil.

м(е,)

45

50

где&( с ,) и ЬнГ, ) - оценки соответственно среднеквадратического отклонения и математического ожидания.

Для реальной акустической среды К . Устройство, работающее на основе описанного принципа, при достаточно большом п() позволяет преобразовать эти малые флуктуации в мощный выходной случайный процесс, характеризуемый (максимально возможным для случайного про- 55 цесса телеграфного типа).

Предлагаемое устройство позволяет формировать и периодический акустический сигнал. Это осуществляется

10

К,

.iiil.

м(е,)

5

0

где&( с ,) и ЬнГ, ) - оценки соответственно среднеквадратического отклонения и математического ожидания.

Для реальной акустической среды К . Устройство, работающее на основе описанного принципа, при достаточно большом п() позволяет преобразовать эти малые флуктуации в мощный выходной случайный процесс, характеризуемый (максимально возможным для случайного про- 5 цесса телеграфного типа).

Предлагаемое устройство позволяет формировать и периодический акустический сигнал. Это осуществляется

10

5132884

путем отключения (п-1) каналов. Оставшийся один канал на основе известного микрофонного эффекта способен формировать гармонический сигнал.

На фиг.6 приведен пример реализации генератора звукового сигнала (ГЭС) для случая , где обозначены формирователи .,, сумматор 2 по модулю два, усилитель 3, громкоговоритель 4, акустическая среда 5, микрофоны , канал 7 связи,микрофонный усилитель 8,-8., компаратор 9,-9.

ГЭС содержит микрофоны 6,-6 в качестве датчиков звукового давления, соединяемые при помощи линий связи с формирователями 1,-1, подключенными к семивходовому сумматору 2 по модулю два, выход которого подсоединен к усилителю 3 мощности, работающему на громоговоритель 4.

ГЭС работает следующим образом.

Акустическая среда 5 между громкоговорителем 4 и микрофонами 6, -6 яв- 25 яется асинхронным элементом задерж- ки, эта задержка флуктуирует случайным образом. При включении ГЗС в результате микрофонного эффекта на выходе формирователей появляют- зо ся последовательности и О, поступающих на входы сумматора 2 по модулю два. С выхода сумматора «2 последовательность 1 и О поступает на усилитель 3 мощности и громкоговори15

20

16

тель 4. Поскольку задержка сигнала флуктуирует случайным образом, то любое случайное изменение сигнала на входе сумматора 2 по модулю два вызывает лавинообразный-случайный процесс на его выходе в соответствии с описанным принципом. В случае работы одного датчика ГЗС генерирует-периодический сигнал, частота которого определяется величиной задержки акустической среды между громкоговорителем и микрофоном.

15 Формула изобретения

Генератор звукового сигнала, С.о- держапщй связанные датчик звукового давления, канал связи, формирователь сигналов логических уровней, источник колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности спектральной плотности звукового шума генератора,в него введены дополнительные датчики звукового давления, дополнительные формирователи сигналов логических уровней,усилитель и блок линейного двоичного преобразования сигналов, выход которого через усилитель подключен к источнику колебаний, а входы соединены через соответствующие формирователи сигналов логических уровней и канал связи с выходами соответствующих датчиков звукового давления.

TiH)

T2(t)

иг. 2

I 1 т

.11 -,Ч . W

т,т2,Т т; ,т ,т иг.

.11 -,Ч . W

; ,т ,т

Редактор И.Николайчук

Фиг б

Составитель Ю.Алешин Техред А.Кравчук

Заказ 3491/52

Тираж 345Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

S,

я

Й1 .

Корректор В. Бутяга

Изобретение относится к устройствам для генерации звука и акустического шума. Цель изобретения - по- вьппение равномерности спектральной плотности звукового шума. Акустическая среда 5 между громкоговорителем 4 и микрофонами 6, - 6п является асинхронным элементом задержки, которая флуктуирует случайным образом. При включении устройства в результате микрофонного зффекта на выходе формирователей 1 - In появляется последовательность 1 и О, поступающих на входы сумматора 2 по моду-- лю два. С выхода сумматора 2 последовательность 1 и о поступает на усилитель 3 мощности и громкоговоритель 4. Любые случайные изменения сигнала на входе сумматора 2 по модулю два вызывают лавинообразный случайный процесс на его выходе. 6 ил. (Л фиг. i