Устройство для цифровой записи и воспроизведения звука Советский патент 1987 года по МПК G11B5/00 G11B5/00 

Изобретение относится к звукотех- нике и может использоваться для получения цифровых фонограмм,

Цель изобретения - повышение на- дежности устройства.

На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - блок пороговых схем и блок разминающих ключейj на фиг, 3 плоскость входных зрачков квантующей линейки световодов,

Устройство содержит приемник 1 звука, блок 2 пороговых схем, блок 3 размыкающих ключей, управляемый делитель 4 напряжения, блок 5 размыкающих ключей, эмиттерный повторитель 6, первый усилитель 7 низкой частоты, аналогоцифровой преобразователь напряжение-код в составе пьезоэлектрического дефлектора 8, источника 9 светового излучения с узлом 10 формирования апертуры луча, квантующей линейки 11 световодов, блока 12 фотоэлектрических преобразователей,первого дешифратора 13, второго дещифра- тора 14 в составе блока 15 элементов И-НЕ и реверсивного сдвигового регистра 16,, третьего дешифратора 17 из элементов И-НЕ, четвертого дешифратора 8, а также содержит блок 19 памяти, регистр 20 кода, блок 21 управления в составе генератора 22 тактовых импульсов и делителя 23 частоты, блок 24 регистрации, цифроанало

говый преобразователь 25 код-напряже- 35 поступает на вход управляемого

ние, фильтр 26 низкой частоты (НЧ), второй усилитель 27 низкой частоты и громкоговоритель 28,

Устройство работает следующим образом,40

Звуковые колебания воспринимаются и усиливаются приемником 1 звука и поступают на вход блока 2 пороговых схем. Блок. 2 предназначен для первого ступенчатого изменения коэффициен- 45 та передачи входного сигнала при помощи трех пороговых схем и семи размыкающих ключей блока 3, Блок 2 (фиг.2) содержит три пассивных пороговых схемы с, двусторонними уровня- 50 ми ограничения. Первая схема имеет уровни ограничения +7,5 В и -7,5 В, вторая схема + 5 В; -5В,, третья + 2,5В и -2,5в, Выходные сигналы пороговых схем, пропорциональные в ход- gg ному, появляются лишь после того, как входные превысят порог ограничения. Назначение пороговых схем формировать символы старших разрядов,соотделителя 4 напряжения. Делитель 4 напряжения представляет собой ступ чатый резистивный делитель напряже ния, коэффициент передачи которого изменяется сигналами со второго де шифратора 14 при помощи размыкающи ключей блока 5, подключающих выход соответствующей ступени делителя 4 ко входу эмиттерного повторителя 6 согласующего выход делителя 4 и вх первого усилителя 7 низкой частоты Сигнал, усиленный усилителем 7,пре образуется в код оптоэлектронным а логоцифровым преобразователем (АЦП Преобразование в код выполр1яется р верткой светового луча пьезоэлектр ческим дефлектором 8 по плоскости входных -зрачков квантующей линейки световодов 1I и преобразованием св товых сигналов в электрические в б ке 12 фотоэлектрических преобразов телей (ФЭП), которые поступают в первый дешифратор 13. Выходные сиг налы дешифратора выдают готовые ко

ветствующие значениям + 7,5 В, -7,5В, + 5В, -5 В, + 2,5 В, -2,5 В. Сигналы, превышающие уровень ограничения, с выходов пороговых схем поступают на входы четвертого дешифратора 18 и на входы семи размыкающих ключей блока 3, Из семи размыкающих ключей (фиг,2) в- открытом состоянии находится только один ключ. Ключи открываются соответствл ющими сигналами с выхода третьего дешифратора 17, На вход первого ключа поступает напряжение с первого выхода первой пороговой схемы. На вход второго ключа поступает напряжение со второго выхода первой пороговой схемы, равное (Ug, - /-7,5)В,

На вход третьего ключа поступает напряжение с первого выхода второй пороговой схемы, равное (Ug.-5) B, на вход четвертого ключа поступает напряжение со второго выхода второй пороговой схемы, равное (U g,(-/-5/) В, На вход пятог о ключа поступает напряжение с первого выхода третьей пороговой схемы, равное (,5)B, на вход шестого ключа поступает напряжение со второл о выхода третьей пороговой схемы, равное (Ugy-/-2,5)В. На вход седьмого ключа поступает напряжение, равное входному и в диапазоне от -2,4999 до +2,4999 В.

С выхода ключей напряжение сигна

поступает на вход управляемого

делителя 4 напряжения. Делитель 4 напряжения представляет собой ступенчатый резистивный делитель напряжения, коэффициент передачи которого изменяется сигналами со второго дешифратора 14 при помощи размыкающих ключей блока 5, подключающих выход соответствующей ступени делителя 4 ко входу эмиттерного повторителя 6, согласующего выход делителя 4 и вход первого усилителя 7 низкой частоты. Сигнал, усиленный усилителем 7,преобразуется в код оптоэлектронным ана- логоцифровым преобразователем (АЦП). Преобразование в код выполр1яется разверткой светового луча пьезоэлектрическим дефлектором 8 по плоскости входных -зрачков квантующей линейки световодов 1I и преобразованием световых сигналов в электрические в блоке 12 фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), которые поступают в первый дешифратор 13. Выходные сигналы дешифратора выдают готовые коды, соответствующие уровням звуковьтх сигналов, из блока 19 памяти в регистр 20.

Блок 19 памяти содержит в ячейках готовые коды сигналов от О до 10 В с дискретностью в 100 мкВ. Из регистра 20 управляющими сигналами с блока 23 деления частоты коды выдаются в блок регистрации 24. Пьезоэлектричес кий дефлектор 8 является торцовым и состоит из биморфного пьезоэлемента, на торце которого укреплен зеркальный отражатель. Для сканирования используется обратный пьезозлектричес- кий эффект, возникающий под воздействием электрического сигнала с усилителя 7, Световой луч на зеркальный отражатель приходит от источника 9 светового излучения. Диафрагмы узла 10 формируют луч в виде узкого прямоугольника с шириной не более 0,8 диаметра входного зрачка световода .квантующей линейки 11. Пьезоэлектрический дефлектор 8 по управляющим сигналам с усилителя 7 производит вертикальную развертку светового луча по входным торцам световодов.квантующей линейки II. Световой сигнал

ка ждого световода преобразуется фото- зо При наличии на выходе усилителя

приемником блока 12 в электрический сигнал. Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входам первого дешифратора 13, Дешифратор 13 является устройством, формирующим по сигналам с блоков 12, 14 и 18 на соответствующем выходе импульс вьщачи кода из соответствующей ячейки памяти блока 19. Дещифратор является линейным из логических элементов И-НЕ, обеспечивающим минимальную задержку сигнала и требуемое быстродействие формирование импульса на выходе.

Импульсы с выходов первого дешифратора 13 представляют собой сигналы вьщачи кода из соответствующих ячеек блока 19 в регистр 20 кода. Регистр 20 имеет 18 разрядов для приема 17 разрядов двоичного кода звукового сигнала и одного разряда знака полярности сигнала. Каждому разряду в регистре 20 предществует ключ, ключи одновременно открываются управляющим сигналом Ujj с делителя 23 частоты блока 21 управления, В открытом состоянии ключи пропускают сигналы разрядов кода в регистр 20. Вслед за сигналом и. следует сигнал выдачи

и

-1о15 20 25 с делителя 23 частоты, который

ь ЛI

выдает код в блок регистрации 214.

Квантующая линейка 1 (фиг.З) содержит 2000 световодов и один центральный, обозначенный О, по 1000 световодов вверх и вниз от центрального. Диаметр входного зрачка световода равен 20 мкм, Разрещающая способность квантования принята 100 мкВ, диапазон кодирования линейкой составляет от-0,1 до+0, 1 В (100 мкВ X 1000) . Диапазон кодирования с участием управляемого делителя 4 напряжения от -2,5 до +2,5 В, Полный диапазон кодируемых сигналов с участием и блока 2 пороговых схем от -10 до 10В.

Сканирующее пятно луча имеет форму прямоугольника с размерами но вертикали 15 мкм и 2 мм rio горизонтали (последний размер для облегчения юстировки) .

Преобразование сигнала с усилителей 7 в код производится следующим образом,

В отсутствие сигнала с вькода усилителя 7 дефлектор 8 находится в нейтральном положении и сканирующее пятно фиксируется на световоде О.

5

0

5

0

5

сигнала, например., положительный полярности под действием обратного пьезоэлектрического эффекта отражающая поверхность дефлектора 8 повернется на соответств тощий угол и переместит луч вверх. При перемеш.ении луча по входным торцам световодов линейки 11 фотоприемники этих световодов вьщают сигналы на соответствующие входы первого дешифратора 13, который формирует на соответствующих .шинах и EIyльcы, поступающие на входы ячеек блока 19 и вьщающие из них коды в регистр 20. Разряды регистра 20 заполняются в молменты открытого состояния ключей на входах, открываемые сигналами U с делителя 23 частоты. Максимальная частота открытия входных ключей определяется временем срабатывания фотоприемника- в блоке 12 и временем прохода сигнала через элемент И-НЕ дешифратора 13. При времени срабатывания фотоприемника в 1 МКС и времени задержки сигнала элементом И-НЕ десятки наносекунд максимальная частота дискретизации определяется в 500 кГц. Генератор 22 формирует тактовые импульсы с частотой 500 кГц для делителя 23 частоты.Для

изменения скорости создания информации служит делитель 23 с соответс - вующим переключателем частоты дискре- тизации в диапазоне от 40 до 500 кГц. Изменение коэффициента передачи делителя 4 в диапазоне от 0,04 до 1 с с дискретностью в 0,04 (соответственно величине сигнала на входе делителя от О до 2,5В) осуществляется размыкающими ключами блока 5, В процессе записи звука размыкающие ключи подключают различные ступени делителя 4 ко входу эмиттеркого повторителя 6 по управляющим сигналам со второго дешифратора 14 по кодам с блока 19, Дешифратор 14 представляет собой линейный дешифратор из блока 15 элементов И-НЕ и реверсивного сдвигового регистра 16 с числом разрядов 26, равным числу размьпсающих ключей (т.е числу ступеней в делителе 4, равному 25). Каждый разрядный выход сдвигового регистра 16 подключен ко входу своего размыкающего ключа в блоке 5, В первый разряд сдвигового регистра 16 сигнал заносится при включении питания устройства, определяя этим исходный коэффициент передачи делителя 4 напряжения, равв;ым 1 . При увеличении амплитуды сигнала на входе делителя 4 сигнал в сдвиговом регистре 16 сдвигается в старшие разряды, управляя включением размыкающих ключей на уменьшение коэффициента передачи делителя напряжения, а с уменьшением амплитуды входного сигнала сигнал в сдвиговом регистре 16 сдвигается в младшие разряды, управляя вклю че- нием размыкающих ключей на увеличение коэффициента передачи делителя 4 напряжения. Коэффициент передачи делителя 4 изменяется от 0,04 (при сигнале нд входы-делителя 12,5в) до 1 (при сигнале входе делителя 0,1 В и меньше)„ Делитель выполнен с погрешностью коэффициента деления 0,0005%.

Изменение коэффициента передачи делителя 4 напряжения производится следующим образом.

При увеличении сигнала с усилителя 7 до отклонения сканирующего пятна на верхний световод (при положительной полярности сигнала) или на нижний световод .(при отрицательной полярности) импульс дешифратора 13 вьщает из блока 19 Пс:мяти код, соот- ветствзтощий величине 0,1 В сигнала

.на входе усилителя 7. Вместе с поступлением этого кода в регистр 20 он поступает (без признака полярности) и на вход дешифратора 14. На выходе соответствующего элемента в блоке 15 появляется импульс, который сдвигает сигнал в регистре 16 с первого разряда в следующий для включения соответствующего размыкающего ключа в блоке 5, По управляющему сигналу ключ подключает ко входу эмиттерного повторителя 6 следующую ступень делителя 4, уменьшая коэффициент передачи на одну ступень. Сигнал с выхода усилителя 7 уменьшается, сканирующее пятно опускается ниже. №шульс,открывший соответствующий ключ, с выхода регистра 16 поступает на соответствующий вход дешифратора 13 и вместе с сигналом, поступившим с фотоприемника блока 12 определяет появление импульса и

&ЫА

на соответствую0

5

щей шине дешифратора 13, который вы- 5 дает из блока 19 код, соответствую- ощй сигналу на входе усилителя 7 плюс 0,1В. При дальнейшем увеличении сигнала на входе усилителя 7 луч опять попадает на«верхний световод и сигнал с выхода фотоприемника вместе с импульсом с регистра 16 определит выдачу с блока 19 кода, равного 0,2 В, Этот код вместе с выдачей в регистр 20 поступает в дешифратор 14. Элемент И-НЕ формирует импульс в сдвиговый регис тр 16, который сдвигает имеющийся там сигнал в следующий разряд, замыкается следующий ключ - в блоке 5 (предшествующий размыкается) , подключается новая ступень делителя 4 напряжения, коэффициент передачи уменьшается. Сигнал с регистра 16 поступает и на соответствующий вход дешифратора 13 и вместе с сигналом с фотоприемника блока 12 определяет вьщачу следующего кода. При дальнейшем увеличении сигнала на входе делителя 4 процесс аналогично повторяется. При уменьшении входного сигнала на входе усилителя 7 сканирующее пятно попадает на световод О в центре линейки П. С блока 19 выдается код,представленньй нулями в десяти младших разрядах, а в семи старших разрядах которого имеются

0

5

0

5

сигналы соответственно величине входного сигнала. Соответственно коду на вькоде определенной логической схемы И-НЕ блока 15 формируется импульс.

сдвигающий сигнал в сдвиговом регис ре 16 в рядом расположенный младшш разряд, включается соответствующий ключ в блоке 5 на повьшение коэффициента передачи делителя 4. При дал нейшем уменьшении сигнала на входе делителя 4 процесс повторяется. Дешифратор 14 реагирует не на все коды с блока 19, а только на кодь{, представляющие величины напряжений ОБ, 0,1 В, 0,2 В, 0,3 В и т.д. с дискретностью в 0,1 В до 2,5 В,Упраляемый делитель 4 напряжения имеет 25 ступеней, а блок 5 соответственно имеет 25 размьжающих ключей на МОП транзисторах с временем включения не более 1 мкс. Амплитуда на входе усилителя 7 изменяется всего от О до О,1 В.

При величине сигнала на входе блока 2 по абсолютной величине от 2,5 Е н более в формировании кодов, соответствующих значениям±2,5 В, ±7,5 В, участвуют пороговые схемы блока 2 с размыкающими ключами блока 3 и четвертый дешифратор 18. Напряжение с выходов noporoBbix схем блока 2 поступает на входы четвертого дешифратора 18, который вьщает с соответствующего выхода импульс в первый дешифратор 13. По этому импульсу и сигналу с блока 12 дешифратор 13 формирует на соответствзтащем выходе сигнал вьщачи из блока 19 кода, представляющего значение входного сигнала на входе блока 2. С выхода блока 19 код со знаком полярности поступает как в регистр 20, так и в третий дешифратор 17, который формирует на соответствующем выходе импульс, открывающий 5 и 6 ключ (или

4- 1 ключ) в зависимости от полярности. При отрицательной полярности в блоке 3 открывается один из четных ключей 2,4,6,

При сигнале +2,5 В открывается

5ключ, при - 2,5В - б ключ, при сигнале + 5 В - 3 ключ, при минус 5 В -- 4 ключ, при 7,5В- 1 ключ и при -7,5 В - 2 ключ. Дешифраторы

17 и 18 являются линейными из логических схем И-НЕ,

Дешифратор 17 реагирует на шесть кодов, представляющих значения t7,5 В,±5 В,12,5 В. При входном сигнале менее 2,5 В по абсолютной величине в блоке 3 7 ключ, который подключает входной сигнал

45242В

блока 2 ко входу делителя 4, минуя пороговые схемы.

Таким образом, в предлагаемом . устройстве выполняется двухступенчатое изменение коэффициента передачи: сначала пороговыми схемами блока 2/1; 0,75; 0,50; 0,25/, затем делителем 4 напряжения. При этом, в мировании кода участвуют дешифраторы 1 8 и 1 4 .

В процессе записи коды звуковых сигналов с регистра 20 поразрядно поступают в блок 24 регистрации,где

5 и составляют цифровую фонограмму, В коде отрицательной полярности имеется минус, кодируемый.. При воспроизведении из блока 24 коды выдаются последовательно в ЦАП 25 сигна20 лами выдачи с делителя 23 частоты. Частота следования сигналов вьщачи устанавливается в блоке 23 переключателем. Аналоговые сигналы проходят фильтр 26 НЧ, усиливаются во втором

25 усилителе 27 НЧ и преобразуются в звуковые колебания громкоговорителем 28, Формула изобретения

30 Устройство для цифровой записи и воспроизведения звука, содержащее приемник звука, последовательно подключенные управляемый делитель напряжения, первый блок размыкающих клю

22 чей, эмиттерный повторитель, первый усилитель низкой частоты, аналого- цифровой преобразователь напряжение - код в составе пьезоэлектрического преобразователя с установленным на

40 нем световым отражателем, вход которого подключен к выходу первого усилителя низкой частоты, источника светового излучения с узлом формирования апертуры луча, расположенного

g перед световым отражателем пьезоэлектрического преобразователя,квантующей линейки световодов, оптические входы которой расположены против отражатели пьезоэлектрического дефлекQ тора, блока фотоэлектрических преобразователей, оптические входы которых расположены против соответствующих оптических выходов квантующей линейки световодов, а также последоваc тельно соединенные первый дешифратор, блок памяти, регистр кода, блок регистрации, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр низкой частоты и громкоговоритель, последовательно

соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, соответствующие выходы которого подключены к соответствующим входам регистра ко- да и к входу блока регистрации и со- дерлшт второй дешифратор в составе блока элементов И-НЕ, входы которых подключены к соответствующим выходам блока памяти и реверсивного сдвиго- вого регистра, входы которого подключены к выходам соответствующих элементов И-НЕ второго дешифратора, а выходы разрядов сдвигового регистра подключены к соответств 7)ощим входам первого блока размыкающих ключей и к соответствующим входам первого дешифратора другие входы которого подключены к соответствующим выходам блока фотоэлектрических преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности; в него введены блок пороговых схем, второй блок размыкающих ключей, третий и четвертый дешифраторы, при этом вход блока пороговых схем подключен к выходу приемника звука, а выходы его подключены к соответствующим входам второго блока размыкающих ключей и к соответствующим входам четвертого дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам первого дешифратора, выходы второго блока размыкающих ключей подключены к входу управляемого делителя напряжения, а выходы блока памяти соединены через третий дешифратор с соответствующими входами второго блока размыкающих ключей.

фие. 1

is/.B

8/OOOcffffrn &S9

CwTfftfflyfoti/fe

/J fTfffff

Of

„B cffefTffgfff O/

Изобретение относится к области звукотехники. Цель изобретения - повышение надежности устр-ва. Для этого в устр-ве вынолняется двухступенчатое изменение коэффициента передачи сначала пороговыми схемами блока 2 пороговых схем, затем делите лем 4 напряжения. В формировании кода участвуют дешифраторы 14 и 18. В процессе записи коды звуковых сигналов с регистра 20 поразрядно поступают в блок 24 регистрации, где и составляют цифровую фонограмму. В ко де отрицательной полярности имеется минус, кодируемый 1. При воспроизведении из блока 24 регистрации коды вьщаются последовательно в цифроана- логовый преобразователь 25 сигналами вьщачи с делителя 23 частоты.Аналоговые сигналы проходят фильтр 26 низкой частоты, усиливаются в усилителе 27 низкой частоты и преобразуют ся в звуковые колебания громкоговорителем 28. 3 ил. Sfi (Л с со э4: СП 4 rxD

Редактор И.СегляникСоставитель А.Лисицьш Техред А.Кравчук

4926/50

Тираж 587Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

фигЗ

Корректор И.Муска