Генератор звукового сигнала

 

Изобретение относится к устройствам для генерации звука и акустического шума. Цель изобретения - повьппение 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 10 К 15/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Puz, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3793022/24-10 (22) 24.09.84 (46) 07.08.87. Вюл. 11 - 29 (71) Казанский авиационный институт им.А.Н.Туполева (72) В.M.Êóýíåöîâ, В.А.Песошин и С.Н.Осипов (53) 534.87 (088.8) (56) Патент ФРГ 1(- 1566952, кл. G 10 К 10/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

11 - 678503, кл. G 10 К 10/00, 1979. (54) ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к устройствам для генерации звука и акустического шума. Цель изобретения — повышение 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 эффекта" на выходе формирователей 1 — In появляется последовательность "1" и "0", поступающих на входы сумматора 2 по модулю два. С выхода сумматора 2 последовательность "1" и "0" поступает на усилитель 3 мощности и громкоговоритель 4. Любые случайные изменения сигнала на входе сумматора 2 по модулю два вызывают лавинообразный слу- g чайный процесс на его выходе, 6 ил.

1328841 2

Изобретение относится к акустике, а именно к устройствам для генерации звука 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 m< = 4 и ш = 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 n=7.

Устройство (фиг.1) содержит формирователи 1, -1„ 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„ -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 датчи ков 6, — 6„ с входами формирователей

1, -1n, |

Формирователи 1„-1„ необходимы для восстановления двоичных сигналов с уровнями логических сигналов ("О" и "1") иэ сигналов источника 4 колебаний, задержанных по времени и искаженных по форме и амплитуде при прохождении их через акустическую среду 5, датчики 6, -6„ и канал 7 связи.

Блок 2 служит для реализации линейной булевой функции над двоичными переменными с выходов формирователей

1, -1„. В качестве линейной булевой функции может быть выбрана либо функ.ция равнозначности, либо функция неравноэначности.

Усилитель 3 осуществляет усиление сигнала, снимаемого с выхода блока

2, для обеспечения нормальной работы источника 4 колебаний.

Непосредственное возбуждение колебаний необходимой мощности в среде

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 каналу 7 связи к формирователям 1 — 1„, В качестве датчиков 6,-6„ могут использоваться микрофоны.

Канал 7 связи осуществляет передачу сигналов от датчиков 6,-6 „ к соответствующим 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, В качестве блока 2 применим сумматор по модулю два, реализующий функцию неравнозначчости. Среда 5 имитируется регистром сдвига.

Считаем, что блоки 2 и 5 не искажают сигналы, следовательно, формирователи I,.-l,; и усилитель 3 из эквивалентной схемы можно исключить, Роль источника 4 колебаний выполняет вход регистра 5, так как здесь нет преобразования одного вида энергии в другой и действуют только электрические напряжения двух уровней "О" и "1"„ По этой же причине нет собственно датчиков 6,-6„, их функции выполняют выходы регистра 5.

Канал 7 связи заменен проводниками, соединяющими отдельные разряды регистра 5 с входами сумматора по модулю два, В схеме принято n=2, выходы с регистра 5 имитируют действие датчиков

6< и 6 . В реальной схеме (фиг.1) временные задержки сигнала от источника 4 колебаний до датчиков 6, и 6 составляют величины соответственно

Г, и <. . Пусть зти временные задержки сигнала постоянны и находятся в рациональном соотношении, т,е. Г

5 естественным образом обладает флук5 туирующими временными задержками

<.,(t), ь (t),. ° . . Эти временные задержки изменяются в непрерывной области временного аргумента t (что недостижимо для модели по фиг.4), а так как ш,(t) и m (t) — целочисленные функции, следовательно, значительная часть времени функционирования характеризуется иррациональностью их соотношений, что еще более усили1б вает стохастические свойства выходного процесса °

Стохастичность поведения предлагаемого устройства увеличивается при увеличении временных флуктуаций, 2р Но эти параметры в общем случае являются неуправляемыми (определяются свойствами акустической среды), поэтому аналогичное действие можно произвести путем увеличения количества

25 каналов и, Наличие разнообразных отражений звука в акустической среде также способствует формированию случайного процесса. дп Эксперименты показали, что для устойчивого формирования шума в реальной акустической среде (например, жилом помещении) достаточно 6-8 каналов. При меньших количествах в формируемом процессе могут быть заметны гармонические составляющие, Величину флуктуаций временной задержки < удобно характеризовать относительной величиной — оценкой коэффициента вариации х G ()

К, И" (,) где(7 (<. ) и Их(Г,) — оценки соответственно среднеквадратического отклонения и математического ожидания.

Для реальной акустической среды

K = 10 — 10 . Устройство, работающее на основе описанного принципа, при достаточно большом n(nx 6) позволяет преобразовать эти малые флуктуации в мощный выходной случайный про+ цесс, характеризуемый К --< 1 (максимально возможным для случайного про-. цесса телеграфного типа), 3

Предлагаемое устройство позволяет формировать и периодический акустический сигнал. Это осуществляется

3 1328841 ниями F = m /

< 2 единая мера соизмерения с, и < ° Такое 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

«ал1 «<;

2 . При отсутствии временных флуктуаций, (t) = const и <. (t)

= const, следовательно, m,(t)

= const и m<(t) = const. Иодель по фиг.2 формирует один из псевдослучайных процессов, описываемых подграфом, соответствующим данным величинам m< и m и начальному состоянию регистра. На фиг.3 приведен пример формирования эквивалентной схемой псевдослучайного процесса для .случая m< = 4 и m = 5.

В реальном устройстве временные

:задержки акустической среды 5 флуктуируют, т.е, с, = <-, (t) и (г.) — случайные функции. Эти флуктуации можно имитировать путем случайного перемещения входов сумматора по "длине" регистра. Тогда m<

= m,(t) и m< = m (t) . Соответствующим случайным образом должна изменяться и частота импульсов сдвига

F = F(t) =Т (t) . Схема модели приведена на фиг.4, В этом случае циклический характер работы модели нарушается, что можно отобразить с помощью случайных переходов между отдельными подграфами разных графов состояний. На фиг. 5 группы величин дельных графов) представляют фрагменты изменения случайных функций соответственно m,(t), m (t) и а (t) (в целях упрощения вершины графов не имеют обозначений). Вследствие случайных перестроек модель формирует случайный р процесс, представляющий собой совокупность отрезков случай-, 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 ор5 13288 путем отключения (n-1) каналов. Оставшийся один канал на основе известного микрофонного эффекта способен формировать гармонический сигнал.

На фиг.6 приведен пример реалиэа5 ции генератора звукового сигнала (ГЗС) для случая и-"7, где обозначены формирователи 11-1,, сумматор 2 по модулю два, усилитель 3, громкоговоритель 4, акустическая среда 5, микрофоны 6, -6, канал 7 связи, микрофонный усилитель 8,-8, компаратор

9ч ГЗС содержит микрофоны 6, -6 в качестве датчиков звукового давления, соединяемые при помощи линий связи с формирователями 1, -lz, подключенными к семивходовому сумматору 2 по модулю два, выход которого подсоединен к усилителю 3 мощности, работающему на громоговоритель 4.

ГЗС работает следующим образом, Акустическая среда 5 между громкоговорителем 4 и микрофонами 6, -6„ яв- 25 ляется асинхронным элементом задерж ки, эта задержка флуктуирует случайным образом, При включении ГЗС в результате "микрофонного эффекта" на выходе формирователей 1, -l появляют- Зо ся последовательности "!" и "0", поступающих на входы сумматора 2 по модулю два. С выхода сумматора Й последовательность 1" и "0 поступает на усилитель 3 мощности и громкоговори41 6 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.

Формула и з о б р е т е н и я

Генератор звукового сигнала, содержащий 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.

)328841

)328841

m,,m,,7:

/ /

Раг. Х

Составитель Ю.Алев/ин

Техред А.Кравчук

Корректор В. Бутяга

Редактор И.Николайчук

Заказ 3491/ 52

Тираж 345 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раунская наб., д.4/ 5

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