Пространственная звуковоспроизводящая система

 

Пространственная звуковоспроизводящая система относится к радиотехнике и может быть использована в аппаратуре монофонического или стереофонического озвучивания, для пользования индивидуальным потребителем в условиях специально неприспособленного помещения. Система содержит источник сигнала, регулятор громкости, устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, усилитель низкой частоты, громкоговоритель, связанные последовательно. Между устройством регулирования амплитудно-частотной характеристики и усилителем низкой частоты размещено устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, которое вторым входом подсоединено к выходу устройства регулирования амплитудно-частотной характеристики, а выходом - ко входу усилителя низкой частоты. К первому входу устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики посредством линии связи подключено зондирующее устройство, которое установлено в точке прослушивания. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах монофонического или стереофонического озвучивания помещений различного объема.

Известна пространственная звуковоспроизводящая система, содержащая источник сигнала, устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), усилитель низкой частоты и громкоговоритель, связанные последовательно, а также управляемый аттенюатор и зондирующее устройство (патент США N 4309570, кл. H 04 S 1/00, опубл. 05.01.82).

Эта система позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику сигнала в точке прослушивания непосредственно слушателем, но не позволяет с высокой точностью проводить корректирование громкости и амплитудно-частотной характеристики в зависимости от изменения формы и объема помещения, месторасположения громкоговорителя и положения слушателя. Система не позволяет повысить соотношение сигнал/шум(помеха) для точки прослушивания.

Известна пространственная звуковоспроизводящая система, содержащая источник сигнала, регулятор громкости, устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, усилитель низкой частоты, громкоговоритель, связанные последовательно, и зондирующее устройство, устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, линию связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, а зондирующее устройство установлено в точке прослушивания (патент России N 2038704, кл. H 04 R 3/04, опубл. 27.06.95.

Эта система позволяет в автоматическом режиме осуществлять корректирование амплитудно-частотной характеристики сигнала для индивидуального слушателя с учетом изменения формы и объема помещения, корректировать громкость звуковоспроизведения в зависимости от положения слушателя в помещении.

Недостатки: 1) источник сигнала должен иметь нормированные выходные характеристики; 2) система имеет сложную, инерционную схему корректирования громкости звуковоспроизведения; 3) система не позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику сигнала с учетом особенностей слухового восприятия слушателя; 4) система не позволяет осуществлять коррекцию амплитудно-частотной характеристики, фильтрацию помех и шумов источника сигнала.

Задача, решаемая изобретением, повышение качества звуковоспроизведения для индивидуального слушателя с учетом изменения формы, объема, акустических свойств помещения, месторасположения громкоговорителя, местоположения точки прослушивания, несовершенства источника сигнала, особенностей слухового восприятия звуковых давлений различных частот, помех и шумов, несовершенства амплитудно-частотных характеристик усилителя низкой частоты и громкоговорителя.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, упрощение конструкции регулирования громкости, компенсация частотных искажений сигнала, повышение соотношения сигнал/шум(помеха) в точке прослушивания.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известной пространственной звуковоспроизводящей системе, содержащей источник сигнала, регулятор громкости, устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, усилитель низкой частоты, громкоговоритель, связанные последовательно, и зондирующее устройство, устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, линию связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, а зондирующее устройство установлено в точке прослушивания, согласно изобретению второй вход устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с выходом источника сигнала через регулятор громкости и устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, а выход устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с входом усилителя низкой частоты.

Устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики может быть выполнено в виде регулятора тембра.

Устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики может быть выполнено в виде многополосного эквалайзера.

Регулятор громкости может быть выполнен тонкомпенсированным.

В варианте регулятор громкости может быть выполнен в виде последовательно соединенных устройства автоматического регулирования усиления и управляемого аттенюатора, причем входом регулятора громкости является вход устройства автоматического регулирования усиления, а выходом регулятора громкости является выход управляемого аттенюатора.

В варианте зондирующее устройство может быть выполнено в виде микрофона и радиопередающего устройства, снабженного передающей антенной, линия связи в виде радиоприемного устройства с приемной антенной, устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики в виде многополосного электронно-управляемого эквалайзера, полосовых фильтров, измерителей уровня, схем сравнения, причем вторым входом устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики является вход многополосного электронно-управляемого эквалайзера, многополосный электронно-управляемый эквалайзер выполнен в виде k-параллельных ветвей из полосовых фильтров и управляемых усилителей, соединенных между собой последовательно и подсоединенных к сумматору, каждый выход полосового фильтра многополосного электронно-управляемого эквалайзера подсоединен ко входу соответствующего по полосе частот измерителя уровня, выходы измерителей уровней подсоединены к первым входам схем сравнения, выходы которых соединены с управляющими входами управляемых усилителей для соответствующих полос частот, а выход радиоприемного устройства подсоединен к первому входу устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики к k-дополнительным параллельным ветвям, выполненных из дополнительных полосовых фильтров и дополнительных измерителей уровня, причем полосы частот дополнительных полосовых фильтров соответствуют полосам частот полосовых фильтров многополосного электронно-управляемого эквалайзера, выходы дополнительных измерителей уровня соответственно для каждой из полос частот подсоединены ко вторым входам схем сравнения, а выходом устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики является выход сумматора многополосного электронно-управляемого эквалайзера.

За счет введения новых функциональных связей между блоками пространственной звуковоспроизводящей системы удается решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятны во время последующего рассмотрения приведенных ниже вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображена функциональная схема пространственной звуковоспроизводящей системы; фиг. 2 один из вариантов пространственной звуковоспроизводящей системы.

Пространственная звуковоспроизводящая система (фиг.1) содержит источник 1 сигнала, регулятор громкости 2, устройство 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики, усилитель 4 низкой частоты, громкоговоритель 5, связанные последовательно, и зондирующее устройство 6, устройство 7 автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, линию связи 8, при этом выход зондирующего устройства 6 посредством линии связи 8 подключен к первому входу устройства 7 автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, а зондирующее устройство 6 установлено в точке прослушивания.

Согласно изобретению второй вход устройства 7 автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с выходом источника 1 сигнала через регулятор громкости 2 и устройство 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики, а выход устройства 7 автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с входом усилителя 4 низкой частоты.

Приемный элемент зондирующего устройства 6 может быть выполнен в виде одного или нескольких микрофонов, расположенных в непосредственной близости от головы слушателя. Возможны различные конструктивные варианты выполнения зондирующего устройства, например, в виде головного убора, наушников, очков, заколки, прищепки, или приемный элемент зондирующего устройства 6 может быть вмонтирован в пульт дистанционного управления работой пространственной звуковоспроизводящей системы.

Наибольшая достоверность звуковоспроизведения может быть получена при расположении приемного элемента зондирующего устройства 6 вблизи слуховых органов слушателя.

Работает пространственная звуковоспроизводящая система (фиг.1) следующим образом.

Посредством приемного элемента зондирующего устройства 6 осуществляется прием звуковых сигналов, присутствующих в точке прослушивания, прямых акустических волн от громкоговорителя 5, переотраженных от стен и иных предметов помещения акустических волн от громкоговорителя 5, а также акустических помех и шумов.

Принятый сигнал (искаженный) преобразуется в электрический сигнал и посредством линии связи 8 поступает на первый вход устройства 7 автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики. В качестве линии связи 8 могут быть использованы кабельная линия связи, беспроводная линия связи, например канал передачи информации с использованием радиоволн или инфракрасных волн.

На второй вход устройства 7 подается опорный (преобразованный) сигнал от источника 1 сигнала.

Преобразование сигнала осуществляется с помощью регулятора громкости 2 и устройства 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики.

Блоки 2 и 3 связаны последовательно и могут быть расположены в обратной последовательности.

С помощью регулятора громкости 2 и устройства 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики можно изменять уровень опорного сигнала и его амплитудно-частотную характеристику.

Устройство 7 автоматического регулирования АЧХ сравнивает поступающие на него опорный и искаженный сигналы. Сравнение сигналов осуществляется в спектральной области сравниваются уровни спектральных составляющих этих сигналов.

В зависимости от величины различия уровней спектральных составляющих сигналов устройство 7 вырабатывает управляющие сигналы, пропорциональные величине искажений (разности значений амплитуд спектральных составляющих на соответствующих частотах), Управляющие сигналы изменяют состояние передаточных характеристик (АЧХ и коэффициент передачи) устройства 7 таким образом, что опорный сигнал, проходя через устройство 7, претерпевает предыскажения и далее, усиленный усилителем 4 низкой частоты, излученный громкоговорителем 5 и акустически сформированный в точке прослушивания, воспринимается слушателем без искажений в форме опорного сигнала.

Другими словами, устройство 7 автоматического регулирования АЧХ представляет собой блок корреляционной обработки сигналов или оптимальный (согласованный) фильтр, который работает в реальном масштабе времени и позволяет оперативно компенсировать искажения в тракте звуковоспроизведения: усилитель низкой частоты громкоговоритель 5 акустическое помещение - слушатель.

Использование регулятора громкости 2 и устройства 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики в цепи формирования опорного электрического сигнала позволяет также осуществлять компенсацию частотных искажений источника 1 сигнала и формировать в точке прослушивания задаваемый потребителем уровень звукового давления.

Известно, что чувствительность уха, максимальная на средних частотах, падает на низких и высоких частотах. При увеличении уровня громкости чувствительность уха в области низких частот заметно возрастает. В области высших частот чувствительность также возрастает, но ее рост значительно зависит от индивидуальных особенностей слуха каждого человека. Особенно заметна зависимость восприятия высших частот от возраста.

Иначе говоря, изменение уровня звукового давления вызывает изменение спектра сигнала, воспринимаемого человеком. Поэтому, чтобы субъективное восприятие громкости изменялось во всем спектре частот пропорционально, необходимо скорректировать частотную характеристику. Для корректирования амплитудно-частотной характеристики с учетом индивидуальных особенностей слушателя в предлагаемой системе служит устройство 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики, которое может быть выполнено, например, в виде регулятора тембра или многополосного эквалайзера (графического эквалайзера).

Кроме того, устройство 3 регулирования АЧХ может быть использовано для дополнительной фильтрации сигнала от источника 1, содержащего помехи и шумы или частотные искажения.

Например, если в качестве источника 1 сигнала используется радиоприемное устройство радиовещательных станций, то выходной сигнал может содержать интерференционные помехи, низкочастотные помехи в виде фона, эфирные шумы, искажения спектра за счет особенностей амплитудно-частотных характеристик усилителя промежуточной частоты конкретного радиоприемника, точности настройки на радиовещательную станцию и т.д.

Если в качестве источника сигнала используется магнитофон, то возможны амплитудно-частотные искажения, вызванные разбросом электрических параметров записывающей и воспроизводящей головок, не точным совпадением дорожек записи, несовершенством амплитудно-частотных характеристик предусилителей корректоров АЧХ и т.д.

Компенсировать указанные амплитудно-частотные искажения, а также осуществить оптимальную фильтрацию помех и шумов источника сигнала в предлагаемой пространственной звуковоспроизводящей системе позволяет устройство 3 регулирования амплитудно-частотной характеристики.

В отличие от регулировки громкости в классических звуковоспроизводящих системах, обеспечивающих абсолютное регулирование уровня звучания громкоговорителя 5, предлагаемая пространственная звуковоспроизводящая система обеспечивает регулирование уровня звучания громкоговорителя 5 с учетом удаленности от него слушателя. Чем меньше уровень сигнала на втором входе устройства 7 автоматического регулирования АЧХ, заданный потребителем с помощью регулятора громкости 2, тем меньше уровень звукового сигнала в точке прослушивания, при этом, если потребитель изменяет свое местоположение относительно громкоговорителя 5, например приближается к нему, соответственно происходит изменение уровня звучания громкоговорителя 5 оно уменьшается таким образом, что в точке прослушивания сохраняется определенный (выбранный потребителем) уровень громкости.

Автоматическое формирование заданного уровня громкости обеспечивает устройство 7 автоматического регулирования АЧХ в соответствии с вышеописанным принципом работы.

По сравнению с пространственной звуковоспроизводящей системой, описанной в патенте России N 2038704 от 27.06.95, предложенная система имеет схемотехнические преимущества при регулировании громкости в точке прослушивания: а) для формирования выбранного уровня громкости в точке прослушивания не применяется отдельная схема регулирования громкости с обратной связью (исключены широкополосная схема сравнения и схема электронного регулирования громкости), что существенно упрощает конструкцию системы; б) уменьшается время, необходимое для самоадаптации системы.

Важно отметить, что из-за особенностей органов слуха человека при уменьшении уровня громкости в точке прослушивания наблюдается ухудшение восприятия низких и высших звуковых частот. Поэтому обычно в классических пространственных звуковоспроизводящих системах применяют тонкомпенсированные регуляторы громкости, которые одновременно с уменьшением или увеличением громкости звучания громкоговорителя 5 изменяют АЧХ усилительного устройства таким образом, чтобы она соответствовала широко известным кривым равной громкости.

Покажем, что использование тонкомпенсированных регуляторов громкости в классических звуковоспроизводящих системах (без использования принципа корреляционной обработки сигналов) неправомерно.

Действительно, местоположение слушателя, расположение громкоговорителя 5 в бытовом помещении в общем случае может быть различно, а следовательно расстояние от слушателя до громкоговорителя 5 может быть также различно. Например, в условиях типового жилого помещения расстояние от слушателя до громкоговорителя 5 может составлять порядка 0,5 5 м, при этом уровень звукового давления, в зависимости от конкретной ситуации может отличаться на 3 10 дВ.

Классические звуковоспроизводящие системы не учитывают вышеуказанные особенности звуковоспроизведения в бытовых условиях. Поэтому использование в их составе тонкомпенсированных регуляторов громкости не вполне правомерно.

В предложенной пространственной звуковоспроизводящей системе, как уже отмечалось, удается обеспечить в точке прослушивания заранее выбранный с помощью регулятора громкости 2 уровень звука и поэтому в качестве регулятора громкости целесообразно применить тонкомпенсированный регулятор громкости 2.

При звуковоспроизведении в бытовых условиях, например жилом помещении, каюте корабля или салоне автомобиля, как правило, присутствуют акустические помехи и шумы. Природа этих шумов и помех различна.

Можно выделить внешние по природе происхождения шумы и помехи и вторичные шумы и помехи.

К внешним по природе происхождения шумам и помехам можно отнести: а) шумы с улицы (шум машин, поездов, самолетов, шумы работающей строительной техники и т.д), шумы из-за стен соседних помещений, внутренние шумы помещения (звук строчной развертки работающего телевизора, шум трансформатора, лампы дневного освещения и т.д.) при звуковоспроизведении в жилом помещении; б) шумы работающего двигателя или иных систем автомобиля, шумы улицы через неплотно закрытое окно и т.д. при звуковоспроизведении в салоне автомобиля.

Ко вторичным по природе происхождения шумам можно отнести: а) дребезг стекол или посуды при звуковоспроизведении с высокой громкостью в жилых помещениях; б) дребезжание декоративных панелей салона автомобиля; в) дребезжание диффузора громкоговорителя или фальшпанели звуковоспроизводящей колонки при большой громкости звуковоспроизведения.

Предложенная пространственная звуковоспроизводящая система позволяет осуществлять фильтрацию указанных помех и шумов.

При возникновении вторичных шумов и помех, обусловленных воздействием звуковых волн высокой интенсивности на резонансные системы бытового помещения, возникают вторичные звуковые волны. Спектр этих волн имеет основную резонансную частоту колебаний и гармонические составляющие. При распространении этих волн в акустическом пространстве бытового помещения в точке прослушивания формируется звуковое поле, представляющее собой суперпозицию прямых, отраженных от стен волн полезного сигнала и соответственно прямых и отраженных вторичных волн (помех).

В соответствии с вышеописанным принципом работы пространственной звуковоспроизводящей системы, в устройстве 7 автоматического регулирования АЧХ осуществляются предыскажения опорного сигнала до тех пор, пока в точке прослушивания спектр акустического сигнала не будет соответствовать максимально точно спектру опорного сигнала. При этом происходит оптимальная (по критерию минимальной разницы амплитуд спектральных составляющих) фильтрация воспроизводимого сигнала. В результате такой фильтрации происходит автоматический "поиск" и уменьшение усиления на частотах, вызывающих паразитные резонансы и вторичные помехи. При этом для точки прослушивания наступает режим динамического равновесия и сбалансированности акустического совокупного сигнала, спектр которого максимально возможно приближается к спектру опорного сигнала. Теоретически вторичные помехи могут быть полностью отфильтрованы с помощью предложенной системы для опорного сигнала, имеющего спектр типа "розовый шум". Однако спектры большинства музыкальных и тем более речевых источников имеют быстроменяющийся (пульсирующий) тип спектра и поэтому для реальных звуковых сигналов можно говорить лишь о частичном подавлении вторичных помех. При пульсирующем сигнале система вследствие инерционности работы (определяется временем корреляции сигналов) будет запаздывать и подавлять паразитные колебания (вторичные помехи) с задержкой.

Если в помещении присутствуют внешние по природе происхождения шумы, то в соответствии с вышеописанным принципом работы пространственной звуковоспроизводящей системы осуществляется оптимальная фильтрация спектра опорного сигнала с учетом спектральных составляющих внешних помех для точки прослушивания происходит своеобразное маскирование помехи сигналом за счет пропорционального уменьшения усиления опорного сигнала на тех частотах, где присутствуют спектральные составляющие внешних помех. Однако полного подавления внешних помех в общем случае не происходит из-за различия спектров опорного сигнала и помехи.

Таким образом, предложенная пространственная звуковоспроизводящая система позволяет повысить соотношение сигнал/шум (помеха) для точки прослушивания и тем самым повышает качество звуковоспроизведения для индивидуального слушателя.

Некоторые виды источников сигналов, например тюнеры или магнитофоны, не обеспечивают номинальный уровень сигнала на выходе.

Например, при настройке на радиовещательные станции возможны различные уровни выходного сигнала из-за фединга радиосигнала, различной глубины модуляции, а при воспроизведении магнитных записей, сделанных с различным уровнем, на различных типах пленки, выходной сигнал также может существенно (на З-10 дВ) отличаться от номинального.

Для нормирования выходного уровня подобных источников 1 сигналов может быть использован регулятор громкости 2, выполненный в виде последовательно соединенных устройств автоматического регулирования усиления и управляемого аттенюатора.

Входом регулятора громкости 2 является вход устройства автоматического регулирования усиления, а выходом регулятора громкости 2 является выход управляемого аттенюатора.

Устройство автоматического регулирования усиления может быть выполнено по типовым схемам, например, с использованием различных схемотехнических решений систем автоматического регулирования уровня записи (АРУЗ) магнитофонов, а аттенюатор может быть выполнен в виде плавного или дискретного делителя напряжения, который также может содержать цепи тонкомпенсации.

Постоянная времени устройства автоматического регулирования усиления может быть выбрана порядка 1 15 с.

При использовании совместно с вышеописанным вариантом выполнения регулятора громкости 2 устройства 3 регулирования АЧХ в виде классических вариантов темброблоков или графических эквалайзеров наиболее точное регулирование громкости и АЧХ может быть достигнуто при расположении блоков 1,2,3 системы в порядке 1,3,2.

При таком расположении блоков системы дополнительное ослабление (усиление) сигнала в темброблоке или многополосном эквалайзере затем компенсируется (осуществляется энергетическая нормировка сигнала) в блоке автоматического регулирования усиления регулятора громкости 2 так, что на вход аттенюатора подается номинальный уровень сигнала, соответствующий максимальному уровню громкости в точке прослушивания, например 110 дВ.

Посредством аттенюатора регулятора громкости 2 уровень сигнала может быть уменьшен слушателем по его усмотрению от максимального до минимально возможного, например со 110 до 50 дВ (60 дВ).

Увеличивать глубину регулирования громкости свыше 50-60 дВ не имеет особого смысла при эксплуатации предлагаемой системы в бытовых помещениях или салонах автомобилей, поскольку уровень внешних акустических помех и шумов может достигать в них порядка 30-40 дВ и эффективность работы системы при низких значениях отношения сигнал/шум(помеха) (при малой громкости звуковоспроизведения) снижается.

Коррекция тракта звуковоспроизведения и объективная подгонка параметров звукового поля в точке прослушивания под опорный сигнал зависит от соотношения сигнал/шум(помеха) в помещении, электрических показателей и особенностей схемотехнических решений аппаратуры (быстродействия самоадаптации системы, динамического диапазона регулировок, числа частотных полос анализа, идентичности частотных характеристик фильтров и регулировочных характеристик усиления для различных частотных полос анализа и т.д.) и точности предварительной настройки и калибровки аппаратуры.

Настройка аппаратуры может быть проведена в специальных акустических студиях (безэховых камерах) с использованием в качестве контрольной аппаратуры многоканальных анализаторов спектра.

Техническое решение (фиг. 1) описано для одного канала звуковоспроизведения (монофонического режима), понятно, что аналогично может быть построена система для двух или четырех каналов звуковоспроизведения. В этих случаях устройство 7 автоматического регулирования АЧХ должно иметь соответствующее число входов и выходов.

В качестве одного из вариантов, реализующего функциональную схему пространственной звуковоспроизводящей системы, может быть предложено устройство, выполненное по схеме, изображенной на фиг. 2.

Зондирующее устройство 6, в частности, может быть выполнено в виде микрофона 9 и радиопередающего устройства 10, снабженного передающей антенной 11. Линия связи 8 в виде радиоприемного устройства 12 с приемной антенной 13, устройство 7 автоматического регулирования АЧХ в виде многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14, полосовых фильтров 15, измерителей уровня 16, схем сравнения 17, причем вторым входом устройства 7 автоматического регулирования АЧХ является вход многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14. Многополосный электронно-управляемый эквалайзер выполнен в виде k-параллельных ветвей из полосовых фильтров 15 и управляемых усилителей 18, соединенных между собой последовательно и подсоединенных к сумматору 19, каждый выход полосового фильтра 15 многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14 подсоединен ко входу соответствующего по полосе частот измерителя уровня 16, выходы измерителей уровней 16 подсоединены к первым входам схем сравнения 17, выходы которых соединены с управляющими входами управляемых усилителей 18 для соответствующих полос частот, а выход радиоприемного устройства 12 подсоединен к первому входу устройства 7 автоматического регулирования АЧХ к k-дополнительным параллельным ветвям, выполненным из дополнительных полосовых фильтров 15 и дополнительных измерителей уровня 16, причем полосы частот дополнительных полосовых фильтров 15 соответствуют полосам частот полосовых фильтров 15 многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14. Выходы дополнительных измерителей уровня 16 соответственно для каждой из полос частот подсоединены ко вторым входам схем сравнения 17, а выходом устройства 7 автоматического регулирования АЧХ является выход сумматора 19 многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14.

Работает устройство, изображенное на фиг. 2, следующим образом.

Зондирующее устройство 6, выполненное в виде микрофона 9 и радиопередающего устройства 10, принимает звуковой "искаженный" сигнал в точке прослушивания, преобразует его в электрический сигнал и излучает промодулированный этим сигналом радиосигнал. Излучение радиосигнала осуществляется передающей антенной 11.

Радиоприемное устройство 12, посредством приемной антенны 13, принимает радиосигнал и осуществляет его демодуляцию, превращая вновь в электрический сигнал. С выхода радиоприемного устройства 12 сигнал подается на первый вход устройства 7 автоматического регулирования АЧХ.

В устройстве 7 автоматического регулирования АЧХ, посредством дополнительных полосовых фильтров 15₁, 15₂,15_k осуществляется частотная селекция сигнала дробление (разложение) спектра "искаженного" сигнала на спектральные составляющие (частотные полосы анализа). Сигналы с выходов полосовых фильтров 15 подаются на дополнительные измерители уровней 16₁, 16₂,16_k, которые осуществляют измерение текущих значений амплитуд спектральных составляющих (энергии сигнала в полосе анализа).

В случае аналоговой реализации, измерители уровней 16₁, 16₂,16_k представляют собой пиковые детекторы, в случае цифровой реализации аналого-цифровые преобразователи.

С выходов дополнительных измерителей уровней 16 сигналы поступают на вторые входы схем сравнения 17₁, 17₂,17_k.

На второй вход устройства 7 автоматического регулирования АЧХ поступает опорный сигнал с выхода устройства 3 регулирования АЧХ (или регулятора громкости 2 при обратном порядке расположения блоков 2 и 3).

Второй вход устройства 7 автоматического регулирования АЧХ является входом многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14, в котором посредством полосовых фильтров 15 и измерителей уровня 16 осуществляется частотная селекция опорного "идеального" сигнала разложение спектра на спектральные составляющие (частотные полосы анализа) и измерение текущих значений амплитуд спектральных составляющих (точнее, энергии сигнала в полосе анализа).

Полосовые фильтры 15 и измерители уровня 16 должны выполняться идентично соответствующим дополнительным полосовым фильтрам 15 и дополнительным измерителям уровня 16.

С выхода измерителей уровней 16₁,16_k сигналы поступают на первые входы схем сравнения 17 для соответствующих частотных полос анализа.

Выходные сигналы схем сравнения 17 пропорциональны разнице значений входных сигналов. Выходные сигналы схем сравнения 17 поступают на управляющие входы управляемых усилителей 18 и определяют их коэффициент передачи. Управляемые усилители 18 находятся в составе многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14 и включены между полосовыми фильтрами 15 и сумматором 19.

Выходом многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14, а также выходом устройства 7 автоматического регулирования АЧХ является выход сумматора 19. С выхода сумматора 19 предыскаженный сигнал подается на усилитель 4 низкой частоты, затем на громкоговоритель 5 и, акустически сформированный в точке прослушивания, воспринимается слушателем в форме, предельно приближенной к опорному сигналу.

Таким образом, коэффициент передачи многополосного электронно-управляемого эквалайзера 14, а также его АЧХ оперативно изменяются, обеспечивая минимально возможную разницу между спектрами опорного и искаженного сигналов, в результате чего система самоадаптируется к случайным факторам и ликвидирует: неравномерность тракта электронного усиления, неравномерность АЧХ громкоговорителя 5, несовершенство акустических показателей помещения, а также осуществляет поддержание в точке прослушивания выбранный потребителем уровень громкости.

Чем больше выбрано частотных полос анализа и больше громкость, т.е. выше отношение сигнал/шум(помеха), тем выше достоверность воспроизведения.

В настоящее время звуковоспроизводящая аппаратура, предназначенная для бытового использования, классифицируется с учетом основных технических (электрических) показателей на ряд групп качества.

Технические показатели усилителей, фильтров, шумоподавителей и других функциональных узлов тракта звуковоспроизведения определяются ГОСТом, ОСТом или другими специальными руководящими материалами и касаются сквозных характеристик всего усилительного тракта.

Известны классификации качества звуковоспроизводящей аппаратуры от нулевого до четвертого уровня качества.

Зарубежная классификация высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры позволяет проводить условное деление на высококачественную звуковоспроизводящую аппаратуру начального уровня, которая соответствует требованиям по стандарту DIN 45500, и высококачественную звуковоспроизводящую аппаратуру класса H1 F1.

Классификация качества звуковоспроизводящей аппаратуры только с учетом собственных электрических показателей блоков звуковоспроизводящей аппаратуры, которые не способны к самоадаптации при случайных условиях звуковоспроизведения, не вполне правомерна и вводит в заблуждение потребителя относительно возможного качества звуковоспроизведения в специально не приспособленном помещении.

Как правило, жилые комнаты имеют ограниченные размеру и, как любой замкнутый объем, они имеют резонансы на звуковых частотах. Например, прямоугольная комната размером 4,2 x 3,4 x 2,5 м имеет резонансы на частотах 40, 50, 70 Гц, ниши и трубы отопления в ней дают резонансы на более высоких частотах. В точке прослушивания при этом неравномерность АЧХ звукового сигнала может достигать ±20 дВ.

Очевидно, что с точки зрения слушателя определяющим параметром амплитудно-частотных искажений является норматив на неравномерность АЧХ сигнала в точке прослушивания как показатель, напрямую характеризующий качество звуковоспроизведения, а не нормативы на неравномерность АЧХ отдельных блоков и элементов звуковоспроизводящей системы, таких как усилитель, громкоговоритель и т.д. являющиеся параметрами, косвенно определяющими качество звуковоспроизведения.

Традиционный подход к оценке качества звуковоспроизводящих систем правомерен только для звуковоспроизводящей аппаратуры, предназначенной для эксплуатации в специальных студийных условиях.

Таким образом, звуковоспроизводящая система, предназначенная для эксплуатации в помещениях со случайными акустическими параметрами, чтобы соответствовать тому или иному классу качества и гарантированно обеспечивать, в частности, тот или иной уровень неравномерности АЧХ сигнала в точке прослушивания, должна представлять собой саморегулирующуюся систему, адаптирующуюся под условия конкретного помещения, и местоположение слушателя в нем.

Предложенная пространственная звуковоспроизводящая система промышленно применима и наиболее успешно может быть использована в радиотехнике для качественного звуковоспроизведения от различных первичных источников: магнитофонов, тюнеров, стереопроигрователей, в бытовых помещениях с плохими, неизвестными или изменяющимися акустическими характеристиками, например в жилых комнатах, каютах кораблей, салонах автомобилей.

Система может быть конструктивно объединена со звуковоспроизводящим прибором (магнитолой, телевизором, музыкальным центром и т.д.) или выполнена в виде отдельного функционального блока и поблочно комплектоваться с различной звуковоспроизводящей аппаратурой, при этом требования к некоторым характеристикам (АЧХ) усилителя 3 низкой частоты и громкоговорителя 5 могут быть существенно снижены.

Формула изобретения

1. Пространственная звуковоспроизводящая система, содержащая источник сигнала, регулятор громкости, устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, а также усилитель низкой частоты и громкоговоритель, связанные последовательно, зондирующее устройство, устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, линию связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики, а зондирующее устройство установлено в точке прослушивания, отличающаяся тем, что второй вход устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с выходом источника сигнала через связанные последовательно регулятор громкости и устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики, а выход устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики связан с входом усилителя низкой частоты.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики выполнено в виде регулятора тембра.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство регулирования амплитудно-частотной характеристики выполнено в виде многополосного эквалайзера 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулятор громкости выполнен тонкокомпенсированным.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулятор громкости выполнен в виде последовательно соединенных устройства автоматического регулирования усиления и управляемого аттенюатора, причем входом регулятора громкости является вход устройства автоматического регулирования усиления, а выходом регулятора громкости является выход управляемого аттенюатора.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что зондирующее устройство выполнено в виде микрофона и радиопередающего устройства, снабженного передающей антенной, линия связи в виде радиоприемного устройства с приемной антенной, устройство автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики в виде k полосовых фильтров, k управляемых усилителей, k измерителей уровня, k схем сравнения, k дополнительных полосовых фильтров, k дополнительных измерителей уровня и сумматора, причем вторым входом устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики являются соединенные между собой входы полосовых фильтров, выход каждого полосового фильтра подсоединен к входу ему соответствующего управляемого усилителя и входу измерителя уровня, а первым входом устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики являются соединенные между собой входы дополнительных полосовых фильтров, полосы частот которых соответствуют полосам частот полосовых фильтров, выход каждого дополнительного полосового фильтра подсоединен к входу ему соответствующего дополнительного измерителя уровня, выходы измерителей уровня и дополнительных измерителей уровня подсоединены к входам соответствующих схем сравнения, выходы которых соединены с управляющими входами управляемых усилителей для соответствующих полос частот, выходы управляемых усилителей подсоединены к входам сумматора, выход которого является выходом устройства автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2