RU2113069C1 - Method and device for converting electric signals into sound waves - Google Patents
Method and device for converting electric signals into sound waves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113069C1 RU2113069C1 RU96124202A RU96124202A RU2113069C1 RU 2113069 C1 RU2113069 C1 RU 2113069C1 RU 96124202 A RU96124202 A RU 96124202A RU 96124202 A RU96124202 A RU 96124202A RU 2113069 C1 RU2113069 C1 RU 2113069C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- acoustic
- inputs
- digital signal
- excitation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразователям, предназначенным для получения акустических волн из электрических колебаний и излучения акустической мощности в окружающую среду, более конкретно к громкоговорителям. The invention relates to transducers designed to receive acoustic waves from electrical vibrations and radiation of acoustic power into the environment, and more particularly to loudspeakers.
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). Known methods for converting electrical signals into sound waves and implementing devices containing various means of converting electrical signals into sound (see "Acoustics": Reference. M: Radio and communications, 1989. S. 135-146; "Electrodynamic loudspeakers." Aldoshina I.A. M.: Radio and communication, 1989, p. 225-263). The disadvantages of these known technical solutions include the non-uniformity of the amplitude-frequency characteristics, large distortions, the need to use additional acoustic means to improve these characteristics (see "Acoustics": Handbook. M.: Radio and Communications, 1989, pp. 147-158) . In addition, well-known loudspeakers and speakers cannot be matched with the electric signal of the sound range presented in digital form (hereinafter digital signal).
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. A known method of converting electrical signals of the audio range into sound, in which the converted electrical signal of the audio range, presented as a digital signal in a parallel N-bit code, is converted into an analog signal, generate excitation signals of acoustic emitters and fed to acoustic emitters (application Germany N 4205037 Cl. H 04
Задачей изобретения является создание способа и реализующего его устройства, обеспечивающих преобразование электрических сигналов звукового диапазона, представленного в цифровой форме, в звуковые волны. The objective of the invention is to provide a method and a device that implements it, providing the conversion of electrical signals of the audio range, presented in digital form, into sound waves.
Достигаемым при этом техническим результатом является повышение качества воспроизводимых звуковых частот во всем звуковом диапазоне. The technical result achieved in this case is to improve the quality of reproduced sound frequencies in the entire sound range.
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
Pi=P1•2i-1, (1)
где
P1 - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала;
Pi - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i=1. . . N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-у разряду цифрового сигнала.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of converting electrical signals into sound waves, in which the converted electrical signal of the sound range is represented as a digital signal in a parallel N-bit code and generating excitation signals of acoustic emitters, in accordance with the invention, the excitation signals of acoustic emitters form from each of the N digits of the received digital signal in the form of sequences of rectangular pulses synchronous with binary after the sequences of the corresponding digits of the digital signal, formed by sequences of rectangular pulses using N acoustic emitters, form N sequences of acoustic pulse signals in which the pulse of the acoustic signal corresponds to the logical "1" of the digital signal, and the gap between the pulses of the acoustic signal corresponds to the logical "0" of the digital signal, while the pulse power of the acoustic signal for a duration equal to the period of the sampling frequency of the digital signal, each of N acoustic emitters are determined in accordance with the formula
P i = P 1 • 2 i-1 , (1)
Where
P 1 is the acoustic pulse power of the first acoustic emitter excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the least significant digit of the digital signal;
P i is the acoustic pulse power of the i-th acoustic emitter, i = 1. . . N, excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the i-th digit of a digital signal.
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
fi=mi•F, (3)
где
f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;
m, mi - натуральные числа;
F - частота дискретизации цифрового сигнала;
fi - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов.In this case, the sequences of rectangular pulses are preferably formed with intrapulse filling with signals with a frequency higher than the sampling frequency of the digital signal, in particular with the frequency of the intrapulse filling signal, determined by the formula
f = m • F, (2)
or according to the formula
f i = m i • F, (3)
Where
f is the frequency of the signal intrapulse filling sequences of rectangular pulses;
m, m i are natural numbers;
F is the sampling frequency of the digital signal;
f i is the frequency of the intra-pulse filling signal of the i-th sequence of rectangular pulses.
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. The specified technical result is also achieved by the fact that the device for converting electrical signals into sound waves, containing N acoustic emitters having inputs of the excitation signal, in accordance with the invention contains a block generating excitation signals, the inputs of which are connected to the output of the digital signal source of the audio range in parallel N -digit code, the number N of acoustic emitters is equal to the number of bits of said digital signal, wherein each of the N acoustic emitters is nen with the possibility of emitting acoustic signals in which the pulse of the acoustic signal corresponds to the logical "1" of the digital signal, and the gap between the pulses of the acoustic signal corresponds to the logical "O" of the digital signal, the pulse power of the acoustic signal for a duration equal to the period of the sampling frequency of the digital signal is determined by formula (1), while the inputs of the excitation signal of each of the emitters from the 1st to the Nth are connected respectively to the outputs of the excitation signal generating unit, corresponding to E from the lowest digits of said digital signal Sr. sound range.
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. The excitation signal generating unit preferably contains N formers, the inputs of which are connected respectively to the inputs from the 1st to the Nth excitation signal generating unit, and the outputs are connected to the outputs of the excitation signal generating unit, corresponding to the least significant digit from the mentioned digital audio signal.
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. The excitation signal generating unit may also contain N shapers, N modulators and a generator, while the shaper inputs are connected respectively to the inputs from the 1st to the Nth excitation signal generating block, and the outputs are connected to the first modulator inputs, the outputs of which are connected to the block outputs generating excitation signals corresponding to the least significant bits of the digital audio signal of the sound range, the output of the generator is connected to the second inputs of the modulators.
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. Also, the excitation signal generation block may contain N shapers, N modulators, a sampling frequency allocation block of the input digital signal and a multiplier generator, while the shaper inputs are connected respectively to the inputs from the 1st to the Nth excitation signal generating block, and the outputs are with the first inputs of modulators, the outputs of which are connected to the outputs of the block generating excitation signals corresponding to the bits from the lowest to oldest of the mentioned digital signal of the audio range, the inputs of the block are highlighted I digital input signal sampling frequency connected to the inputs from the 1st to N-th blocks forming the excitation signal, the output sampling frequency block allocation input digital signal coupled to input generatora- multiplier whose output is connected to second inputs of modulators.
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. In addition, the excitation signal generating unit may contain N formers, N logical elements AND, and a generator, while the first inputs of the logical elements AND are connected respectively to the inputs from the 1st to the Nth block of generating excitation signals, the outputs of the logical elements AND are connected respectively to the inputs of the shapers, the outputs of which are connected to the outputs of the block for generating excitation signals corresponding to the bits from the lowest to oldest of the mentioned digital signal of the sound range, the output of the generator is connected with the second inputs of logic elements I.
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 Pi, упомянутого по меньшей мере одного акустического излучателя.In addition, at least one acoustic emitter can be made in the form of a group of acoustic emitters of lower power with a total power of this group of emitters equal to the power P i mentioned at least one acoustic emitter.
При этом упомянутая группа акустических излучателей с суммарной мощностью Pi может состоять из 2i-1 идентичных элементарных излучателей с мощностью P1.Moreover, the said group of acoustic emitters with a total power of P i may consist of 2 i-1 identical elementary emitters with a power of P 1 .
Изобретение основано на следующих теоретических предпосылках. The invention is based on the following theoretical premises.
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. To improve the quality of the recorded, reproduced and transmitted sound signal, as well as to simplify the reception and processing, as you know, the sound signal is converted to digital form, i.e. carry out its discretization in time and quantization by level, the characteristics of which are, respectively, the sampling frequency F and the digitization capacity of N.
Цифровой сигнал имеет два уровня: "0" - нет сигнала и "1" - есть сигнал. The digital signal has two levels: "0" - there is no signal and "1" - there is a signal.
При цифровом способе представления звукового сигнала разрядность квантования определяет количество "ступенек" от минимального до максимального уровня аналогового сигнала, которое равно 2N. 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.With the digital method of representing an audio signal, the quantization bit determines the number of steps from the minimum to the maximum level of the analog signal, which is 2 N. For example, with 16-bit quantization, the number of “steps” is 2 16 = 65536. From this it follows that the more “steps” (digits), the more accurately the sound signal is transmitted when it is converted from analog to digital and vice versa.
Другая характеристика преобразования - частота дискретизации. Согласно теореме Котельникова частота дискретизации должна определяться из условия
F≥2•Fmax, (4)
где
Fmax - максимальная частота преобразуемого сигнала.Another characteristic of the conversion is the sampling rate. According to Kotelnikov’s theorem, the sampling rate must be determined from the condition
F≥2 • F max , (4)
Where
F max - the maximum frequency of the converted signal.
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. After conversion, the digital audio signal can be recorded on various media, repeatedly read from media, transmitted via communication lines, and to perform various processing. The main advantage of a digital audio signal is the absence of noise and signal distortion inherent in analogue methods of recording, reading, transmission and processing.
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. The sound receiver is the organ of hearing - an analog device, so it is necessary to carry out the inverse conversion of the digital signal to analog. When the digital signal of the sound range is converted back to analog form using a digital-to-analog converter and the sound is obtained by means of devices for converting electrical signals into sound waves (loudspeakers), distortions occur. In this case, the loudspeakers introduce the most significant distortion of the audio signal.
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" (2N) необходимо N акустических излучателей. При этом мощность акустических излучателей, входящих в "цифровой громкоговоритель", определяется по формуле (1).In accordance with the invention, it is proposed to reproduce an audio signal also by “steps” using a “digital loudspeaker”. For this, it is necessary that the emitters of such a “digital loudspeaker” have two radiation states corresponding to the presence of a signal (“1” digital signal) and its absence (“0” digital signal). To obtain the above number of "steps" (2 N ), N acoustic emitters are required. Moreover, the power of acoustic emitters included in the "digital loudspeaker" is determined by the formula (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. After converting the digital signal into excitation signals and supplying these signals to acoustic emitters, the pulse train of the digital signal is converted into a sequence of acoustic pulses. In this case, synchronism between the mentioned pulse sequences, i.e. their temporal characteristics must match. It is also necessary to ensure the synchronism of the acoustic pulses of all acoustic emitters, as well as the synchronism of all bits of the digital signal with each other.
В результате функционирования устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны происходит пространственное сложение всех акустических волн, излучаемых излучателями. As a result of the operation of the device for converting electrical signals into sound waves, the spatial addition of all acoustic waves emitted by the emitters occurs.
Полная мощность излучения устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны определяется по формуле
P = P1 + ... + Pi+PN,(5)
или
P = P1 + ... + P1•1i-1 + P1•2N-1, (6)
Максимальное значение мощности, соответствующее случаю, когда все разряды цифрового сигнала имеют значение "1", равно
P = P1•(2N - 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.The total radiation power of the device converting electrical signals into sound waves is determined by the formula
P = P 1 + ... + P i + P N , (5)
or
P = P 1 + ... + P 1 • 1 i-1 + P 1 • 2 N-1 , (6)
The maximum power value corresponding to the case when all bits of the digital signal have a value of "1" is
P = P 1 • (2 N - 1), (7)
The minimum power value corresponding to the case when all bits of the digital signal have a value of "0" is
P = 0
Intermediate values are determined by the ratios "0" and "1" in the digits of the digital signal.
Из вышеуказанных соотношений (5) - (8) следует, что количество ступенек суммарного акустического сигнала также будет равно 2N.From the above relations (5) - (8) it follows that the number of steps of the total acoustic signal will also be 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. Thus, digital-to-analog conversion of the digital audio signal into analog acoustic signals is carried out. In this case, the digital-to-analog converter and loudspeaker are the device itself for converting electrical signals into sound waves. That is, the need to use conversion devices and “analog speakers” is eliminated, and thereby their inherent disadvantages are eliminated.
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. Since all emitters have the same principle of operation, which consists in switching between two states - the presence and absence of a signal, it is possible to implement a device for converting electrical signals into sound waves, in which emitters of higher power consist of emitters of lower power.
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. In FIG. 1 is a structural diagram of a device for converting electrical signals into sound waves, made according to the invention: in FIG. 2 - 6 are structural diagrams of various embodiments of a block for generating excitation signals; in FIG. 7 is a schematic representation of the location options of acoustic emitters; in FIG. 8, 9 are signal diagrams illustrating the operation of the device for converting electrical signals into sound waves, made according to the invention.
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... 2N.As shown in FIG. 1, a device for converting electrical signals into sound waves, made in accordance with the invention, comprises an excitation
На фиг. 2 показан вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 31... 3N, 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.In FIG. 2 shows an embodiment of an excitation
На фиг. 3 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 31... 3N, модуляторы 41...4N и генератор 5, при этом входы формирователей 31... 3N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов 41...4N, 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...4N.In FIG. 3 shows an embodiment of an excitation
На Фиг. 4 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 31..3N, модуляторы 41...4N, блок выделения частоты дискретизации входного цифрового сигнала 6 и генератор-умножитель 7, при этом входы формирователей 31... 3N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения, а выходы - с первыми входами модуляторов 41...4N, 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...4N.In FIG. 4 shows an embodiment of a block for generating
На фиг. 5 представлен вариант осуществления блока формирования сигналов возбуждения 1, который содержит формирователи 31..3N, логические элементы И 81. ..8N и генератор 5, при этом первые входы логических элементов И 81...8N соединены соответственно с входами с 1-го по N-й блока формирования сигналов возбуждения 1, выходы логических элементов И 81... 8N соединены соответственно с входами формирователей 31... 3N, 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...8N.In FIG. 5 shows an embodiment of a block for generating
Как показано на фиг. 6, согласно изобретению по меньшей мере один акустический излучатель 21...2N может быть выполнен в виде группы акустических излучателей 91. . . 9N меньшей мощности с суммарной мощностью данной группы излучателей, равной мощности Pi упомянутого излучателя, вычисленной по формуле (1).As shown in FIG. 6, according to the invention, at least one
На фиг. 7 представлены варианты расположения акустических излучателей. In FIG. 7 shows the location options of acoustic emitters.
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.In FIG. 8: U - electrical signals of the audio range in analog form; D 1 . . .D 4 - signals at the input of the excitation signal generation block corresponding to the digits from the 1st to the 4th digital signal; P 1 ... P 4 - acoustic radiation power of the emitters, respectively, from the 1st to the 4th; P is the total radiation power of the device for converting electrical signals into sound waves.
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; Uf - 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.In FIG. 9: U - electrical signals of the audio range in analog form; D 1 . . .D 4 - signals at the input of the excitation signal generation block corresponding to the digits from the 1st to the 4th digital signal; U f is the clock signal at the output of the
Формирователи 31. . .3N, 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. The sampling frequency allocation unit of the
Модуляция является процессом управления одним или несколькими параметрами гармонического колебания. Модулятор (41...4N), 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.Modulation is the process of controlling one or more parameters of harmonic oscillation. The modulator (4 1 ... 4 N ) used in the embodiment of FIG. 3 and 4, is a block in which the "filling" of the excitation signals of acoustic emitters with signals of the incoming clock frequency. Modulators can work as electronic keys. The modulator can be implemented on the basis of well-known circuitry solutions using various logical (digital) or analog elements.
Устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны работает следующим образом. A device for converting electrical signals into sound waves works as follows.
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...DN (на фиг. 8, 9 показаны для четырехразрядного сигнала) с уровнями возбуждения акустических излучателей 21. . . 2N. 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...2N 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...2N 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...2N. Суммарная мощность акустических излучателей P (фиг. 8к) определяется по формулам (5) и (6).The electrical signal U (for clarity, presented as a sawtooth signal with 16 steps in Fig. 8a) of the audio range, converted into a digital parallel N-bit code (D 1 ... D 4 in Fig. 8b ... 8d), enters the unit for generating excitation signals 1 (Fig. 1), in which the digital signal levels of the digits D 1 ... D N are matched (Figs. 8, 9 are shown for a four-digit signal) with the excitation levels of
Указанное сложение мощностей соответствует преобразованию из цифрового сигнала в аналоговый акустический сигнал. The indicated power addition corresponds to the conversion from a digital signal to an analog acoustic signal.
В варианте устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленном на фиг. 2, упомянутое согласование уровней цифрового сигнала разрядов D1. ..DN с сигналами возбуждения акустических излучателей 21...2N осуществляется в формирователях 31...3N. Как и в варианте на фиг. 1, акустические излучатели 21...2N возбуждаются сигналами с выходов блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего D1 по старший DN цифрового сигнала. При этом происходит преобразование в акустические сигналы с последующим их пространственным сложением.In the embodiment of the device for converting electrical signals into sound waves, shown in FIG. 2, said matching of digital signal levels of bits D 1 . ..D N with the excitation signals of
В варианте устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны, представленном на фиг. 3, блок формирования сигналов возбуждения 1, кроме формирователей 31... 3N, содержит модуляторы 41... 4N и генератор 5. Генератор 5 подает сигнал Uf (фиг. 9е) с частотой f, большей частоты дискретизации F цифрового сигнала, на второй вход модуляторов 41...4N, на первый вход которых поступает сигнал возбуждения от формирователей 31...3N, в которых, как и в предыдущем варианте, происходит согласование уровней цифрового сигнала разрядов D1...DN сигналами возбуждения акустических излучателей 21.. . 2N. В модуляторах 41...4N происходит "модуляция" сигнала тактовой частоты генератора 5 сигналами формирователей 31...3N, иными словами - заполнение импульсного сигнала сигналами большей частоты. Таким образом, на выходе модуляторов 41. . . 4N формируется сигнал тактовой частоты генератора 5, "модулированный" сигналами возбуждения акустических излучателей 21...2N. В данном варианте акустические излучатели 21...2N 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.In the embodiment of the device for converting electrical signals into sound waves, shown in FIG. 3, the excitation
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. ..4N, 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.An embodiment of the device for converting electrical signals into sound waves, shown in FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3 by the fact that in the block for generating
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.. . 8N, на первый вход которых подается сигнал от источника цифрового сигнала, а на второй вход - сигнал генератора 5. На выходе логических элементов И 81. . . 8N 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...8N соединены с формирователями 31. . .3N, в которых осуществляется согласование уровней цифрового сигнала разрядов D1...DN с сигналами возбуждения акустических излучателей 21...2N.An embodiment of the device for converting electrical signals into sound waves, shown in FIG. 5 differs from the embodiment of FIG. 3 in that the block for generating
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. If the digital signal is not presented in the form of a parallel N-bit code, then at the input of the device for converting electrical signals into sound waves, it is necessary to provide a decoder - a device for converting from a coded signal to a parallel N-bit code, necessary for the operation of the device corresponding to the invention.
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. Various combinations of connections of blocks and nodes in a block for generating
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. The invention is based on the principle of spatial addition of sound waves emitted by acoustic emitters. Various options for the location of acoustic emitters are possible: on the same plane (flat model) and in different planes (spatial model). Flat models (Fig. 7) include a circle, a rectangle, a polygon, an ellipse, single and multiple spirals, etc. and their combination. Spatial models can include a hemisphere, cone, pyramid, polyhedron, ellipsoid, hyperboloid, etc., and their combination. A mixed arrangement of acoustic emitters is possible — all acoustic emitters are located on a plane, but with different spatial orientations.
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. Acoustic emitters can use various principles of conversion of electrical signals and can be made in the form of mechanical, piezoelectric, magnetostrictive, plasma, ionic, electrodynamic, etc. Acoustic emitters are possible using various technologies for converting electrical signals.
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. The invention provides high reliability of reproduction of an audio signal in the entire frequency range, ease of coordination with sources of a digital audio signal, with relative simplicity of design and cost-effectiveness of manufacture.
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. In the best way, the invention can be used to create devices for converting electrical signals into sound waves with high-quality characteristics and optimally coordinated with digital sources of sound signal, such as loudspeakers and speakers.
Claims (11)
Pi=P1•2i-1,
где Рi - 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.1. The method of converting electrical signals into sound waves, in which the converted electrical signal of the sound range is represented as a digital signal in a parallel N-bit code and generate excitation signals of acoustic emitters, characterized in that the excitation signals of acoustic emitters are formed from each of N bits obtained digital signal in the form of sequences of rectangular pulses synchronous with binary sequences of the corresponding bits of the digital signal using n sequences of rectangular pulses, using N acoustic emitters, N sequences of acoustic pulse signals are generated in which the acoustic signal pulse corresponds to the logical "1" of the digital signal, and the gap between the acoustic signal pulses corresponds to the logical "0" of the digital signal, while the acoustic signal pulse power for a duration equal to the period of the sampling frequency of the digital signal, each of the N acoustic emitters is determined in accordance with the formula
P i = P 1 • 2 i-1 ,
where P i is the acoustic pulse power of the i-th acoustic emitter, i = 1 ... N, excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the i-th digit of the digital signal;
P 1 is the acoustic pulse power of the first acoustic emitter excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the least significant digit of the digital signal.
f=m•F,
где f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;
m - натуральное число;
F - частота дискретизации цифрового сигнала.3. The method according to claim 2, characterized in that the frequency of the signal intrapulse filling is determined by the formula
f = m • F,
where f is the frequency of the signal intrapulse filling sequences of rectangular pulses;
m is a natural number;
F is the sampling frequency of the digital signal.
fi=mi•F,
где fi - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов, i=1...N;
mi - натуральное число;
F - частота дискретизации цифрового сигнала.4. The method according to claim 2, characterized in that the frequency of the signal intrapulse filling is determined by the formula
f i = m i • F,
where f i is the frequency of the intra-pulse filling signal of the i-th sequence of rectangular pulses, i = 1 ... N;
m i is a natural number;
F is the sampling frequency of the digital signal.
Pi=P1•2i-1,
где Pi - 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.5. A device for converting electrical signals into sound waves, comprising N acoustic emitters having excitation signal supply inputs, characterized in that it comprises an excitation signal generating unit, the inputs of which are connected to the output of the digital signal source of the audio range in a parallel N-bit code, the number N acoustic emitters is equal to the number of bits of the digital signal, wherein each of the N acoustic emitters is configured to emit acoustic signals in which ls acoustic signal corresponds to logic "1" digital signal, and the interval between the pulses of acoustic signal - logical "0" digital signal, the output level of the acoustic signal for the duration equal to the period of the sampling frequency of the digital signal determined by the formula
P i = P 1 • 2 i-1 ,
where P i is the acoustic pulse power of the i-th acoustic emitter, i = 1 ... N, excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the i-th digit of the digital signal;
P 1 is the acoustic pulse power of the first acoustic emitter excited by a sequence of rectangular pulses corresponding to the least significant digit of the digital signal, while the inputs of the excitation signal of each of the emitters from the 1st to the Nth are connected respectively to the outputs of the excitation signal generating unit corresponding to the bits with the youngest to oldest mentioned digital audio signal.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96124202A RU2113069C1 (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Method and device for converting electric signals into sound waves |
PCT/RU1997/000417 WO1998030062A2 (en) | 1996-12-25 | 1997-12-23 | Method for converting electric signals into sound waves and device for realising the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96124202A RU2113069C1 (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Method and device for converting electric signals into sound waves |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2113069C1 true RU2113069C1 (en) | 1998-06-10 |
RU96124202A RU96124202A (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20188473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96124202A RU2113069C1 (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Method and device for converting electric signals into sound waves |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2113069C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523934C2 (en) * | 2010-03-26 | 2014-07-27 | Филд Систем, Инк. | Transmitter |
-
1996
- 1996-12-25 RU RU96124202A patent/RU2113069C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523934C2 (en) * | 2010-03-26 | 2014-07-27 | Филд Систем, Инк. | Transmitter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1180896B1 (en) | Sound generating device and method for a mobile terminal of a wireless telecommuniation system | |
JPH0364116A (en) | Digital noise signal generating circuit | |
JP2004531103A5 (en) | ||
US6400821B1 (en) | Digital tone generator | |
US5095509A (en) | Audio reproduction utilizing a bilevel switching speaker drive signal | |
US5340938A (en) | Tone generation apparatus with selective assignment of one of tone generation processing modes to tone generation channels | |
RU2006101403A (en) | DEVICE AND METHOD FOR MULTIFUNCTIONAL AUTHENTICATION DEVICE | |
RU2113069C1 (en) | Method and device for converting electric signals into sound waves | |
JPH0311160B2 (en) | ||
RU2113070C1 (en) | Method and device for converting electric signals into sound waves | |
JPH04270510A (en) | Digital filter and transmitter | |
RU97116014A (en) | METHOD FOR OPTIMUM TRANSMISSION OF MESSAGES OF ANY PHYSICAL NATURE, FOR EXAMPLE, METHOD FOR OPTIMUM AUDIO PLAYBACK AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION | |
US5517433A (en) | Parallel digital data communications | |
US6563393B2 (en) | Method and device for pulse density modulation | |
CN104967948A (en) | Method and apparatus for driving digital loudspeaker based on amplitude modulation and phase modulation | |
JP3642460B2 (en) | Digital handset | |
Mendoza-Lopez et al. | Direct acoustic digital-to-analog conversion with digital transducer array loudspeakers | |
US7062336B1 (en) | Time-division method for playing multi-channel voice signals | |
US7067731B2 (en) | Sound source circuit and telephone terminal using same | |
RU97108482A (en) | METHOD FOR CONVERTING ELECTRIC SIGNALS TO SOUND WAVES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
CA2401471A1 (en) | Systems and methods for generating tones for operating telephones | |
JP3788564B2 (en) | Melody sound generator | |
US4174649A (en) | Electronic musical instrument | |
Husnik et al. | Digital acoustic projector–A proof of concept | |
WO1998030062A2 (en) | Method for converting electric signals into sound waves and device for realising the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101226 |