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

 

Изобретение относится к преобразователям, предназначенным для получения акустических волн из электрических колебаний и излучения акустической мощности в окружающую среду, более конкретно к громкоговорителям. Электрический сигнал звукового диапазона представляют в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде, формируют из каждого из N разрядов цифрового сигнала последовательности прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов цифрового сигнала, и возбуждают сформированными сигналами N акустических излучателей, излучающих N последовательностей акустических импульсных сигналов. Мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, каждого акустического излучателя вычисляют по определенной зависимости. Достигаемым техническим результатом является повышение качества воспроизводимых звуковых частот во всем звуковом диапазоне. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 9 ил.

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

Известны способы преобразования электрических сигналов в звуковые волны и реализующие их устройства, содержащие различные средства преобразования электрических сигналов в звук (см. "Акустика": Справочник. М.: Радио и связь, 1989. с. 135-146; "Электродинамические громкоговорители". Алдошина И.А. М.:Радио и связь, 1989, с. 225-263). К недостаткам этих известных технических решений следует отнести неравномерность амплитудно-частотной характеристики, большие искажения, необходимость использования дополнительных акустических средств для улучшения указанных характеристик (см. "Акустика": Справочник. М. : Радио и связь, 1989, с. 147-158). Кроме того, известные громкоговорители и акустические системы невозможно согласовать с электрическим сигналом звукового диапазона, представленным в цифровом виде (далее цифровой сигнал).

Известен способ преобразования электрических сигналов звукового диапазона в звук, при котором преобразуемый электрический сигнал звукового диапазона, представленный в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде, преобразовывают в аналоговый сигнал, формируют сигналы возбуждения акустических излучателей и подают на акустические излучатели (заявка ФРГ N 4205037, кл. H 04 R 1/32, 1993). Известно также устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны, содержащее множество акустических излучателей, упорядоченных в линейку или матрицу, на которые подается аналоговый электрический сигнал звукового диапазона там же. К недостаткам известных способа и устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны относятся неравномерность амплитудно-частотной характеристики, большие искажения, сложность конструкции, обусловливающая высокую стоимость изготовления.

Задачей изобретения является создание способа и реализующего его устройства, обеспечивающих преобразование электрических сигналов звукового диапазона, представленного в цифровой форме, в звуковые волны.

Достигаемым при этом техническим результатом является повышение качества воспроизводимых звуковых частот во всем звуковом диапазоне.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования электрических сигналов в звуковые волны, при котором преобразуемый электрический сигнал звукового диапазона представляют в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде и формируют сигналы возбуждения акустических излучателей, в соответствии с изобретением сигналы возбуждения акустических излучателей формируют из каждого из N разрядов полученного цифрового сигнала в виде последовательностей прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов цифрового сигнала, сформированными последовательностями прямоугольных импульсов с помощью N акустических излучателей, формируют N последовательностей акустических импульсных сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, при этом мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, каждого из N акустических излучателей определяют в соответствии с формулой P_i=P₁·2^i-1, (1) где P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала; P_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i=1. . . N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-у разряду цифрового сигнала.

При этом последовательности прямоугольных импульсов предпочтительно формируют с внутриимпульсным заполнением сигналами с частотой, большей частоты дискретизации цифрового сигнала, в частности с частотой сигнала внутриимпульсного заполнения, определяемой по формуле f=m·F, (2) или по формуле f_i=m_i·F, (3) где f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;
m, m_i - натуральные числа;
F - частота дискретизации цифрового сигнала;
f_i - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны, содержащее N акустических излучателей, имеющих входы подачи сигнала возбуждения, в соответствии с изобретением содержит блок формирования сигналов возбуждения, входы которого соединены с выходом источника цифрового сигнала звукового диапазона в параллельном N-разрядном коде, число N акустических излучателей равно числу разрядов упомянутого цифрового сигнала, при этом каждый из N акустических излучателей выполнен с возможностью излучения акустических сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "О" цифрового сигнала, мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, определяется по формуле (1), при этом входы подачи сигнала возбуждения каждого из излучателей с 1-го по N-й соединены соответственно с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

Блок формирования сигналов возбуждения предпочтительно содержит N формирователей, входы которых соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

Блок формирования сигналов возбуждения может также содержать N формирователей, N модуляторов и генератор, при этом входы формирователей соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора соединен с вторыми входами модуляторов.

Также блок формирования сигналов возбуждения, может содержать N формирователей, N модуляторов, блок выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала и генератор-умножитель, при этом входы формирователей соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, входы блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала соединены с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, выход блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала соединен с входом генератора- умножителя, выход которого соединен с вторыми входами модуляторов.

Кроме того, блок формирования сигналов возбуждения может содержать N формирователей, N логических элементов И и генератор, при этом первые входы логических элементов И соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, выходы логических элементов И соединены соответственно с входами формирователей, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора соединен с вторыми входами логических элементов И.

Кроме того, по меньшей мере один акустический излучатель может быть выполнен в виде группы акустических излучателей меньшей мощности с суммарной мощностью данной группы излучателей, равной мощности P_i, упомянутого по меньшей мере одного акустического излучателя.

При этом упомянутая группа акустических излучателей с суммарной мощностью P_i может состоять из 2^i-1 идентичных элементарных излучателей с мощностью P₁.

Изобретение основано на следующих теоретических предпосылках.

Для улучшения качества записываемого, воспроизводимого и передаваемого звукового сигнала, а также для упрощения приема и обработки, как известно, звуковой сигнал преобразуют в цифровую форму, т.е. осуществляют его дискретизацию во времени и квантование по уровню, характеристиками которых являются соответственно частота дискретизации F и разрядность квантования N.

Цифровой сигнал имеет два уровня: "0" - нет сигнала и "1" - есть сигнал.

При цифровом способе представления звукового сигнала разрядность квантования определяет количество "ступенек" от минимального до максимального уровня аналогового сигнала, которое равно 2^N. Например, при 16- разрядном квантовании количество "ступенек" равно 2¹⁶=65536. Из этого следует, что чем больше "ступенек" (разрядов), тем точнее передается звуковой сигнал при его преобразовании из аналогового вида в цифровой и обратно.

Другая характеристика преобразования - частота дискретизации. Согласно теореме Котельникова частота дискретизации должна определяться из условия
F≥2·F_max, (4)
где
F_max - максимальная частота преобразуемого сигнала.

После преобразования цифровой сигнал звукового диапазона можно записывать на различные носители, многократно считывать с носителей, передавать по линиям связи, производить различную обработку. Главным достоинством цифрового сигнала звукового диапазона является отсутствие шумов и искажений сигнала, свойственных аналоговым методам записи, считывания, передачи и обработки.

Приемником звука является орган слуха - аналоговое устройство, поэтому необходимо осуществить обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый. При обратном преобразовании цифрового сигнала звукового диапазона в аналоговый вид с помощью цифроаналогового преобразователя и получении звука посредством устройств преобразования электрических сигналов в звуковые волны (громкоговорителей) возникают искажения. При этом громкоговорители вносят самые существенные искажения звукового сигнала.

В соответствии с изобретением предложено звуковой сигнал воспроизводить также "ступеньками" при помощи "цифрового громкоговорителя". Для этого необходимо, чтобы излучатели такого "цифрового громкоговорителя" имели два состояния излучения, соответствующие наличию сигнала ("1" цифрового сигнала) и его отсутствию ("0" цифрового сигнала). Для получения вышеуказанного количества "ступенек" (2^N) необходимо N акустических излучателей. При этом мощность акустических излучателей, входящих в "цифровой громкоговоритель", определяется по формуле (1).

После преобразования цифрового сигнала в сигналы возбуждения и подачи этих сигналов на акустические излучатели, происходит преобразование последовательностей импульсов цифрового сигнала в последовательности акустических импульсов. При этом должна соблюдаться синхронность между упомянутыми импульсными последовательностями, т.е. их временные характеристики должны совпадать. Также необходимо обеспечить синхронность акустических импульсов всех акустических излучателей, как и синхронность всех разрядов цифрового сигнала между собой.

В результате функционирования устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны происходит пространственное сложение всех акустических волн, излучаемых излучателями.

Полная мощность излучения устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны определяется по формуле
P = P₁ + ... + P_i+P_N,(5)
или
P = P₁ + ... + P₁·1^i-1 + P₁·2^N-1, (6)
Максимальное значение мощности, соответствующее случаю, когда все разряды цифрового сигнала имеют значение "1", равно
P = P₁·(2^N - 1), (7)
Минимальное значение мощности, соответствующее случаю, когда все разряды цифрового сигнала имеют значение "0", равно
P = 0
Промежуточные значения определяются соотношениями "0" и "1" в разрядах цифрового сигнала.

Из вышеуказанных соотношений (5) - (8) следует, что количество ступенек суммарного акустического сигнала также будет равно 2^N.

Таким образом осуществляется цифроаналоговое преобразование цифрового сигнала звукового диапазона в аналоговые акустические сигналы. При этом цифроаналоговым преобразователем и громкоговорителем является само устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны. То есть исключается необходимость использования устройств преобразования и "аналоговых громкоговорителей" и тем самым исключаются присущие им недостатки.

Так как все излучатели имеют один и тот же принцип работы, заключающийся в переключении между двумя состояниями - наличия и отсутствия сигнала, возможна реализация устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, при которой излучатели большей мощности состоят из излучателей меньшей мощности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, выполненного согласно изобретению: на фиг. 2 - 6 - структурные схемы различных вариантов выполнения блока формирования сигналов возбуждения; на фиг. 7 - схематичное представление вариантов расположения акустических излучателей; на фиг. 8, 9 - диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, выполненного согласно изобретению.

Как показано на фиг. 1, устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны, выполненное в соответствии с изобретением, содержит блок формирования сигналов возбуждения 1, соединенный с источником электрического сигнала звукового диапазона, представленного в цифровом виде (не показан), и излучатели 2₁... 2_N.

На фиг. 2 показан вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 3₁... 3_N, входы которых соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения 1, а выходы соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

На фиг. 3 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 3₁... 3_N, модуляторы 4₁...4_N и генератор 5, при этом входы формирователей 3₁... 3_N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов 4₁...4_N, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора 5 соединен с вторыми входами модуляторов 4₁...4_N.

На Фиг. 4 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 3₁..3_N, модуляторы 4₁...4_N, блок выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала 6 и генератор-умножитель 7, при этом входы формирователей 3₁... 3_N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов 4₁...4_N, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, входы блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала 6 соединены с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, выход блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала 6 соединен с входом генератора-умножителя 7, выход которого соединен с вторыми входами модуляторов 4₁...4_N.

На фиг. 5 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 3₁..3_N, логические элементы И 8₁. ..8_N и генератор 5, при этом первые входы логических элементов И 8₁...8_N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения 1, выходы логических элементов И 8₁... 8_N соединены соответственно с входами формирователей 3₁... 3_N, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора 5 соединен с вторыми входами логических элементов И 8₁...8_N.

Как показано на фиг. 6, согласно изобретению по меньшей мере один акустический излучатель 2₁...2_N может быть выполнен в виде группы акустических излучателей 9₁. . . 9_N меньшей мощности с суммарной мощностью данной группы излучателей, равной мощности P_i упомянутого излучателя, вычисленной по формуле (1).

На фиг. 7 представлены варианты расположения акустических излучателей.

На фиг. 8: U - электрические сигналы звукового диапазона в аналоговом виде; D₁. . .D₄ - сигналы на входе блока формирования сигналов возбуждения, соответствующие разрядам с 1-го по 4-й цифрового сигнала; P₁...P₄ - акустическая мощность излучения излучателей, соответственно с 1-го по 4-й; P - суммарная мощность излучения устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны.

На фиг. 9: U - электрические сигналы звукового диапазона в аналоговом виде; D₁. . .D₄ - сигналы на входе блока формирования сигналов возбуждения, соответствующие разрядам с 1-го по 4-й цифрового сигнала; U_f - сигнал тактовой частоты на выходе генератора 5; P₁...P₄ - акустическая мощность излучения излучателей соответственно с 1-го по 4-й; P -суммарная мощность излучения устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны.

Формирователи 3₁. . .3_N, использованные в различных вариантах осуществления изобретения, представляют собой блоки, обеспечивающие согласование уровней цифрового сигнала с сигналами возбуждения акустических излучателей. Выполнение формирователя зависит от конкретных технологических особенностей акустических излучателей и может быть осуществлено на базе известных схемотехнических решений с использованием различных логических (цифровых) или аналоговых элементов.

Генератор-умножитель 7, использованный в варианте на фиг. 4, представляет собой блок, в котором происходит увеличение (умножение) входной тактовой частоты для дальнейшего его использования в устройстве. Генератор-умножитель может быть выполнен на базе известных схемотехнических решений с использованием различных логических (цифровых) или аналоговых элементов.

Блок выделения частоты дискретизации цифрового сигнала 6, использованный в варианте на фиг. 4, представляет собой блок, в котором из поступающих на его входы разрядов цифрового сигнала производится выделение частоты квантования с помощью известных схемотехнических решений с использованием различных логических (цифровых) элементов. При этом могут быть задействованы различные сигналы управления, поступающие вместе с цифровым сигналом от источника сигнала или поступающие извне, например от внешней системы управления (не показано), такими сигналами могут быть, например, частота синхронизации, сигнал записи, различные стробирующие сигналы и т.д.

Модуляция является процессом управления одним или несколькими параметрами гармонического колебания. Модулятор (4₁...4_N), использованный в варианте на фиг. 3 и 4, представляет собой блок, в котором производится "заполнение" сигналов возбуждения акустических излучателей сигналами входящей тактовой частоты. Возможна работа модуляторов как электронных ключей. Модулятор может быть осуществлен на базе известных схемотехнических решений с использованием различных логических (цифровых) или аналоговых элементов.

Устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны работает следующим образом.

Электрический сигнал U (для наглядности представленный в виде пилообразного сигнала с 16 ступеньками на фиг. 8а) звукового диапазона, преобразованный в цифровой параллельный N-разрядный код (D₁...D₄ на фиг. 8б...8д), поступает в блок формирования сигналов возбуждения 1 (фиг. 1), в котором происходит согласование уровней цифрового сигнала разрядов D₁...D_N (на фиг. 8, 9 показаны для четырехразрядного сигнала) с уровнями возбуждения акустических излучателей 2₁. . . 2_N. Сигналы возбуждения акустических излучателей формируются из каждого из N разрядов полученного цифрового сигнала в виде последовательностей прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов. Сформированными последовательностями прямоугольных импульсов с помощью N акустических излучателей 2₁...2_N формируют N последовательностей акустических импульсных сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, при этом мощность импульса акустического сигнала (P₁...P₄ на фиг. 8е...8и) каждого из N акустических излучателей определена в соответствии с формулой (1). В излучателях 2₁...2_N происходит преобразование сигналов возбуждения в звуковые волны. При этом звуковые волны, излучаемые излучателем 2₁, соответствуют младшему разряду цифрового сигнала D₁, звуковые волны, излучаемые излучателем 2₂, соответствуют разряду цифрового сигнала D₂ и так далее. При работе устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны происходит пространственное сложение акустических сигналов от акустических излучателей 2₁...2_N. Суммарная мощность акустических излучателей P (фиг. 8к) определяется по формулам (5) и (6).

Указанное сложение мощностей соответствует преобразованию из цифрового сигнала в аналоговый акустический сигнал.

В варианте устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленном на фиг. 2, упомянутое согласование уровней цифрового сигнала разрядов D₁. ..D_N с сигналами возбуждения акустических излучателей 2₁...2_N осуществляется в формирователях 3₁...3_N. Как и в варианте на фиг. 1, акустические излучатели 2₁...2_N возбуждаются сигналами с выходов блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего D₁ по старший D_N цифрового сигнала. При этом происходит преобразование в акустические сигналы с последующим их пространственным сложением.

В варианте устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленном на фиг. 3, блок формирования сигналов возбуждения 1, кроме формирователей 3₁... 3_N, содержит модуляторы 4₁... 4_N и генератор 5. Генератор 5 подает сигнал U_f (фиг. 9е) с частотой f, большей частоты дискретизации F цифрового сигнала, на второй вход модуляторов 4₁...4_N, на первый вход которых поступает сигнал возбуждения от формирователей 3₁...3_N, в которых, как и в предыдущем варианте, происходит согласование уровней цифрового сигнала разрядов D₁...D_N сигналами возбуждения акустических излучателей 2₁.. . 2_N. В модуляторах 4₁...4_N происходит "модуляция" сигнала тактовой частоты генератора 5 сигналами формирователей 3₁...3_N, иными словами - заполнение импульсного сигнала сигналами большей частоты. Таким образом, на выходе модуляторов 4₁. . . 4_N формируется сигнал тактовой частоты генератора 5, "модулированный" сигналами возбуждения акустических излучателей 2₁...2_N. В данном варианте акустические излучатели 2₁...2_N при излучении акустического сигнала P₁...P₄ (фиг. 9ж...9к) колеблются с тактовой частотой генератора 5. Пространственное сложение акустических сигналов осуществляется аналогично описанному выше. Единственное отличие - суммарный сигнал P (фиг. 9л) является модулированным. Так как согласно формулам (2) - (4) тактовая частота модулированного сигнала выше максимальной частоты воспринимаемого человеком звука, то при прослушивании суммарного сигнала будет восприниматься только огибающая - исходный аналоговый звуковой сигнал. Таким образом, слуховой аппарат человека будет выступать в роли фильтра и детектора.

Вариант устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленный на фиг. 4, отличается от варианта на фиг. 3 тем, что в блоке формирования сигналов возбуждения 1 тактовая частота, подаваемая на блоки 4₁. ..4_N, больше частоты дискретизации F в целое число раз. Выделение частоты дискретизации F из цифрового сигнала осуществляется в блоке выделения частоты дискретизации 6, а ее умножение - в генераторе-умножителе 7. В отличие от предыдущего варианта в импульсных последовательностях сигналов возбуждения содержится целое число периодов тактовой частоты, в результате чего обеспечивается исключение некоторых фазовых и других искажений.

Вариант устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленный на фиг. 5, отличается от варианта на фиг. 3 тем, что блок формирования сигналов возбуждения 1 содержит логические элементы И 8₁.. . 8_N, на первый вход которых подается сигнал от источника цифрового сигнала, а на второй вход - сигнал генератора 5. На выходе логических элементов И 8₁. . . 8_N формируются "пачки импульсов" с тактовой частотой генератора 5 и длительностью, соответствующей длительности логических "1" соответствующего разряда цифрового сигнала. Таким образом осуществляется внутриимпульсное заполнение последовательности прямоугольных импульсов цифрового сигнала тактовой частотой генератора 5. Выходы логических элементов И 8₁...8_N соединены с формирователями 3₁. . .3_N, в которых осуществляется согласование уровней цифрового сигнала разрядов D₁...D_N с сигналами возбуждения акустических излучателей 2₁...2_N.

Если цифровой сигнал будет представлен не в виде параллельного N- разрядного кода, то на входе устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны необходимо предусмотреть декодер - устройство преобразования из кодированного сигнала в параллельный N-разрядный код, необходимый для работы устройства, соответствующего изобретению.

Также возможны различные сочетания соединений блоков и узлов в блоке формирования сигналов возбуждения 1 из различных вариантов выполнения, представленных выше. При этом возможны варианты выполнения блоков и узлов, объединяющих несколько функций. Например, генераторы 5 и 7 могут иметь входы управления и вход для подачи внешней тактовой частоты. Входы управления могут предназначаться для подачи управляющих сигналов на генераторы, установки коэффициентов умножения, для переключения режимов и входных сигналов. Кроме того, в варианте осуществления изобретения, в котором на акустические излучатели подаются возбуждающие сигналы с различными частотами внутриимпульсного заполнения, перед формирователями (как в варианте на фиг. 2) можно ввести ждущие генераторы для формирования сигналов с определенными параметрами только при подаче на него входного сигнала.

В основе изобретения лежит принцип пространственного сложения звуковых волн, излучаемых акустическими излучателями. Возможны различные варианты расположения акустических излучателей: на одной плоскости (плоская модель) и в разных плоскостях (пространственная модель). К плоским моделям (фиг. 7) можно отнести круг, прямоугольник, многоугольник, эллипс, одно- и многозаходовые спирали и т.п. и их сочетание. К пространственным моделям могут быть отнесены полусфера, конус, пирамида, многогранник, эллипсоид, гиперболоид и т. п. и их сочетание. Возможен вариант смешанного расположения акустических излучателей - все акустические излучатели располагаются на плоскости, но с различной ориентацией по пространству.

Акустические излучатели могут использовать различные принципы преобразования электрических сигналов и могут быть выполнены в виде механических, пьезоэлектрических, магнитострикционных, плазменных, ионных, электродинамических и т.д. Возможны варианты выполнения акустических излучателей с использованием различных технологий преобразования электрических сигналов.

Изобретение обеспечивает высокую достоверность воспроизведения звукового сигнала во всем диапазоне частот, простоту согласования с источниками цифрового звукового сигнала, при относительной простоте конструкции и экономичности изготовления.

Наилучшим образом изобретение может быть использовано при создании устройств преобразования электрических сигналов в звуковые волны, обладающих высококачественными характеристиками и оптимальным образом согласованных с цифровыми источниками звукового сигнала, таких как громкоговорители и акустические системы.

Формула изобретения

1. Способ преобразования электрических сигналов в звуковые волны, в котором преобразуемый электрический сигнал звукового диапазона представляют в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде и формируют сигналы возбуждения акустических излучателей, отличающийся тем, что сигналы возбуждения акустических излучателей формируют из каждого из N разрядов полученного цифрового сигнала в виде последовательностей прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов цифрового сигнала, сформированными последовательностями прямоугольных импульсов, с помощью N акустических излучателей формируют N последовательностей акустических импульсных сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, при этом мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, каждого из N акустических излучателей определяют в соответствии с формулой
P_i=P₁·2^i-1,
где Р_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i= 1...N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-му разряду цифрового сигнала;
P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательности прямоугольных импульсов формируют с внутриимпульсным заполнением сигнала с частотой, большей частоты дискретизации цифрового сигнала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что частоту сигнала внутриимпульсного заполнения определяют по формуле
f=m·F,
где f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;
m - натуральное число;
F - частота дискретизации цифрового сигнала.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что частоту сигнала внутриимпульсного заполнения определяют по формуле
f_i=m_i·F,
где f_i - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов, i=1...N;
m_i - натуральное число;
F - частота дискретизации цифрового сигнала.

5. Устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны, содержащее N акустических излучателей, имеющих входы подачи сигнала возбуждения, отличающееся тем, что содержит блок формирования сигналов возбуждения, входы которого соединены с выходом источника цифрового сигнала звукового диапазона в параллельном N-разрядном коде, число N акустических излучателей равно числу разрядов упомянутого цифрового сигнала, при этом каждый из N акустических излучателей выполнен с возможностью излучения акустических сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, причем мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, определяется по формуле
P_i=P₁·2^i-1,
где P_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i=1...N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-му разряду цифрового сигнала;
P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала, при этом входы подачи сигнала возбуждения каждого из излучателей с 1-го по N-й соединены соответственно с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок формирования сигналов возбуждения содержит N формирователей, входы которых соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок формирования сигналов возбуждения содержит N формирователей, N модуляторов и генератор, при этом входы формирователей соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора соединен с вторыми входами модуляторов.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок формирования сигналов возбуждения содержит N формирователей, N модуляторов, блок выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала и генератор-умножитель, при этом входы формирователей соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, входы блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала соединены с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, выход блока выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала соединен с входом генератора-умножителя, выход которого соединен с вторыми входами модуляторов.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок формирования сигналов возбуждения содержит N формирователей, N логических элементов И и генератор, при этом первые входы логических элементов И соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, входы логических элементов И соединены соответственно с входами формирователей, выходы которых соединены с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона, выход генератора соединен с вторыми входами логических элементов И.

10. Устройство по любому из пп.5 - 9, отличающееся тем, что по меньшей мере один акустический излучатель выполнен в виде группы акустических излучателей меньшей мощности с суммарной мощностью упомянутой группы излучателей, равной мощности P_i упомянутого по меньшей мере одного акустического излучателя.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутая группа акустических излучателей с суммарной мощностью P_i состоит из 2^i-1 идентичных элементарных излучателей с мощностью P₁.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9