Пространственная звуковоспроизводящая система

 

Пространственная звуковоспроизводящая система относится к радиотехнике и может быть использована для озвучивания различных помещений при индивидуальном прослушивании. Система содержит многоканальный источник сигнала и каналы звуковоспроизведения. Каждый канал звуковоспроизведения выполнен в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, устройства автоматического регулирования, линии связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования, второй вход которого подключен к выходу источника сигнала, а выход связан с входом усилителя низкой частоты. 18 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для озвучивания помещений.

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

Эта система позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику сигнала в точке прослушивания непосредственно слушателем для каждого из каналов звуковоспроизведения, а также позволяет корректировать сбалансированность уровня громкости в точке прослушивания.

Система не позволяет с высокой точностью проводить корректирование громкости, сбалансированности и амплитудно-частотной характеристики сигналов в каналах звуковоспроизведения в зависимости от изменения формы, объема помещения, месторасположения громкоговорителей и положения слушателя. Система не позволяет повысить соотношение сигнал/шум (помеха) для точки прослушивания.

Известна пространственная звуковоспроизводящая система, содержащая источник сигнала и канал звуковоспроизведения, выполненный в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, устройства автоматического регулирования, линии связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования, (см. патент России N 2038704, H 04 R 3/04, опубл. 27.06.95.

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

Недостатки: 1) система не позволяет реализовать локализацию звуков в окружающем слушателя пространстве и получить эффект "объемного" звучания; 2) источник сигнала должен иметь нормированные выходные характеристики; 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; 5) система не позволяет осуществлять корректирование фазы (задержки во времени), фазочастотной характеристики звуковоспроизводимого в точке прослушивания сигнала (ϕ_o, Δt, ФЧХ).

Задача, решаемая изобретением, повышение качества звуковоспроизведения для индивидуального слушателя с учетом изменения формы, объема, акустических свойств помещения, месторасположения громкоговорителей, местоположения точки прослушивания, ориентации в точке прослушивания головы слушателя, несовершенства источника сигнала, особенностей слухового восприятия звуковых давлений частот, помех и шумов, несовершенства АЧХ, ФЧХ, усилителей низкой частоты и громкоговорителей и, таким образом, повышение достоверности звуковоспроизведения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, автоматическое и точное корректирование громкости, сбалансированности, амплитудно-частотной, фазочастотной характеристики звуковоспроизводимого в точке прослушивания сигнала, расширение зоны действия эффекта "объемного" звучания и точности локализации звуков по отношению к слушателю.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известной пространственной звуковоспроизводящей системе, содержащей источник сигнала и канал звуковоспроизведения, выполненный в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, устройства автоматического регулирования, линии связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования, согласно изобретению, источник сигнала выполнен с по крайней мере одним дополнительным выходом для многоканального звуковоспроизведения, дополнительно введен, соответственно числу дополнительных выходов источника сигнала по крайней мере один дополнительный канал звуковоспроизведения, выполненный в виде дополнительного усилителя низкой частоты и дополнительного громкоговорителя, связанных последовательно, а также дополнительного зондирующего устройства, дополнительного устройства автоматического регулирования, дополнительной линии связи, выход дополнительного зондирующего устройства посредством дополнительной линии связи подключен к первому входу дополнительного устройства автоматического регулирования, выход источника сигнала связан со вторым входом устройства автоматического регулирования, дополнительный выход источника сигнала связан со вторым входом дополнительного устройства автоматического регулирования, выход устройства автоматического регулирования связан с входом усилителя низкой частоты, а выход дополнительного устройства автоматического регулирования связан с входом дополнительного усилителя низкой частоты.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью регулирования уровней сигналов на его выходах.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью автоматического регулирования уровней его выходных сигналов.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью регулирования уровней и амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах.

Каждое зондирующее устройство и дополнительное зондирующее устройство или линия связи и дополнительная линия связи могут быть выполнены с возможностью регулирования коэффициента передачи для регулирования уровня громкости в точке прослушивания.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью коммутации выходных сигналов для изменения порядка их подключения к каналам звуковоспроизведения.

Источник сигнала может быть выполнен с возможностью шумопонижения сигналов на его выходах.

Источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов может быть выполнен в виде полного или дискретного многоканального источника сигналов.

Источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов может быть выполнен в виде квазимногоканального источника сигналов.

Источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов может быть выполнен в виде псевдомногоканального источника сигналов.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования коэффициентов передач со вторых входов на выходы устройств автоматического регулирования.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования фаз (времени задержки) звуковоспроизводимых сигналов.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью изменения постоянной времени регулирования.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования их коэффициентов передач и фаз звуковоспроизводимых сигналов.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования фазочастотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

Устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

В варианте могут быть дополнительно введены устройство управления, блок памяти, при этом источник сигнала может быть выполнен с возможностью формирования на выходах широкополосных, шумоподобных сигналов, устройство управления может быть подключено к источнику сигнала, устройству автоматического регулирования, дополнительному устройству автоматического регулирования, блоку памяти, который может быть подключен к устройству автоматического регулирования и дополнительному устройству автоматического регулирования.

За счет выполнения каналов звуковоспроизведения в виде саморегулирующихся систем оптимальной обработки параметров сигналов 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 фигуры.

Фиг. 1 изображает функциональную схему пространственной звуковоспроизводящей системы. Фиг. 2-4 изображают варианты выполнения устройства автоматического регулирования и дополнительного устройства автоматического регулирования с различными функциональными возможностями.

Пространственная звуковоспроизводящая система (фиг. 1) содержит источник 1 сигнала и канал звуковоспроизведения, выполненный в виде усилителя 2 низкой частоты и громкоговорителя 3, связанных последовательно, зондирующего устройства 4, устройства 5 автоматического регулирования, линии связи 6, при этом выход зондирующего устройства 4 посредством линии связи 6 подключен к первому входу устройства 5 автоматического регулирования.

Согласно изобретению, источник 1 сигнала выполнен с по крайней мере одним дополнительным выходом для многоканального звуковоспроизведения, дополнительно введен соответственно числу дополнительных выходов источника 1 сигнала по крайней мере один дополнительный канал звуковоспроизведения, выполненный в виде дополнительного усилителя 7 низкой частоты и дополнительного громкоговорителя 8, связанных последовательно, а также дополнительного зондирующего устройства 9, дополнительного устройства 10 автоматического регулирования, дополнительной линии связи 11. Выход дополнительного зондирующего устройства 9 посредством дополнительной линии связи 11 подключен к первому входу дополнительного устройства 10 автоматического регулирования. Выход источника 1 сигнала связан со вторым входом устройства 5 автоматического регулирования, дополнительный выход источника 1 сигнала связан со вторым входом дополнительного устройства 10 автоматического регулирования. Выход устройства 5 автоматического регулирования связан с входом усилителя 2 низкой частоты, а выход дополнительного устройства 10 автоматического регулирования связан с входом дополнительного усилителя 7 низкой частоты.

На фиг. 1 буквами A и B обозначены соответственно канал и дополнительный канал звуковоспроизведения.

Общее число каналов звуковоспроизведения определяется числом выходов источника 1 сигнала.

В качестве источника 1 сигнала может быть использован любой известный тип многоканального источника 1 сигнала с использованием любого известного носителя первичной информации, а также систем и способов преобразования и формирования многоканальных сигналов.

Приемный элемент зондирующего устройства 4 и дополнительного зондирующего устройства 9 может быть выполнен в виде одного или нескольких микрофонов, расположенных в непосредственной близости от головы слушателя. Возможны различные конструктивные варианты выполнения этих устройств в виде головного убора, наушников, очков, прищепок, или приемные элементы зондирующих устройств 4 и 9 могут быть вмонтированы в пульт дистанционного управления работой пространственной звуковоспроизводящей системы.

Наибольшая достоверность звуковоспроизведения может быть получена при расположении приемных элементов зондирующих устройств 4 и 9 вблизи органов слуха потребителя, при этом диаграммы направленности приемных элементов ("микрофонов-головы") должны соответствовать особенностям пространственного восприятия звуковых колебаний слуховыми органами человека.

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

В канале звуковоспроизведения A посредством приемного элемента зондирующего устройства 4 осуществляется прием звуковых сигналов, присутствующих в точке расположения приемного элемента прямых акустических волн от громкоговорителя 3, переотраженных от стен и иных предметов помещения акустических волн громкоговорителя 3, акустических помех и шумов, а также прямых и переотраженных волн громкоговорителя 8 канала B.

Принятый акустический ("искаженный") сигнал преобразуется в электрический сигнал и посредством линии связи 6 поступает на первый вход устройства 5 автоматического регулирования.

В качестве линии связи 6 может быть использована кабельная или беспроводная линия связи 6, например, линия связи 6 с использованием радиоволн или инфракрасных волн.

На второй вход устройства 5 подается "опорный" сигнал с выхода источника 1 сигнала.

Устройство 5 автоматического регулирования сравнивает поступающие на него "опорный" и "искаженный" электрические сигналы. Сравнение сигналов осуществляется в частотной и временной областях сравниваются уровни и фазы (задержки во времени) сигналов или их составляющих. В зависимости от величины различия сравниваемых параметров сигналов устройство 5 вырабатывает управляющие сигналы, которые пропорциональны величине искажений разности уровней, фаз (задержки во времени) сравнительных сигналов.

Управляющие сигналы изменяют состояние передаточной характеристики (АЧХ, ФЧХ, ϕ_o, Δt K_o) устройства 5 таким образом, что "опорный" сигнал, проходя через устройство 5, претерпевает предыскажения и далее, усиленный усилителем 2 низкой частоты, излученный громкоговорителем 3 и акустически сформированный в точке расположения приемного элемента зондирующего устройства 4, предельно точно по сравниваемому параметру, воспроизведения в форме "опорного" сигнала. Другими словами, устройство 5 автоматического регулирования представляет собой устройство оптимальных предыскажений или оптимальный (согласованный) фильтр, который работает в реальном масштабе времени и позволяет оперативно компенсировать искажения в тракте звуковоспроизведения: усилитель 2 низкой частоты громкоговоритель 3 - акустическое помещение слушатель.

Быстродействие работы устройства 5 автоматического регулирования определяется постоянной времени регулирования.

Поскольку искажения сигнала в тракте звуковоспроизведения могут быть обусловлены различными случайными по своей природе факторами: местом расположения громкоговорителя 3 в помещении, его ориентацией, диаграммой направленности, объемом, формой и акустическими свойствами помещения, акустическими шумами и помехами, местом расположения приемного элемента зондирующего устройства 4 и др. то в соответствии с теорией выделения и обработки сигналов, при наличии случайных факторов, предельно достижимая точность фильтрации сигнала (другими словами, максимальное правдоподобие звуковоспроизведения), применительно к задаче оптимизации звуковоспроизведения в канале передачи информации со случайными параметрами, может быть получена только при корреляционном принципе работы канала звуковоспроизведения.

Устройство 5 автоматического регулирования может быть выполнено по различным схемам.

Возможные варианты выполнения устройства 5 автоматического регулирования будут описаны ниже.

Аналогично каналу А работает канал B пространственной звуковоспроизводящей системы, осуществляя оптимальным образом предыскажения "опорного" сигнала с дополнительного выхода источника 1 сигнала. В результате работы канала B в точке расположения приемного элемента зондирующего устройства 9 формируются максимально правдоподобные звуковые колебания.

Если приемные элементы (микрофоны) зондирующих устройств 4 и 9 расположены вблизи органов слуха потребителя, то при работе системы звуковые колебания вблизи органов слуха наиболее точно соответствуют "опорным" сигналам.

Для работоспособности системы не обязательно в каждом из каналов звуковоспроизведения использовать усилители 2 и 7 низкой частоты и громкоговорители 3 и 8 с полностью идентичными АЧХ и КПД, поскольку несоответствие указанных параметров идеальным может компенсироваться в процессе работы системы. Важно, чтобы каждое устройство 5 и дополнительное устройство 10 автоматического регулирования, а также зондирующее устройство 4, линия связи 6 и дополнительные зондирующие устройства 9 и линия связи 11 были укомплектованы для своего канала звуковоспроизведения в единый и неизменный блок, который, в свою очередь, должен быть перед эксплуатацией системы предварительного откалиброван.

Настройка (калибровка) указанных узлов системы может быть проведена в специальной акустической студии (безэховой камере) с использованием в качестве источника 1 сигнала генератора шума, а в качестве контрольно-измерительной аппаратуры многоканального анализатора спектра и студийного класса "микрофона-головы", эквалайзера, усилителя 2 низкой частоты и громкоговорителя 3.

Поскольку слушатель обладает двумя органами слуха (левым и правым ухом), то в качестве базовой модели многоканальной корреляционной пространственной звуковоспроизводящей системы может быть использована двухканальная (стерео) система. В рамках данной модели приемный элемент зондирующего устройства 4 канала A звуковоспроизведения может являться электронной моделью, например, правого уха слушателя, а приемный элемент дополнительного зондирующего устройства 9 канала B звуковоспроизведения может являться электронной моделью соответственно левого уха слушателя.

Если диаграммы направленности микрофонов зондирующих устройств 4 и 9 соответствуют особенностям пространственного восприятия звуковых колебаний слуховыми органами человека, то при их соответствующем расположении на голове слушателя во время работы системы выходные электрические сигналы зондирующих устройств 4 и 9 будут учитывать также и влияние таких случайных факторов, как размеры головы слушателя (расстояние между ушами, особенности прически) и пространственную ориентацию головы слушателя.

Для пояснения особенностей работы предложенной пространственной звуковоспроизводящей системы определим ряд понятий и принципов высококачественного пространственного звуковоспроизведения.

Будем считать, что высококачественное пространственное звуковоспроизведение это звуковоспроизведение, при котором воспроизведенные звуковые колебания, воздействующие на органы слуха слушателя, точно повторяют звуковые колебания первоисточника звука.

Очевидно, что воспроизвести звуковой сигнал с высокой верностью можно лишь при предварительной его высококачественной записи на носитель информации (принцип причинно-следственной связи).

Известно, что наиболее достоверно пространственно-локализованные источники звуков могут быть записаны с использованием так называемого микрофона-головы в рамках, например, двухканальной (стерео) модели звукозаписи. При этом, например, левому каналу при записи на носитель информации соответствуют сигналы левого микрофона ("уха"), а правому каналу соответствует сигналы правого микрофона ("уха")-"микрофона-головы".

Например, наиболее достоверно (высококачественно) записать звучание симфонического оркестра во время концерта можно, разместив "микрофон-голову" в зрительном зале.

Часто, особенно в условиях студии, звукозапись осуществляется посредством первоначальной многоканальной записи отдельных источников звука с последующей их обработкой и микшированием режиссером звукозаписи. Запись того же симфонического оркестра может быть, например, осуществлена с помощью нескольких (общее число может быть произвольным, например 5-20) микрофонов, пространственнно разнесенных и расположенных внутри оркестра. Впоследствии записи звуковых источников могут быть "сведены" режиссером, например, в два канала звукозаписи. Особенно широкое распространение подобная практика звукозаписи получила при записи на носители информации музыки поп- и рок-групп. При звукозаписи в студийных условиях предварительно сделанные записи затем подвергаются специальной электронной обработке с использованием как линейных, так и нелинейных преобразований сигналов, из которых на взгляд режиссера и музыкантов "выжимается" наиболее эффективный вариант звучания музыкальной композиции.

Понятно, что, несмотря на высокую музыкальную культуру и опыт работы любого режиссера, подобную запись нельзя считать высококачественной и правдоподобной, поскольку при любой попытке пространственного воспроизведения подобных сигналов "звуковая картина" будет отличаться от реальной, а спектральные составляющие будут иметь произвольные (случайные) уровни и фазы в результате волюнтаристических (случайных) вмешательств режиссера в процесс звукозаписи. Например, по указанной причине многие рок-группы на своих концертах вынуждены выступать под фонограмму, чтобы звуковосприятие музыкальных фрагментов концертного выступления было похоже на звуковосприятие студийно синтезированной, реально не существовавшей, "записи". Кроме того, микширование сигналов режиссер осуществляет, как правило, используя в качестве контрольной звукоизлучающей системы головные телефоны, звуковосприятие с помощью которых существенно отличается от пространственного звуковосприятия (различное расстояние от громкоговорителей до ушей слушателя, различные фазовые соотношения звуковых колебаний, воздействующих на органы слуха, различная степень независимости звуковосприятия правым и левым ухом, отсутствие эффекта реверберации звуков, возникновение эффекта локализации звуков "внутри головы" слушателя и т.д.).

Таким образом, высококачественная пространственная звуковоспроизводящая система должна комплектоваться носителями информации, запись на которые осуществлена максимально возможно достоверно, например, в рамках описанной выше двухканальной модели звукозаписи с использованием "микрофона-головы".

При использовании совместно с предлагаемой пространственной звуковоспроизводящей системой источников 1 сигналов, работающих с носителями информации, записанной недостоверно (с носителями искусственно синтезированных звуков), в соответствии с вышеописанным принципом работы пространственной звуковоспроизводящей системы, слушатель будет воспринимать акустические звуковые сигналы, максимально возможно точно повторяющие звуковосприятие с помощью наушников, т.е. по отношению к источнику 1 сигналов каналы звуковоспроизведения также являются оптимальной пространственной звуковоспроизводящей системой.

Предложенная пространственная звуковоспроизводящая система позволяет фильтровать акустические помехи и шумы.

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

Можно выделить внешние по природе происхождения шумы и помехи, а также вторичные шумы и помехи.

К внешним по природе происхождения шумам и помехам можно отнести: а) шумы с улицы, шумы из-за стен соседних помещений, внутренние шумы помещения (например, шум трансформатора, лампы дневного освещения, отопительной системы и т. д.) при звуковоспроизведении в жилом помещении; б) шум работающего двигателя или иных систем автомобиля, шумы улицы через неплотно закрытое окно и т.д. при звуковоспроизведении в салоне автомобиля; в) шумы моря, ветра, двигателя в каюте корабля или яхты и т.д.

Внешние по природе происхождения шумы можно условно разделить на два класса шумов. К первому классу можно отнести шумы с медленно изменяющимся во времени спектром, ко второму классу шумы с быстроменяющимся во времени спектром (пульсирующим).

Ко вторичным по природе происхождения шумам можно отнести: а) дребезг стекол, посуды и иных предметов при звуковоспроизведении с высокой громкостью в жилых помещениях; б) дребезжание декоративных панелей салона автомобилей; в) дребезжание фальшпанели звуковоспроизводящей колонки при большой громкости звучания громкоговорителя.

Фильтрация указанных шумов системой осуществления следующим образом.

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 вторичных колебаний и гармонические составляющие. Число гармоник и их амплитуда зависят от формы и физических свойств резонансной системы.

При распространении этих волн внутри помещения они достигают мест расположений приемных элементов зондирующих устройств 4 и 9 (органов слуха, при расположении приемных элементов на голове слушателя). В этих точках пространства формируется совокупное звуковое поле, представляющее собой суперпозицию прямых, отраженных от стен волн полезного сигнала и соответственно прямых и отраженных вторичных волн (помех).

Спектр совокупного звукового поля вокруг приемных элементов зондирующих устройств 4 и 9 (органов слуха) сильно отличается от спектра "опорных" сигналов.

В соответствии с вышеописанным принципом работы пространственной звуковоспроизводящей системы в каждом канале звуковоспроизведения посредством устройств 5 и 10 автоматического регулирования осуществляются предыскажения "опорных" сигналов до тех пор, пока в точке прослушивания спектр совокупного акустического сигнала не будет соответствовать максимально точно, с предельно достижимой для конкретной акустической ситуации точностью, спектру "опорного" сигнала. При этом происходит оптимальная (по критерию минимальной разницы сравниваемых параметров сигналов) фильтрация звуковоспроизводимых сигналов. В результате этой фильтрации происходит автоматический "поиск" и уменьшение усиления на частотах, вызывающих паразитные резонансы и вторичные помехи. Вблизи приемных элементов зондирующих устройств 4 и 9 (органов слуха) наступает режим динамического равновесия и сбалансированности акустического совокупного сигнала, спектр которого в точках прослушивания максимально возможно приближается к спектру "опорного" сигнала. Если "опорный" сигнал предварительно записан без искажений и достоверно, например, в рамках описанной выше двухканальной модели звукозаписи, а также преобразован в источнике 1 сигналов в электрические "опорные" сигналы тоже без искажений, то слушатель будет воспринимать звуковоспроизводимые сигналы в форме максимально возможно точно похожей на звуковосприятие первоисточников звуков.

Теоретически вторичные помехи могут быть полностью отфильтрованы с помощью предложенной системы для "опорного" сигнала, имеющего спектр типа "розовый шум", и при соотношении сигнал/помеха больше единицы. Однако спектры музыкальных или информационных звуковых сигналов имеют быстроменяющийся (пульсирующий) тип спектра, и поэтому для реальных звуковых сигналов можно получить лишь частичное подавление вторичных помех. При пульсирующем характере спектра воспроизводимого сигнала система вследствие инерционности работы (инерционность 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 системы осуществляется оптимальная фильтрация спектра "опорного" сигнала с учетом спектральных составляющих внешних помех для места прослушивания, происходит автоматический "поиск" спектральных составляющих помех и соответствующее изменение воспроизводимого уровня (фазы) сигнала на этих частотах. В результате осуществляется маскирование помехи сигналом, и спектр акустического сигнала в точке прослушивания становится предельно возможно приближен к спектру "опорного" сигнала.

Однако полного подавления внешних помех в общем случае не происходит из-за различия спектров "опорного" сигнала и спектра помехи (малая корреляция спектров).

Известно, что восприятие звуковых колебаний на различных частотах и с различным уровнем звукового давления зависит от индивидуальных особенностей слуха каждого человека. Особенно заметна зависимость восприятия высших частот от возраста. Поэтому, чтобы субъективное восприятие громкости изменялось во всем спектре частот звуковоспроизведения пропорционально, необходимо скорректировать частотную характеристику сигнала.

Для корректирования амплитудно-частотной характеристики с учетом индивидуальных особенностей слушателя источник 1 сигнала может быть выполнен с возможностью регулирования АЧХ сигналов на его выходах.

Данные регулирования могут быть реализованы в виде темброблоков или многополюсных эквалайзеров (графических эквалайзеров). Эти устройства могут быть также использованы для дополнительной фильтрации сигналов от источника 1, содержащего помехи, шумы или мешающие составляющие, а также заметные на слух 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, искажения спектра сигнала за счет несовершенства амплитудно-частотной характеристики усилителя промежуточной частоты радиоприемного устройства и т.д.

Регулирование АЧХ сигналов на выходах источника 1 сигнала может осуществляться раздельно для каждого канала звуковоспроизведения или синхронно для всех каналов звуковоспроизведения.

Для регулирования громкости в точке прослушивания (задания требуемого уровня громкости звука) источник 1 сигнала может быть выполнен с возможностью регулирования уровней сигналов на его выходах.

Регулирование уровней сигналов на выходах источника 1 сигнала может осуществляться с помощью любых известных узлов регулирования уровня сигнала (пассивных или активных).

Для компенсации частотных искажений, в зависимости от уровня громкости звуковоспроизведения различных частот, регулирования уровня сигнала на выходах источника 1 сигнала может осуществляться в режиме с тонкомпенсацией.

Для компенсации неидеальности источника 1 сигнала, а именно для нормирования уровней его выходных сигналов, источник 1 сигнала может быть выполнен с возможностью автоматического регулирования уровней его выходных сигналов. Устройство автоматического регулирования уровней выходных сигналов источника 1 может быть выполнено по любым известным схемам подобных устройств, например, по схемам устройств автоматического регулирования уровня записи магнитофонов (АРУЗ).

Для расширения функциональных возможностей по оптимизации выходных сигналов источника 1 он может быть выполнен с возможностью регулирования уровней и амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах.

Регулирование громкости в точке прослушивания может быть осуществлено также посредством регулирования уровней электрических "искаженных" сигналов, поступающих на первые входы устройств 5 и 10 автоматического регулирования.

Указанный вариант регулирования громкости может быть осуществлен, если каждое зондирующее устройство 4 и дополнительное зондирующее устройство 9 или линию связи 6 и дополнительную линию связи 11 выполнить с возможностью регулирования коэффициента передачи.

Регулирование коэффициента передачи может осуществляться по любым известным схемам регулирования коэффициента передачи четырехполюсника или системы связи (активным и пассивным).

Конструктивно регулятор громкости может быть расположен в любом удобном месте, например, в устройстве дистанционного управления работой системы.

Например, регулирование громкости может быть выполнено с использованием резистивного делителя напряжения дискретного или непрерывного пассивный регулятор громкости, регулятора обратной связи в каскадах усиления активный вариант реализации регулирования коэффициента передачи, регулятора глубины модуляции (процента модуляции или девиации частоты) радиосигнала, при использовании в качестве линий связи 6 и 11 радиоканалов передачи информации с возможностью дистанционного управления громкостью.

При регулировании громкости (выбора слушателем желаемого уровня громкости в точке прослушивания) посредством регулирования уровней электрических сигналов на выходах источника 1 сигнала, большему значению уровней выходных сигналов соответствует больший уровень громкости в точке прослушивания, а при регулировке громкости посредством регулирования коэффициентов передачи зондирующих устройств 4 и 9 или линий связи 6 и 11 большим значениям уровней электрических сигналов на выходах линий связи 6 и 11 соответствует меньший уровень громкости в точке прослушивания.

Если регулирование громкости осуществлять синхронно во всех каналах звуковоспроизведения, то заданный уровень громкости, а также сбалансированность звуковоспроизведения будут автоматически и точно устанавливаться системой в зависимости от всех случайных факторов, например, в зависимости от месторасположеиня слушателя.

При перемещении слушателя внутри помещения, наряду с автоматической коррекцией громкости звучания и сбалансированности звуковых сигналов, в точке прослушивания в вариантах изобретения будет автоматически корректироваться АЧХ, ФЧХ, ϕ_o, Δt для каждого канала звуковоспроизведения, обеспечивая оптимизацию и расширение зоны пространственных звуковых эффектов и точную локализацию звуков в пространстве относительно слушателя.

По сравнению с пространственной звуковоспроизводящей системой, описанной в патенте России N 2038704 от 27.06.95, предложенная система может иметь особенности в работе при регулировании громкости. В зависимости от функционального назначения устройств 5 и 10 и оптимизируемых этими устройствами параметров сигналов (АЧХ, ФЧХ, ϕ_o, Δt, K_o) наряду с широкополосным вариантом регулирования громкости возможны варианты многополосного регулирования громкости. Для расширения динамического диапазона возможны комбинированные варианты многополосного и широкополосного регулирования.

При прослушивании звуковых сигналов в бытовых условиях потребитель может занять произвольное положение по отношению к громкоговорителям 3 и 8. Например, слушатель может стоять, сидеть, лежать, при этом с учетом возможного наклона головы, громкоговорители 3 и 8 могут быть расположенными практически любым образом (громкоговоритель правого канала может оказаться слева, передние громкоговорители могут оказаться сзади слушателя и т.д.).

Обеспечить достоверность "звуковой картины" точно пространственное место локализации звуков по отношению к слушателю можно, если источник 1 сигнала будет выполнен с возможностью коммутации выходных сигналов для изменения порядка их подключения к каналам звуковоспроизведения. Например, потребитель вручную (с помощью переключателя) может перебрать комбинации подключения выходов источника 1 сигнала к каналам звуковоспроизведения, ориентируясь при этом, например, на показания многоканального электронного дисплея устройств 5 и 10 автоматического регулирования. В качестве многоканального электронного дисплея может быть использован любой известный многоканальный дисплей или индикатор (измеритель) уровней сигналов (цифровой или аналоговый со светодиодной, жидкокристаллической или стрелочной индикацией измерений). Входы электронного дисплея, для соответствующих частот анализа, подключается к управляющим сигналам устройств 5 и 10. Более подробно данный узел и его работа будут описаны ниже.

В качестве критерия наилучшего варианта коммутации выходов источника 1 сигнала может служить минимальное, по всем вариациям включения каналов звуковоспроизведений, отклонение АЧХ от линейной, т.е. минимальные предыскажения.

Для более высокой точности выбора варианта подключения выходов источника 1 сигнала к каналам звуковоспроизведения данная операция может быть автоматизирована с использованием соответствующего вычислительного узла, в котором последовательно для каждого варианта подключения каналов звуковоспроизведения вычисляется СКО АЧХ в каналах звуковоспроизведения, определяется минимальное СКО и автоматически включается соответствующий вариант подключения выходов источника 1 сигнала к каналам системы.

Узел автоматизации коммутации выходных сигналов может быть реализован в аналоговом или цифровом виде, в том числе и с использованием микропроцессорных устройств.

Для повышения качества сигналов, поступающих на входы каналов звуковоспроизведения, источник 1 сигналов может быть выполнен с возможностью шумопонижения сигналов на его выходах.

В качестве шумоподавителей могут быть использованы любые известные виды и конструкции шумопонижающих устройств, например, системы с однократным воздействием на сигнал, т.е. работающие только при воспроизведении (пороговые, динамические шумоподавители), или системы, требующие предварительной обработки сигналов при записи и последующем воздействии при воспроизведении (компандерные устройства, например, Dolby (A, B, C), ANRS High Come и др.).

При работе системы с носителями, искусственно синтезированной в студийных условиях информации, для усиления эмоционального воздействия на слушателя увеличения локализации звуков по глубине, создания "точного" ощущения "атмосферы зала" источник 1 сигнала, в зависимости от числа записанных и воспроизводимых каналов, может быть выполнен в виде: а) полного или дискретного многоканального источника 1 сигналов (например, в виде квадрафонической системы со структурой "4-4-4" четыре канала записи, четыре канала передачи информации и четыре канала воспроизведения) б) квазимногоканального источника сигнала (например, в виде квазиквадрафонической системы со структурой "4-2-4" четыре канала записи, два канала передачи и четыре канала воспроизведения; в) псевдомногоканального источника сигналов (например, в виде псевдоквадрафонической системы со структурой "2-2-4" два канала записи, два канала передачи и четыре канала воспроизведения).

На фиг. 2, 3 изображены функциональные схемы устройства 5 и 10 автоматического регулирования, выполненные с возможностью регулирования коэффициентов передач со вторых входов на выходы устройств.

Устройство 5 (10) (фиг. 2) содержит широкополосную схему сравнения 12, выполненную из детекторов 13, фильтров низких частот (ФНЧ) 14, резисторов 15 и управляемого усилителя 16, включенных между собой, как показано на фиг. 2.

Работает устройство 5 (10) следующим образом.

Сигнал от источника 1 поступает на один из входов широкополосной схемы сравнения 12 и на вход управляемого усилителя 16. На другой вход широкополосной схемы сравнения 12 поступает сигнал с выхода линии связи 6 (11). В широкополосной схеме сравнения осуществляется операция вычитания уровней сигналов в полосе звуковоспроизведения. Для этого входные сигналы предварительно детектируются у сигнала, поступающего от источника 1, детектируются положительные полуволны колебаний, у сигнала, поступающего от линии связи 6 (11), детектируются отрицательные полуволны колебаний. Полученные таким образом положительные и отрицательные импульсы сглаживаются фильтрами низких частот 14 и затем поступают на резисторы 15, которые выполняют функции схемы сложения. При равенстве величин сопротивлений резисторов 15 сигнал, снимаемый с точки их соединения между собой, пропорционален разности уровней сравниваемых сигналов в полосе звуковоспроизведения. Разностным сигналом осуществляется управление работой управляемого усилителя 16.

При изменении уровня входного сигнала, поступающего на вход 1 устройств 5 (10), происходит автоматического регулирование коэффициента передачи управляемого усилителя 16, а следовательно, и коэффициента передачи со второго входа на выход устройства и изменение (коррекции) уровня громкости в точке прослушивания.

Если источник 1 сигнала выполнен с возможностью регулирования уровней сигналов на его выходах или зондирующее устройство 4 (9) или линия связи 6 (11) выполнены с возможностью регулирования коэффициента передач, то посредством соответствующих регулировок возможно задание слушателем требуемого уровня громкости в точке прослушивания.

При регулировании уровня громкости посредством регулирования уровней выходных сигналов источника 1 сигнала система формирует выбранный уровень громкости в точке прослушивания безынерционно, а при регулировании уровня громкости посредством регулирования коэффициента передачи зондирующего устройства 4 (9) или линии связи 6 (11) система формирует выбранный уровень громкости с задержкой, определяемой постоянной времени регулирования (постоянной времени ФНЧ), что не совсем удобно. Поэтому регулирование уровня громкости посредством регулирования уровней выходных сигналов источника 1 сигнала предпочтительней.

Если слушатель перемещается относительно громкоговорителей 3 и 8, то в соответствии с изменяющейся громкостью изменяются значения управляющих (разностных) сигналов и в одном из каналов осуществляется, например, уменьшение коэффициента передачи, а в другом канале, например, увеличение коэффициента передачи устройства 5 и 10 таким образом, что через некоторое время определяемое постоянной времени ФНЧ 14 в точке прослушивания автоматически формируется точно сбалансированное звуковое поле в соответствии с выбранным уровнем громкости.

Постоянную времени ФНЧ 14 выбирают с учетом нижней частоты полосы звуковоспроизводимых сигналов, а также с учетом устойчивой работы системы к возможным дестабилизирующим факторам.

Безынерционное регулирование уровня громкости в точке прослушивания для устройства 5 (10), изображенного на фиг. 2, можно также осуществлять, если выполнить резисторы 15 в виде потенциометра 15. Изменяя коэффициент деления напряжения, подаваемого на потенциометр с выходов ФНЧ, можно перемещать рабочую точку по регулировочной характеристике управляемого усилителя 16 и изменять таким образом коэффициент передачи устройства 5 (10) и уровень громкости в точке прослушивания.

Описанные устройства 5 и 10 автоматического регулирования совместно с зондирующими устройствами 4 и 9 и линиями связи 6 и 11 должны быть перед эксплуатацией предварительно откалиброваны.

Данными устройствами 5 и 10 могут комплектоваться многоканальные (например стерео) звуковоспроизводящие системы (магнитолы, звуковоспроизводящие комплексы, телевизоры и т.д.) начального уровня достоверности звуковоспроизведения (качества) для автоматизации регулирования сбалансированности звуковоспроизведения. В этого класса аппаратуре зондирующие устройства 4 и 9 могут быть, например, вмонтированы в пульт дистанционного управления работой системы, а линии связи 6 и 11 могут быть выполнены с использованием каналов передачи информации в инфракрасном диапазоне волн.

Описанный вариант устройств 5 и 10 позволяет осуществлять непрерывное (аналоговое) регулирование коэффициентов передач со вторых входов на выходы устройств.

На фиг. 3 изображена функциональная схема устройств 5 и 10 автоматического регулирования, позволяющая осуществлять регулирование фаз (времени задержек) звуковоспроизводимых сигналов.

Устройство содержит фазовращатели 17₁, 17₂,17_к, перемножители 18₁, 18₂, 18_к, ФНЧ 19₁, 19₂,19_к, схему анализа 20, схему коммутации 21, соединенные между собой, как показано на фиг. 3.

Работает устройство 5 (10) следующим образом.

Сигнал, поступающий на вход 2 устройства 5 (10), задерживается во времени посредством фазовращающих устройств 17. Для любого момента времени на выходах фазовращающих устройств 17 присутствуют, задержанные во времени с некоторым шагом, сигналы.

Фазовращающие устройства 17 выполнены широкополосными, например, в виде линий задержек. С выходов фазовращателей 17 сигналы поступают на входы схемы коммутации 21 и на первые входы соответствующих перемножителей 18. На вторые входы перемножителей 18 подается сигнал с выхода линий связи 6 (11). Сигналы с выходов перемножителей 18 поступают на входы соответствующих ФНЧ 19 и затем на входы схемы анализа 20. Схема анализа 20 осуществляет сравнение уровней поступающих сигналов и определение максимального уровня из поступивших на момент сравнения сигналов. Максимальный уровень соответствует наиболее точному совпадению (наибольшей корреляции) "опорного" и "искаженного" сигналов. С выхода схемы анализа 20 сигнал подается на вход схемы коммутации 21. В этом сигнале зашифрована информация о номере i фазовращателя 17_(i) обеспечившего наибольшее совпадение сигналов (наибольший коэффициент корреляции) и оптимальный сдвиг фазы (задержки во времени) сигнала. Схема коммутации 21 осуществляет дешифрацию входного сигнала и производит переключение на выход устройства 5 (10) сигнала с выхода соответствующего фазовращателя 17_i.

Таким образом, устройство 5 (10) представляет собой устройство максимального правдоподобия фазы звуковоспроизводимого сигнала, принцип работы которого основан на корреляционной обработки сигналов.

В результате работы устройства 5 автоматического регулирования и дополнительного устройства 10 автоматического регулирования фаз звуковоспроизводимых сигналов в местах расположения приемных элементов зондирующего устройства 4 и дополнительного зондирующего устройства 9 (вблизи органов слуха) формируются звуковые колебания соотношения фаз (временных задержек), между которыми максимально возможно точно соответствуют фазовым соотношениям сигналов источника 1 и, следовательно, при условии достоверной записи, первоисточнику звуков. За счет оптимизации фаз звуковоспроизводимых сигналов повышается точность локализации звуковых сигналов в пространстве и формирование правдоподобной "звуковой картины".

Чем больше число К фазовращателей 17 и меньше временной интервал задержки сигнала, тем в большей полосе частот звуковоспроизведения и с более высокой точностью удается обеспечить пространственное звуковоспроизведение сигналов.

Устройство 5 автоматического регулирования и дополнительное устройство 10 автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью изменения постоянной времени регулирования.

Выполнение устройств 5 и 10 с возможностью изменения постоянной времени регулирования позволяет осуществлять дополнительную оптимизацию работы пространственной звуковоспроизводящей системы в зависимости от характера временных изменений случайных факторов, влияющих на процесс звуковоспроизведения. Постоянная времени регулирования определяет скорость самоадаптации системы.

Изменять постоянную времени можно вручную или с помощью автоматических систем регулирования.

Например, если слушатель в течение продолжительного времени прослушивания не изменяет своего месторасположения в озвучиваемом помещении (квазистационарные условия звуковоспроизведения), то отпадает необходимость осуществлять непрерывно во времени (с малым временным шагом) анализ и корректирование работы системы. Кроме того, в ряде ситуаций система может вносить дополнительные искажения, например, осуществлять паразитную модуляцию сигнала при отслеживании и оптимизации того или иного параметра сигнала. Данные искажения обусловлены соотношением минимально возможного значения постоянной времени регулирования, диапазона регулирования параметров предыскажаемых сигналов, обеспечивающих, в соответствии с критерием Найквиста, устойчивую работу системы с обратной связью и скоростью изменения параметров сигналов, а также особенностями органов слуха человека ощущать степень динамических, частотных и фазовых искажений сигналов.

Например, слушатель, активизировав работу системы в режиме самоадаптации и "настроив" оптимальным образом систему, затем может переключить ее в режим работы с большим значением постоянной времени регулирования (например, увеличив время регулирования до 0,1-1,0 часа) или перевести в режим работы по "памяти" (время регулирования равно ∞ ).

В качестве примера на фиг. 3 пунктиром показаны функциональные связи между схемами 20 и 21, с помощью которых возможно изменение постоянной времени регулирования фаз звуковоспроизводимых сигналов.

В автоматическом режиме изменение постоянной времени регулирования фаз может осуществляться следующим образом.

В схеме анализа 20 дополнительно к вышеописанным функциям осуществляется анализ частоты (скорости) переключения фазовращателей 17₁, 17₂,17_к и в соответствии с измеренной частотой переключений формирование управляющих сигналов. Управляющие сигналы подаются на схему коммутации 21 и определяют частоту (инерционность) переключений на выход схемы 21 сигналов с фазовращателей 17.

Устройство 5 автоматического регулирования и дополнительное устройство 10 автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью регулирования их коэффициентов передач и фаз звуковоспроизводимых сигналов.

Например, соединив входы 1 устройств 5 (10), изображенных на фиг. 2, 3, между собой, а вход 2 устройства (фиг. 2) с выходом устройства (фиг. 3), получим устройство 5 (10) выполненное с возможностью регулирования его коэффициента передач и фазы звуковоспроизводимого сигнала. В полученном таким образом устройстве входом 2 будет вход 2 устройства автоматического регулирования фаз, вход 1 будет общим, а выходом будет выход устройства автоматического регулирования коэффициента передач (усиления).

Устройство 5 автоматического регулирования и дополнительное устройство 10 автоматического регулирования могут быть выполнены с возможностью: а) регулирования амплитудно-частотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов; б) регулирования фазочастотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов; в) регулирования амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

Общим для этих устройств является многополосный принцип построения функциональных схем.

Предварительно, по входам 1 и 2 этих устройств, осуществляется многополосная селекция сигналов, причем полосовые фильтры для соответствующих частотных полос анализа выполняются с одинаковыми характеристиками.

Затем для каждой из полос анализа осуществляется обработка сигнала. При оптимизации амплитудно-частотной характеристики обработка сигнала заключается в оптимизации коэффициентов передач, при фазочастотном регулировании обработка сводится к оптимизации фаз сигналов, при одновременной оптимизации амплитудно-частотной и фазочастотных характеристик обработка сигналов заключается в оптимизации соответственно коэффициентов передач и фаз сигналов.

Оптимизированные в частотных поддиапазонах сигналы затем суммируются и образуют выходной широкополосный сигнал.

Таким образом, сигнал на выходе устройств является частотно скорректированным по соответствующему параметру или их комбинации (по уровню, по фазе (задержке во времени)).

Число частотных полос анализа определяет точность корректирования сигнала.

На фиг. 4 показана функциональная схема устройства 5 (10) регулирования, выполненного с возможностью регулирования амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

Как видно из фиг. 4, устройство 5 (10) содержит, по сравнению с ранее описанными устройствами, полосовые фильтры 22₁, 22₂,22_н, к выходам которых подключены устройства 5¹ (10¹) автоматического регулирования коэффициентов передач и фаз сигналов, и сумматор 23, на входы которого сигналы поступают с выходов устройств 5¹ (10¹).

Работает устройство 5 (10) (фиг. 4) в соответствии с вышеописанным принципом многополосной оптимизации параметров сигналов.

Частотные полосы анализа могут выбраны с полным или частичным перекрытием полосы частот звуковоспроизведения.

Например, частотно зависимая коррекция работы системы может осуществляться только для низких частот, средних или высоких частот, а также их комбинаций.

Ширина частотных полос анализа может быть выбрана постоянной, переменной или комбинированной. Например, на низких частотах звукового диапазона частот полосы анализа могут быть выбраны одинаковыми, а на средних и высоких частотах полосы анализа могут быть выбраны переменными пропорционально увеличиваюищмися.

Воспользовавшись теоремой Котельникова, записанной в спектральной области, оценим необходимое число частотных полос анализа (шаг частотной дискретизации) для обеспечения точной коррекции сигнала. Для этого, с учетом полосы звуковоспроизведения, в формулу для числа независимых дискретных значений спектра (1) N=2T_cf_в, (1) где T_с длительность сигнала; f_в высшая частота сигнала
вместо T_с подставим I/f_н, где f_н низшая частота сигнала. Получим
N=2f_в/f_н (2)
Для полосы звуковоспроизведения от 20 Гц до 20000 Гц число N полосовых фильтров составит 2000.

На фиг. 4 пунктиром изображены регуляторы громкости R2 и R1 (R2 выполнен тонкомпенсированным). Как уже отмечалось, вариант реализации регулирования громкости по вводу 2 безыинерционен и поэтому предпочтительней.

На фиг. 4 также пунктиром показаны дополнительные блоки: устройство управления 24, блок памяти 25, индикатор уровня 26 (дисплей).

Если источник 1 сигнала выполнен с возможностью формирования на выходах широкополосных шумоподобных сигналов, а устройство управления 24 подключено к источнику 1 сигнала, устройству 5 автоматического регулирования, дополнительному устройству 10 автоматического регулирования, блоку памяти 25 и при этом блок памяти 25 подключен к устройству 5 автоматического регулирования и дополнительному устройству 10 автоматического регулирования, то возможно осуществление разнообразных режимов работы звуковоспроизводящей системы.

Для уменьшения искажений сигналов, вызванных инерционностью работы системы, может быть организована работа с предварительным тестированием звуковоспроизводящей системы.

В этом режиме слушатель активизирует звуковоспроизводящую систему для работы по тестирующему сигналу. При этом с выхода устройства управления 24 управляющий сигнал поступает на вход источника 1. Посредством этого сигнала на выходах источника 1 сигнала формируются широкополосные шумоподобные сигналы, спектр которых во времени не изменяется. Например, источник 1 сигнала в своем составе может содержать генератор шума, который подключается к выходам источника 1 посредством электронных ключей или, например, в качестве генератора шума может быть использовано радиоприемное устройство, шум с выхода которого, при отключенной антенне, подается на выходы источника 1 сигнала.

Сигналами с устройства управления 24 включается в режим автоматического регулирования параметров сигналов устройства 5 и 10. В результате чего система воспроизводит, например, с номинальным уровнем громкости (94 dB), шумовой звуковой сигнал, имеющий спектральные составляющие на всех частотах звуковоспроизведения. В течение непродолжительного времени, например, 0,5-10 сек, в устройствах 5 и 10 автоматического регулирования осуществляются оптимальные предыскажения сигнала. По истечении этого времени осуществляется посредством управляющих сигналов устройства уцправления 24 запись в блок памяти 25 сигналов, определяющих степень предыскажений.

После тестирования системы устройство управления 24 посредством управляющих сигналов переводит систему в режим звуковоспроизведения "по памяти".

В этом режиме в источнике 1 отключается генератор шумоподобного сигнала и на выходы подаются сигналы звуковоспроизведения, при этом посредством сигналов с выходом блока памяти 25 система поддерживается в оптимальном предыскаженном состоянии.

Для устройства, показанного на фиг. 4, входы и выходы блока памяти 25 подключаются в разрывы цепей, управляющих работой схем коммутации 21 и управляемых усилителей 16.

Проделав подобные операции тестирования и записи информации оптимальных предыскажений для различных мест прослушивания, слушатель в последующем может без предварительного тестирования включать систему в оптимальном режиме звуковоспроизведения для выбранного места прослушивания.

Посредством индикатора уровня 26 (дисплея) пользователь может оценить уровня спектральных составляющих звуковоспроизводимого сигнала, а также уровни частотных предыскажений в системе для того или иного места прослушивания или места расположения громкоговорителей 3 и 8 в помещении, а также осуществить оптимальным образом коммутацию выходных сигналов источника 1 к каналам звуковоспроизведения. Входы индикатора уровня 26 должны подключаться к входам сумматора 23 или цепям управления управляемых усилителей 16.

В предложенной пространственной звуковоспроизводящей системе необходимо усилители 2 и 7, а также громкоговорители 3 и 8 выполнять с более высокой, по сравнению с обычными, номинальной и максимальной мощностью работы, поскольку неравномерность АЧХ сигнала в частотном диапазоне звуковоспроизведения внутри помещения может достигать ±20 dB. Например, высококачественная звуковоспроизводящая система HI-FI класса, предназначенная для озвучивания типового жилого помещения, должна комплектоваться усилителями 2 и 7 громкоговорителями 3 и 8, рассчитанными на мощность работы порядка 200-1500 Вт, а система звуковоспроизведения, предназначенная для звучания салона автомобиля, должна комплектоваться аппаратурой, рассчитанной на мощность работы порядка 100-500 Вт.

Кроме того, максимальный уровень сигнала на вторых входах устройства 5 и 10 должен соответствовать максимальной расчетной мощности работы системы при типовых условиях прослушивания, например, среднем расстоянии до громкоговорителей 3 и 8 в 2,5 м (120 dB).

В предложенной пространственной звуковоспроизводящей системе не обязательно оформлять громкоговорители 3 и 8 в виде специальных акустических систем звуковых колонок, за счет чего акустические системы могут быть существенно упрощены и иметь меньшую массу и объем.

Устройство 5 автоматического регулирования и дополнительное устройство 10 автоматического регулирования могут быть конструктивно объединены в единый функциональный блок-"оптимальный фильтр" и совместно с зондирующими устройствами 4 и 9, а также линиями связи 6 и 11 могут доукомплектовывать существующие звуковоспроизводящие стереофонические и квадрафонические системы.

Предложенная звуковоспроизводящая система наиболее успешно может быть использована в радиотехнике для качественного звуковоспроизведения от различных первичных источников в помещениях с плохими, неизвестными или изменяющимися акустическими характеристиками, например, в жилых комнатах, каютах кораблей, салонах автомобилей или самолетов.

Формула изобретения

1. Пространственная звуковоспроизводящая система, содержащая источник сигнала и канал звуковоспроизведения, выполненный в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, устройства автоматического регулирования, линии связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу устройства автоматического регулирования, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с по крайней мере одним дополнительным выходом для многоканального звуковоспроизведения, дополнительно введен соответственно числу дополнительных выходов источника сигнала по крайней мере один дополнительный канал звуковоспроизведения, выполненный в виде дополнительного усилителя низкой частоты и дополнительного громкоговорителя, связанных последовательно, а также дополнительного зондирующего устройства дополнительного устройства автоматического регулирования, дополнительной линии связи, выход дополнительного зондирующего устройства посредством дополнительной линии связи подключен к первому входу дополнительного устройства автоматического регулирования, выход источника сигнала связан с вторым входом устройства автоматического регулирования, дополнительный выход источника сигнала связан с вторым входом дополнительного устройства автоматического регулирования, выход устройства автоматического регулирования связан с входом усилителя низкой частоты, а выход дополнительного устройства автоматического регулирования связан с входом дополнительного усилителя низкой частоты.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью регулирования уровней сигналов на его выходах.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью автоматического регулирования уровней его выходных сигналов.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью регулирования уровней и аплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждое зондирующее устройство и дополнительное зондирующее устройство или линия связи и дополнительная линия связи выполнены с возможностью регулирования коэффициента передачи для регулирования уровня громкости в точке прослушивания.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью коммутации выходных сигналов для изменения порядка их подключения к каналам звуковоспроизведения.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала выполнен с возможностью шумопонижения сигналов на его выходах.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов выполнен в виде полного или дискретного многоканального источника сигналов.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов выполнен в виде квазимногоканального источника сигналов.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник сигнала по числу записанных и воспроизводимых каналов выполнен в виде псевдомногоканального источника сигналов.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования коэффициента передач с вторых входов на выходы устройств автоматического регулирования.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования фаз звуковоспроизводимых сигналов.

14. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью изменения постоянной времени регулирования.

15. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования их коэффициентов передач и фаз звуковоспроизводимых сигналов.

16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

17. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования фазо-частотных характеристик звуковоспроизводимых сигналов.

18. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство автоматического регулирования и дополнительное устройство автоматического регулирования выполнены с возможностью регулирования амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик звуковоспроизводящих сигналов.

19. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно введены устройство управления, блок памяти, при этом источник сигнала выполнен с возможностью формирования на выходах широкополосных, шумоподобных сигналов, устройство управления подключено к источнику сигналов, устройство управления подключено к источнику сигнала, устройству автоматического регулирования, дополнительному устройству автоматического регулирования, блоку памяти, который подключен к устройству автоматического регулирования и дополнительному устройству автоматического регулирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4