Устройство фотоэлектронного преобразования акустических колебаний в электрический сигнал

Устройство фотоэлектронного преобразования акустических колебаний в электрический сигнал (Патент RU 2052904):

H04R23 - Прочие преобразователи, не отнесенные к группам H04R 9/00-H04R 21/00


Авторы патента:

Сорокин Ю.В.
Сорокин В.В.
Федюшин Б.Т.


Вледельцы патента:

Товарищество с ограниченной ответственностью "ТОП"
Другие патенты:

Оптический микрофон

Изобретение относится к акустике и может быть использовано в устройствах громкоговорящей связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические

Акустический оптико-электронный преобразователь

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для создания высококачественных звукозаписывающих устройств

Световолоконный датчик колебаний

Изобретение относится к виброметрии

Устройство для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления

Электрокинетический преобразователь акустических колебаний

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения перепадов давления, вызванных акустическими колебаниями в жидких средах

Микрофон для волоконно-оптической линии связи

Изобретение относится к технике связи

Электрогидравлический преобразователь

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в системах гидроавтоматики

Преобразователь периода в напряжение

Изобретение относится к электроизмерительной технике

Полупроводниковый механоэлектрический преобразователь

Изобретение относится к полупроводниковой технике и позволяет повысить ударостойкость преобразователя и упростить его сборку4 На основании 1 зафиксирована через прокладку 2 жесткая планка - держатель 3 с микрошаром 4, зыполняющим роль индентора

Способ преобразования электрических сигналов в звуковые волны и устройство для его осуществления

Изобретение относится к преобразователям, предназначенным для получения акустических волн из электрических колебаний и излучения акустической мощности в окружающую среду, более конкретно к громкоговорителям

Способ преобразования электрических сигналов в звуковые волны и устройство для его осуществления

Изобретение относится к преобразователям, предназначенным для получения акустических волн из электрических колебаний и излучения акустической мощности в окружающую среду, более конкретно к громкоговорителям

Аппарат для воспроизведения звуков

Изобретение относится к области воспроизводства звука, используется в аудиосистемах, аудиовидеосистемах, в средствах коммуникации, таких как телефоны, радио и т.д

Волоконно-оптический преобразователь гидрофизических параметров морской среды

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для измерения значений величин, влияющих на результаты гидроакустических измерений

Оптический микрофон

Изобретение относится к области акустических измерений

Оптический микрофон и способ изготовления его звукочувствительной мембраны

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и микротехнологии и может быть использовано в конструкции микроминиатюрных приемников акустических сигналов специального назначения

Оптико-электронный микрофон

Изобретение относится к технике преобразования и усиления звуковых сигналов и может быть использовано в технических системах приема и обработки акустической информации


Подписаться на новые патенты в этик классах:

Ваш e-mail:

(На указанный вами e-mail, мы будем присылать информацию о свежеопубликованных патентах по интересуюзим вас классам МПК7)

Использование: для высококачественной записи акустических сигналов в цифровой и аналоговой форме. Сущность изобретения: устройство содержит диафрагму и последовательно оптически сопряженные источник света, световод и фотоприемник, синхрогенератор, N-элементов И, преобразователь параллельного кода в последовательный. Фотоприемник выполнен в виде матрицы из N фотоэлементов. Фотоэлементы расположены параллельно выходному торцу световода в одной плоскости. Входы каждого элемента И связаны с выходом синхрогенератора и соответствующим фотоэлементом. Входы преобразователя параллельного кода в последовательный соединены с выходами элементов И и выходом синхрогенератора. Световод соединен с диафрагмой. 1 ил.

Изобретение относится к области акустики и оптоэлектроники и может быть использовано в промышленности и быту для высококачественной записи акустических сигналов в цифровой и аналоговой форме.

Известны полупроводниковые (транзисторные), пьезоэлектрические, электретные, конденсаторные, электродинамические, электромагнитные, угольные. Микрофоны состоят из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической. Акустико-механическая система делится на способы передачи давления на диафрагму: а микрофоны давления давление на одну сторону и микрофон градиента давления на обе стороны.

Известны также: микрофон, состоящий из двух цилиндров и устройства для натяжения мембраны; блок мембраны конденсаторного микрофона, состоящий из мембраны, удерживаемой между кольцами и другие микрофоны и электроакустические преобразователи.

Известные акустические аппараты имеют общее процесс преобразования звуковых и механических колебаний в электрические, т.е. существует два типа преобразователей: с магнитным полем электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные; с электрическим полем электростатические, конденсаторные и формально сходные пьезоэлектрические.

Указанные устройства используют преобразование акустических колебаний в сигнал с модуляцией по амплитуде, частоте и др. т.е. в аналоговый сигнал, который и записывается или идет на обработку.

Недостатки аналоговой записи: недостаточный динамический диапазон; повышенные нелинейные искажения, детонация и модуляционные шумы; увеличение всех видов искажений при перезаписи; нестабильность частотных характеристик; большой уровень перекрестных помех.

копир-эффект.

Цифровая запись лишена этих недостатков (Цифровые звуковые микрофоны. М. Радио и связь, 1989), так как использует квантование сигнала и для этого производится аналого-цифровое преобразование, т.е. аналоговый сигнал преобразуют в АЦП (аналого-цифровой преобразователь), а перед этим для фильтрации используют фильтры низкой частоты, далее необходимо устройство выборки и хранения. Таким образом, отсутствует прямое преобразование акустического сигнала в цифровую форму, что приводит к значительным искажениям первоначального сигнала, к громоздкой и дорогостоящей обработке сигнала.

В качестве прототипа выбран известный способ передачи акустических колебаний диафрагме в виде ленточки и устройство электродинамический микрофон ленточного типа (Дрезен М. Электроакустическое и звуковое вещание. Радио и связь, 1981). Ленточка в определенной степени воспроизводит скорость движения частичек воздуха в звуковом поле.

Этот способ не позволяет получить сигнал в цифровой форме и для его преобразования необходимы дополнительные устройства преобразования, ухудшающие качество сигнала.

Цель изобретения повышение качества записи акустических колебаний в цифровой форме и их воспроизведения.

Для осуществления поставленной цели акустические колебания преобразуются в колебании световода, по которому распространяется излучение. Угол отклонения колебаний излучающей апертуры световода преобразуется в положение ее проекции на плоскость. Регистрируются координаты положения проекции на плоскости, которые и преобразуются в цифровой сигнал.

Устройство отличается от прототипа тем, что введены: световод, источник излучения, N-элементный фотоприемник, синхрогенератор, N ячеек И, преобразователь параллельного кода в последовательный. Диафрагма соединена со световодом, через излучающую апертуру которого источник излучения связан световой связью с фотоприемниками. Каждый из N фотоприемников соединен с ячейкой И, соединенной с синхрогенератором и преобразователем параллельного кода в последовательный.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство работает следующим образом.

Акустические колебания 10, попадают на диафрагму 1 и передаются световоду 2, входная апертура которого соединена с источником 3 излучения. Выходная излучающая апертура 4 световода совершает колебания 11 под воздействием акустических колебаний 10, передающихся световоду 2 через диафрагму 1. Далее излучающая апертура 4 проецирует свое изображение 9 на N-элементный фотоприемник 5 (представляющий из себя матрицу фотоприемников, имеющую различное исполнение в зависимости от назначения микрофона (узконаправленный, широконаправленный и т. д.). Каждый фотоприемник преобразует падающее излучение в электрический сигнал, поступающий на ячейку И из N 7. Далее синхронизатор 6 с заданной тактовой частотой производит опрос ячеек И 7 и производит параллельный сброс информации со всех N ячеек И 7 в преобразователь 8 параллельного кода в последовательный. Далее последовательный код 12 поступает к потребителю (на запись, звукоусилительную аппаратуру и т.д).

Акустические колебания передаются диафрагме, которая преобразует их в колебания световода, а световод проецирует излучение на фотоприемник. Диаметр пятна фокусировки может достигать порядка длины волны при монохроматическом источнике излучения. Этот размер может определять предельную чувствительность способа, когда дискретность расположения фотоприемников подбирается пропорционально этому размеру. Т.е. возникновение смещения световода, соизмеримое с диаметром проекции (светового пятна) излучающей апертуры, приводит к переходу проекции на соседний фотоприемник и к возникновению сигнала в соответствующем разряде кода. Предельные воспринимаемые частоты (низкие и высокие) акустических колебаний определяются конструкцией световода и частотой опроса фотоприемников (синхрогенератор). Можно создавать очень узконаправленную диаграмму приема за счет сужения размеров фотоприемника фактически при ширине фотоприемника в линейке, соответствующей размеру сфокусированного пятна, можно получить абсолютно узкую направленность до сотых долей градуса, когда фиксируется акустическая волна, пришедшая строго по нормали. Можно сделать и стереомикрофон, когда используется две узкиe линейки фотоприемников. Таким образом, открывается возможность создания целой гаммы цифровых приборов на оптоэлектронной основе.

Новый вид электроники цифровая звукозапись позволяет получить высококачественное воспроизведение звука. Обычно применяющиеся микрофоны для использования в цифровой записи требуют дополнительных электронно-цифровых устройств преобразующих аналоговый сигнал в цифровой. При этом вносятся искажения и значительно усложняется и удорожается аппаратура. При цифровой записи необходимо обеспечить широкую полосу частот, одно значение сигнала с импульсно-кодовой модуляцией занимает 16-18 разрядов, что за секунду при частоте посылок f 48 кГц составляет таких сигналов 48000, а для двухканальной стереозаписи скорость передачи данных достигает: V 2 16 48000 1,54 мбит/с.

При использовании помехоустойчивого кода получается до 2,5 мбит/с. Эти цифры показывают, что запись должна происходить с высокой плотностью. Динамический диапазон преобразования (в дб) зависит от числа разрядов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или ЦАП и определяется выражением Д 6n + 1,8; где n число двоичных разрядов. Обычно используются 16 разрядов, тогда 98 дБ, а при 18 разрядах динамический диапазон поднимается до 110 дБ. Использование данного способа позволит увеличивать диапазон практически до любого значения, все будет зависеть от числа фотоприемников в матрице. В существующих системах частота дискретизации примерно в 2 раза выше максимальной частоты аналогового сигнала, т. е. при 20 кГц звукового сигнала частота дискретизации 40 кГц. При уменьшении частоты происходит наложение спектра сигнала и помехи.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволит качественно улучшить характеристики звукозаписи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕКТРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащее диафрагму и последовательно оптически сопряженные источник света, световод и фотоприемник, причем световод соединен с диафрагмой, отличающееся тем, что в него введены синхрогенератор, N элементов И, преобразователь параллельного кода в последовательный, а фотоприменик выполнен в виде матрицы из N фотоэлементов, причем фотоэлементы расположены параллельно выходному торцу световода в одной плоскости, входы каждого из элементов И связаны с выходом синхрогенератора и соответствующим фотоэлементом, а входы преобразователя параллельного кода в последовательный соединены с выходами элементов И и выходом синхрогенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1


Рекомендуем ознакомиться и с недавно зарегистрированным патентом 2506377.

Наверх