RU2284584C1 - Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method - Google Patents

Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method Download PDF

Info

Publication number
RU2284584C1
RU2284584C1 RU2005103641/28A RU2005103641A RU2284584C1 RU 2284584 C1 RU2284584 C1 RU 2284584C1 RU 2005103641/28 A RU2005103641/28 A RU 2005103641/28A RU 2005103641 A RU2005103641 A RU 2005103641A RU 2284584 C1 RU2284584 C1 RU 2284584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
acoustic
acoustic signal
output
input
Prior art date
Application number
RU2005103641/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ксени Всеволодовна Сапожникова (RU)
Ксения Всеволодовна Сапожникова
Роальд Евгеньевич Тайманов (RU)
Роальд Евгеньевич Тайманов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Инновационный центр ВНИИМ-Ижорские заводы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Инновационный центр ВНИИМ-Ижорские заводы" filed Critical Закрытое акционерное общество "Инновационный центр ВНИИМ-Ижорские заводы"
Priority to RU2005103641/28A priority Critical patent/RU2284584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2284584C1 publication Critical patent/RU2284584C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: acoustics, possible use for affecting psycho-physiological state of person during training, in art-therapy, when performing music in concert halls, in theatric and circus performances, during production of movies, during animation of images, etc.
SUBSTANCE: method for transferring acoustic signal to user includes filtration of electric signal, containing information about acoustic signal, and following transformation of electric signal to acoustic signal. Electric signal is preliminarily nonlinearly transformed with non-linearity order not less than 4, during realization of filtration, combination oscillations are selected in range of infrasound frequencies and with amplifier not less than in 2 times these are transformed to acoustic signal, emitted in additional to main signal. Electric signal, carrying information about acoustic signal, may be additionally nonlinearly transformed together with same signal, delayed for not more than 5 seconds. Device for emitting acoustic signal to listener contains electric signal source, containing information about acoustic signal, filtration block, transformer of electric signal to acoustic signal, connected to its output, and also nonlinear transformer and amplifier. Transformation characteristic of nonlinear transformer is described by polynomial of order not less than 4. filtration block is made in infrasound range. Output of signal source is connected to input of nonlinear transformer, output of which is connected to input of filtration block, while output of filtration block is connected to input of transformer of electric signal through amplifier of infrasound oscillations with amplification coefficient not less than 2.
EFFECT: selection of parameters of acoustic images and generation of infrasound accompaniment, taking bio-physical rules of sound perception by listener into consideration.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для воздействия на психофизиологическое состояние человека в процессе обучения, в арт-терапии, при исполнении музыки в концертных залах, в театральных и цирковых спектаклях, в процессе производства фильмов, при анимации изображений и т.д.The invention relates to the field of acoustics and can be used to influence the psychophysiological state of a person during the training process, in art therapy, when performing music in concert halls, in theater and circus performances, during the production of films, during image animation, etc.

В звуках природы, например шумах моря или леса, присутствуют акустические образы, передаваемые акустическими сигналами. Характерный пример - акустический образ пространства. Акустические образы присутствуют и в музыкальных произведениях, поскольку закладываются композиторами и исполнителями. Акустический сигнал, отражающий образ пространства, в котором музыкальное произведение исполняется, также может передаваться при прослушивании.In the sounds of nature, such as the noise of the sea or forest, there are acoustic images transmitted by acoustic signals. A typical example is the acoustic image of space. Acoustic images are also present in musical works, as they are laid down by composers and performers. An acoustic signal reflecting the image of the space in which a piece of music is performed can also be transmitted while listening.

Известен способ [1] передачи акустического сигнала.A known method [1] transmitting an acoustic signal.

Этот способ состоит в том, что дополнительно к исполняемому музыкальному произведению воспроизводят и передают слушателю колебания инфразвукового диапазона на частоте 17 Гц. В результате у слушателей создается чувство беспокойства, ощущение внезапного холода и состояние, о котором говорят "мурашки по коже".This method consists in the fact that in addition to the musical piece to be played, vibrations of the infrasound range at a frequency of 17 Hz are reproduced and transmitted to the listener. As a result, listeners create a feeling of anxiety, a feeling of sudden cold, and a condition called goosebumps.

В некоторых случаях, когда заложенный композитором и исполнителем акустический образ должен вызвать чувство тревоги, способ [1] позволяет усилить эмоциональную реакцию слушателя на музыкальное произведение. Однако этот способ не учитывает изменение акустического образа в процессе исполнения музыкального произведения и своеобразие этих образов для различных произведений. Поэтому для большинства музыкальных произведений использование способа [1] мешает восприятию акустического образа, заложенного в исполняемое музыкальное произведение композитором и исполнителем.In some cases, when the acoustic image laid down by the composer and performer should cause a feeling of anxiety, method [1] allows you to enhance the listener's emotional reaction to a musical work. However, this method does not take into account the change in the acoustic image during the performance of a musical work and the originality of these images for various works. Therefore, for most musical works, the use of the method [1] interferes with the perception of the acoustic image embedded in the performed musical work by the composer and performer.

Известен способ [2] передачи акустического сигнала.A known method [2] transmitting an acoustic signal.

Этот способ включает фильтрацию электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, отображающем музыкальное произведение, последующее преобразование электрического сигнала в акустический с использованием динамиков и отражение акустического сигнала от поверхности, связанной с динамиками. Динамики ставят параллельно с заданным отклонением от параллельности, причем так, чтобы на выбранной частоте установилась стоячая волна в каждой паре динамик - отражающая поверхность. При этом формируют требуемую амплитудно-частотную характеристику устройства в области максимума спектра частот оптимального слухового восприятия.This method includes filtering an electrical signal carrying information about an acoustic signal displaying a piece of music, then converting the electrical signal into an acoustic signal using speakers and reflecting the acoustic signal from a surface associated with the speakers. The speakers are placed in parallel with the specified deviation from parallelism, and so that a standing wave is established at the selected frequency in each pair of speakers - a reflective surface. In this case, the required amplitude-frequency characteristic of the device is formed in the region of the maximum frequency spectrum of the optimal auditory perception.

Способ [2] эффективно передает акустический сигнал, характеризующий образ пространства, в котором исполняется музыка. При этом этот способ, как показали эксперименты, обеспечивает существенное усиление выразительности музыки, что приводит к повышению стресс - устойчивости мозга и к повышению скорости нервно-психических реакций.Method [2] effectively transmits an acoustic signal characterizing the image of the space in which music is performed. Moreover, this method, as experiments have shown, provides a significant increase in the expressiveness of music, which leads to increased stress - stability of the brain and to an increase in the rate of neuropsychic reactions.

Однако способ [2] не усиливает эмоциональную реакцию слушателей на акустические образы, заложенные в музыкальное произведение композитором и исполнителем.However, the method [2] does not enhance the emotional response of listeners to acoustic images embedded in a musical work by a composer and performer.

Известен способ [3] передачи акустического сигнала.A known method [3] transmitting an acoustic signal.

Этот способ по совокупности признаков наиболее близок заявляемому и принят за прототип.This method in terms of features is closest to the claimed and adopted as a prototype.

Способ состоит в том, что при передаче акустического сигнала, например, соответствующего исполняемому музыкальному произведению, дополнительно передают сигнал, несущий акустический образ пространства и заданный параметрами фильтров, имитирующих звучание музыки в виртуальном концертном зале. Далее осуществляют фильтрацию сигнала, формируя совокупный сигнал, реализующий для слушателя музыкальное произведение, исполняемое в виртуальном концертном зале.The method consists in the fact that when transmitting an acoustic signal, for example, corresponding to an executable piece of music, they additionally transmit a signal that carries an acoustic image of space and specified by filter parameters simulating the sound of music in a virtual concert hall. Next, the signal is filtered, forming a cumulative signal that implements for the listener a piece of music performed in a virtual concert hall.

Таким образом, способ [3] передает слушателю образ виртуального пространства.Thus, the method [3] transfers to the listener an image of virtual space.

Устройство для реализации известного способа [3] содержит (фиг.1) источник 1 электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, например, соответствующем исполняемому музыкальному произведению, генератор 7 параметров, описывающих акустический образ пространства, сумматор 8, блок 3 фильтрации и преобразователь 5 электрического сигнала в акустический.A device for implementing the known method [3] contains (Fig. 1) a source 1 of an electric signal carrying information about an acoustic signal, for example, a corresponding musical piece of work, a generator 7 of parameters describing the acoustic image of space, an adder 8, a filtering unit 3, and a transducer 5 electrical signal into acoustic.

Параметры генератора 7, описывающие акустический образ пространства (например, виртуального концертного зала), задаются в условной форме, например в форме кода.The parameters of the generator 7, describing the acoustic image of the space (for example, a virtual concert hall), are set in arbitrary form, for example in the form of a code.

Блок 3 фильтрации содержит параметризованные фильтры, имеющие действие на сигнал, которое зависит от параметров, относящихся к каждому фильтру, для моделирования поверхностей, виртуально существующих в виртуальном акустическом пространстве.Block 3 filter contains parameterized filters having an effect on the signal, which depends on the parameters related to each filter, for modeling surfaces that virtually exist in a virtual acoustic space.

Выход источника 1 соединен с 1-ым входом сумматора 8.The output of the source 1 is connected to the 1st input of the adder 8.

Выход генератора 7 параметров соединен со 2-ым входом сумматора, выход которого соединен с входом блока 3 фильтрации.The output of the parameter generator 7 is connected to the 2nd input of the adder, the output of which is connected to the input of the filtering unit 3.

Выход блока 3 фильтрации соединен с входом преобразователя 5 электрического сигнала в акустический.The output of the filtering unit 3 is connected to the input of the converter 5 of the electrical signal into an acoustic one.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сигнал с источника 1 проходит на первый вход сумматора 8. В сумматоре 8 к сигналу источника 1 добавляется сигнал акустического образа пространства, сформированный генератором 7 параметров. Этот сигнал задается в виде параметров фильтров, не воспринимаемых слушателями непосредственно. Сигнал с сумматора 8 поступает в блок 3 фильтрации. В нем сигнал декодируется, параметризованные фильтры автоматически настраиваются в соответствии с сигналом акустического образа пространства, а электрический сигнал, несущий информацию об акустическом сигнале, отображающем исполняемое музыкальное произведение, проходит через эти фильтры. Затем он поступает на вход преобразователя 5 электрического сигнала в акустический, с которого поступает непосредственно слушателю.The signal from the source 1 passes to the first input of the adder 8. In the adder 8 to the signal of the source 1 is added the signal of the acoustic image of the space generated by the generator 7 of the parameters. This signal is set in the form of filter parameters that are not directly perceived by listeners. The signal from the adder 8 enters the filtering unit 3. In it, the signal is decoded, the parameterized filters are automatically adjusted in accordance with the signal of the acoustic image of the space, and the electric signal, which carries information about the acoustic signal that displays the music being played, passes through these filters. Then it enters the input of the transducer 5 of the electric signal into an acoustic signal, from which it goes directly to the listener.

При использовании способа, принятого за прототип, слушателю эффективно передается акустический образ пространства, в котором исполняется музыкальное произведение. Например, способ [3] позволяет в процессе исполнения менять положение исполнителей в виртуальном зале.When using the method adopted for the prototype, the listener is effectively transmitted the acoustic image of the space in which the musical work is performed. For example, the method [3] allows during the execution process to change the position of the performers in the virtual hall.

Однако способ [3] не позволяет усилить эмоциональную реакцию слушателей на акустические образы, заложенные в музыку композитором и исполнителем.However, the method [3] does not allow enhancing the emotional response of listeners to acoustic images embedded in music by the composer and performer.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в усиления эмоционального воздействия на слушателя.The task to which the invention is directed is to enhance the emotional impact on the listener.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в выделении параметров акустических образов, заложенных композитором и исполнителем в музыкальное произведение или имеющихся в звуках природы, и формировании инфразвукового сопровождения, учитывающего биофизические закономерности восприятия звучаний слушателем, т.е. использующего объективную основу - выявление настроения, соответствующего музыкальному произведению или звукам природы.The technical result obtained by the implementation of the claimed invention consists in highlighting the parameters of the acoustic images laid down by the composer and performer in a musical work or in the sounds of nature, and the formation of infrasound accompaniment, taking into account the biophysical laws of sound perception by the listener, i.e. using an objective basis - revealing the mood corresponding to a piece of music or sounds of nature.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается решением, представляющим группу разнообъектных изобретений - способ и устройство для его осуществления, объединенных единым изобретательским замыслом.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by a solution representing a group of diverse inventions - a method and device for its implementation, combined by a single inventive concept.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе передачи слушателю акустического сигнала, включающем фильтрацию электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, и последующее преобразование электрического сигнала в акустический, электрический сигнал предварительно нелинейно преобразуют со степенью нелинейности не ниже 4, при осуществлении фильтрации выделяют комбинационные колебания в диапазоне инфразвуковых частот и с усилением не менее чем в 2 раза преобразуют в дополнительный к основному акустический сигнал.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of transmitting to the listener an acoustic signal, including filtering an electric signal carrying information about the acoustic signal, and then converting the electric signal into an acoustic, electric signal is preliminarily nonlinearly converted with a degree of nonlinearity of at least 4; fluctuations in the range of infrasonic frequencies and with amplification of at least 2 times convert into additional to the main akus matic signal.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем, что электрический сигнал, несущий информацию об акустическом сигнале, нелинейно преобразуют совместно с этим же сигналом, задержанным не более чем на 5 секунд.The technical result in the implementation of the invention is also achieved by the fact that an electrical signal that carries information about the acoustic signal is non-linearly converted together with the same signal, delayed no more than 5 seconds.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем, что заявляемое устройство для передачи слушателю акустического сигнала, содержащее источник электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, блок фильтрации и подключенный к его выходу преобразователь электрического сигнала в акустический, снабжено нелинейным преобразователем, характеристика преобразования которого описывается полиномом степени не ниже 4, при этом блок фильтрации выполнен в инфразвуковом диапазоне, выход источника сигнала подключен к входу нелинейного преобразователя, выход которого подключен к входу блока фильтрации, причем выход блока фильтрации подключен к входу преобразователя электрического сигнала в акустический через усилитель инфразвуковых колебаний с коэффициентом усиления не менее 2.The technical result in the implementation of the invention is also achieved by the fact that the inventive device for transmitting an acoustic signal to a listener, comprising a source of an electric signal carrying information about the acoustic signal, a filtering unit and an electric to acoustic signal converter connected to its output, is equipped with a non-linear converter, the conversion characteristic of which is described a polynomial of degree at least 4, while the filtering unit is made in the infrasonic range, the output of the signal source ala is connected to the input of a nonlinear transducer, the output of which is connected to the input of the filtering unit, and the output of the filtering unit is connected to the input of the electric signal to acoustic converter through an infrasonic oscillation amplifier with a gain of at least 2.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем, что заявляемое устройство снабжено блоком задержки электрического сигнала, вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выход - с входом нелинейного преобразователя.The technical result in the implementation of the invention is also achieved by the fact that the inventive device is equipped with a delay unit for an electrical signal, the input of which is connected to the output of the signal source, and the output to the input of a nonlinear converter.

На фиг.1. схематически изображено устройство, реализующее известный способ.In figure 1. schematically depicts a device that implements the known method.

На фиг.2 схематически изображено устройство, реализующее заявляемый способ по п.1.Figure 2 schematically shows a device that implements the inventive method according to claim 1.

На фиг.3 схематически изображено устройство, реализующее заявляемый способ по п.2.Figure 3 schematically shows a device that implements the inventive method according to claim 2.

Заявляемое устройство (фиг.2) включает в себя источник 1 электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, нелинейный преобразователь 2, блок 3 фильтрации, усилитель 4, преобразователь 5 электрического сигнала в акустический.The inventive device (figure 2) includes a source 1 of an electric signal carrying information about the acoustic signal, a non-linear converter 2, a filter unit 3, an amplifier 4, an electric signal to acoustic converter 5.

Источник 1 имеет выход электрического сигнала и дополнительно может иметь выход акустического сигнала. На его вход может подаваться акустический сигнал. Акустический сигнал, адекватный сигналу источника 1, при любых условиях должен быть доступен слушателю.Source 1 has an electrical signal output and may additionally have an acoustic signal output. An acoustic signal may be supplied to its input. An acoustic signal adequate to the signal of source 1 should be accessible to the listener under any conditions.

Нелинейный преобразователь 2 имеет характеристику преобразования, которая описывается полиномом степени не ниже 4.Nonlinear transducer 2 has a conversion characteristic, which is described by a polynomial of degree at least 4.

Блок 3 фильтрации выполняет функцию выделения колебаний в диапазоне инфразвуковых частот.Block 3 filtering performs the function of highlighting vibrations in the range of infrasonic frequencies.

Усилитель 4 имеет коэффициент усиления не менее 2. На фиг 2 показан вариант, в котором усилитель 4 конструктивно выделен. Однако усилитель 4 аппаратно может быть совмещен с блоком фильтрации или преобразователем электрического сигнала в акустический.The amplifier 4 has a gain of at least 2. FIG. 2 shows an embodiment in which the amplifier 4 is structurally allocated. However, the amplifier 4 can be combined in hardware with a filtering unit or an electric to acoustic converter.

Преобразователь 5 может дополнительно к преобразованию электрического сигнала в акустический выполнять и функцию усиления.The transducer 5 can, in addition to converting the electrical signal into an acoustic signal, also perform an amplification function.

Нелинейный преобразователь 2 также может выполнять функцию усиления.Non-linear converter 2 can also perform a gain function.

Более рационально осуществлять усиление колебаний инфразвуковых частот, т.е. в усилителе 4, на выходе блока 3 фильтрации или в преобразователе 2, усиливая уровень инфразвуковых колебаний относительно основного сигнала.It is more rational to amplify the oscillations of infrasonic frequencies, i.e. in the amplifier 4, at the output of the filtering unit 3 or in the converter 2, increasing the level of infrasonic vibrations relative to the main signal.

Выход источника 1 подключен к входу нелинейного преобразователя 2, выход нелинейного преобразователя 2 присоединен к входу блока 3 фильтрации, причем выход блока 3 фильтрации подключен к входу преобразователя 5 электрического сигнала в акустический через усилитель 4.The output of the source 1 is connected to the input of the nonlinear converter 2, the output of the nonlinear converter 2 is connected to the input of the filtering unit 3, and the output of the filtering unit 3 is connected to the input of the converter 5 of the electric signal into an acoustic signal through amplifier 4.

Источник 1 может быть выполнен, например, в виде микрофона (при этом акустический сигнал может быть доступен слушателю непосредственно от исполнителя). Источник 1 может дополнительно содержать собственный преобразователь электрического сигнала в акустический, т.е. в качестве источника 1 может быть использован CD-, DVD-проигрыватель или магнитофон.Source 1 can be made, for example, in the form of a microphone (in this case, the acoustic signal can be accessed by the listener directly from the performer). Source 1 may further comprise its own transducer of electrical signal into acoustic, i.e. as source 1, a CD, DVD player or tape recorder can be used.

Нелинейный преобразователь 2, блок 3 фильтрации, усилитель 4 могут быть выполнены в виде аналоговых устройств. Например, нелинейный преобразователь 2 может быть выполнен в виде усилителя, у которого зависимость выходного сигнала от входного описывается полиномом, по крайней мере, 4-ой степени. Возможно выполнение нелинейного преобразователя, блока фильтрации и усилителя в виде цифровых устройств, например, на основе контроллера с использованием, при необходимости, аналого-цифрового или цифроаналогового преобразователя. Названные блоки могут быть реализованы непосредственно в компьютере [4].Nonlinear converter 2, filtering unit 3, amplifier 4 can be made in the form of analog devices. For example, the nonlinear converter 2 can be made in the form of an amplifier, in which the dependence of the output signal on the input is described by a polynomial of at least degree 4. It is possible to perform a non-linear converter, a filtering unit and an amplifier in the form of digital devices, for example, based on a controller using, if necessary, an analog-to-digital or digital-to-analog converter. The named blocks can be implemented directly in the computer [4].

Преобразователь электрического сигнала в акустический может быть выполнен с помощью специальных динамиков или труб [5] при передаче сигнала через воздух, магнитострикционных или пьезоэлектрических преобразователей - для передачи сигналов через более плотные среды (подобно, например, "ощущалкам", описанным в романе О.Хаксли "О, этот дивный новый мир").The electric to acoustic signal transducer can be made using special speakers or pipes [5] when transmitting a signal through air, magnetostrictive or piezoelectric transducers - for transmitting signals through denser media (like, for example, “sensory channels” described in O. Huxley’s novel "Oh, this brave new world.")

Заявляемый способ в простейшем варианте реализуется следующим образом.The inventive method in the simplest embodiment is implemented as follows.

Акустический сигнал, отображающий исполняемое музыкальное произведение или звуки природы, передается непосредственно слушателю.An acoustic signal representing a musical work being performed or sounds of nature is transmitted directly to the listener.

Электрический сигнал с источника 1, несущий информацию об акустическом сигнале, проходит на вход нелинейного преобразователя 2, а затем на вход блока 3 фильтрации.An electrical signal from source 1, which carries information about the acoustic signal, passes to the input of the nonlinear converter 2, and then to the input of the filtering unit 3.

Блок 3 фильтрации осуществляет выделение колебаний в диапазоне инфразвуковых частот из сигнала, полученного после нелинейного преобразования. Для некоторых вариантов исполнения фильтрация осуществляется с разделением колебаний по поддиапазонам, для простейшего варианта - без такого разделения.Block 3 filtering performs the selection of vibrations in the range of infrasonic frequencies from the signal obtained after non-linear conversion. For some versions, filtering is carried out with the division of vibrations into sub-bands, for the simplest version, without such separation.

После фильтрации сигнал поступает на вход преобразователя 5 электрического сигнала в акустический через усилитель 4.After filtering, the signal is fed to the input of the Converter 5 of the electrical signal into an acoustic signal through an amplifier 4.

Нелинейное преобразование электрического сигнала источника 1 при использовании заявляемого способа осуществляют аналогично тому, как это выполняется в системе "ухо-мозг".The nonlinear conversion of the electrical signal of the source 1 when using the proposed method is carried out in the same way as in the ear-brain system.

Как показано в [6, 7], система "ухо-мозг" человека представляет собой нелинейный преобразователь акустического сигнала. Звуки природы, музыкальные произведения и иные акустические сигналы сопровождаются формированием в мозгу человека комбинационных колебаний в инфразвуковой области частот. В средней части звукоряда при взаимодействии, по крайней мере, трех нот тонического трезвучия максимальный уровень инфразвуковых комбинационных колебаний соответствует порядку колебаний, равному 4. При взаимодействии двух нот, принадлежащих тонической терции, образуются инфразвуковые комбинационные колебания 9-го порядка. Из этого следует, что степень нелинейности системы "ухо-мозг" не менее 4.As shown in [6, 7], the human ear-brain system is a non-linear acoustic signal transducer. The sounds of nature, musical works and other acoustic signals are accompanied by the formation of Raman vibrations in the human brain in the infrasound frequency region. In the middle part of the scale, when at least three notes of the tonic triad interact, the maximum level of infrasonic combination vibrations corresponds to an oscillation order equal to 4. When two notes belonging to the tonic third interact, 9th-order infrasound combination vibrations are formed. It follows that the degree of nonlinearity of the ear-brain system is at least 4.

Пусть звук представляет собой аккорд из трех нот одинаковой интенсивности. При этом электрический сигнал, несущий информацию об акустическом сигнале, если не учитывать обертоны, может быть упрощенно описан следующим образом:Let the sound be a chord of three notes of the same intensity. In this case, an electric signal carrying information about the acoustic signal, if we do not take into account overtones, can be simplistically described as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

где U - напряжение суммарного электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале,where U is the voltage of the total electrical signal carrying information about the acoustic signal,

а - амплитуда сигнала, несущего информацию об одной ноте,a is the amplitude of the signal carrying information about one note,

ω1, ω2, ω3 - круговая частота каждого из трех сигналов, несущих информацию о трех нотах, соответственно,ω 1 , ω 2 , ω 3 - the circular frequency of each of the three signals that carry information about three notes, respectively,

t - время.t is time.

Результат нелинейного преобразования со степенью нелинейности 4 представляет собой следующее выражение:The result of a nonlinear transformation with a degree of nonlinearity 4 is the following expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

После нелинейного преобразования формируется совокупность колебаний комбинационных частот, включающих 4ω1, 4ω2, 4ω3,

Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
и т.д.After the nonlinear transformation, a set of oscillations of the combination frequencies is formed, including 4ω 1 , 4ω 2 , 4ω 3 ,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
etc.

Биофизической предпосылкой особенностей эмоционального влияния акустического сигнала, согласно [6, 7], является восприятие мозгом тех из перечисленных комбинационных колебаний, у которых частоты лежат в диапазоне инфразвука, т.е. ниже, примерно, 14 Гц.According to [6, 7], the biophysical prerequisite for the peculiarities of the emotional influence of an acoustic signal is the brain's perception of those of the listed combination vibrations for which the frequencies lie in the range of infrasound, i.e. lower than about 14 Hz.

Параметры инфразвуковых колебаний, воспринятых мозгом, в частности частота, уровень и характер изменения, определяют возникающее эмоциональное состояние человека.The parameters of the infrasound vibrations perceived by the brain, in particular the frequency, level and nature of the change, determine the emerging emotional state of the person.

Уровень комбинационных колебаний определяется их порядком, который равен сумме номеров гармоник, участвующих в их формировании. В общем случае чем больше порядок, тем меньше уровень.The level of combinational vibrations is determined by their order, which is equal to the sum of the numbers of harmonics involved in their formation. In general, the greater the order, the lower the level.

Эти колебания возникают при восприятии различных акустических сигналов, в том числе, звуков природы и музыкальных произведений, включая функциональную ("тональную") и атональную музыку.These vibrations occur during the perception of various acoustic signals, including sounds of nature and musical works, including functional ("tonal") and atonal music.

Например, в [6, 7] показано, что отличию в эмоциональном восприятии мажорного и минорного лада соответствует разница в спектре комбинационных колебаний мажорных и минорных терций и трезвучий: для мажорной (бодрящей) музыки характерен значительно больший уровень, т.е., меньший порядок (р≥9 для терций, р≥4 для трезвучий) инфразвуковых комбинационных колебаний, чем для минорной, сравнительно более грустной (р≥11 для терций и р≥5 для трезвучий).For example, in [6, 7] it was shown that the difference in the spectrum of combination vibrations of major and minor thirds and triads corresponds to the difference in the emotional perception of the major and minor frets: for major (invigorating) music a much higher level is characteristic, that is, a lower order (p≥9 for thirds, p≥4 for triads) of infrasound Raman oscillations than for minor, relatively sadder (p≥11 for thirds and p≥5 for triads).

Поэтому, выделяя с помощью простейшего варианта исполнения блока 3 фильтрации возникшие после нелинейного преобразования электрического сигнала колебания в диапазоне инфразвуковых частот и передавая слушателю с усилением этот сигнал, несущий акустический образ, заложенный в музыкальное произведение композитором и исполнителем, можно сделать более заметным отличие мажорной музыки от минорной. Такой способ передачи акустического сигнала основан на объективных закономерностях восприятия музыки человеком и способствует повышению эмоционального воздействия музыки.Therefore, by using the simplest embodiment of the filtering unit 3, isolating vibrations in the infrasonic frequency range after nonlinear conversion of the electrical signal and transmitting to the listener with amplification this signal that carries an acoustic image embedded in the musical composition by the composer and performer, we can make the difference between major and minor. This method of transmitting an acoustic signal is based on objective laws of music perception by a person and helps to increase the emotional impact of music.

При разделении колебаний в инфразвуковом диапазоне частот по поддиапазонам устройство дает возможность учесть нюансы того настроения, которое несет музыка (как функциональная, так и атональная), и позволяет усилить эмоциональное воздействие акустического образа, заложенного композитором и исполнителем.When separating vibrations in the infrasonic frequency range by subbands, the device makes it possible to take into account the nuances of the mood that the music carries (both functional and atonal), and allows you to enhance the emotional effect of the acoustic image laid down by the composer and performer.

Дело в том, что, как показано в [7], параметры инфразвуковых колебаний, возникающих при пропускании акустического сигнала в виде аккордов, построенных в различных тональностях, через нелинейную систему, существенно отличаются друг от друга.The fact is that, as shown in [7], the parameters of the infrasonic vibrations that occur when an acoustic signal is transmitted in the form of chords built in different keys through a nonlinear system are significantly different from each other.

Например, мажорные тональности "ре b (до#)" мажор и "соль b (фа#)" используются, как правило, в музыкальных произведениях спокойного (созерцательного) характера, в отличие от других, более бодрящих тональностей. Для тонических терций и трезвучий этих тональностей характерна более низкая частота комбинационных колебаний инфразвукового диапазона по сравнению с другими тональностями мажора.For example, the major keys “re b (do #)” major and “salt b (fa #)” are used, as a rule, in musical works of a calm (contemplative) nature, in contrast to other, more invigorating keys. Tonic thirds and triads of these tonalities are characterized by a lower frequency of Raman oscillations of the infrasonic range in comparison with other tonalities of major.

Среди минорных тональностей отличаются тональности "соль # минор" и "ре # (ми b) минор". Они известны как создающие менее грустное настроение, чем другие минорные тональности. Для их тонических трезвучий порядок инфразвуковых компонентов (р=5) ниже (уровень выше), чем для остальных тональностей минора.Among minor keys, the keys "G # minor" and "D # (E b) minor" differ. They are known as creating a less sad mood than other minor keys. For their tonic triads, the order of infrasound components (p = 5) is lower (level higher) than for the rest of the minor keys.

Вторая группа - тональности "фа минор" и "си b минор" - характеризуется тем, что порядок инфразвуковых компонентов (р=9) их трезвучий намного выше, чем для других тональностей. Соответственно, уровень этих компонентов намного ниже. Произведения в тональностях "фа минор" и "си b минор", тонические трезвучия которых вызывают инфразвуковые колебания лишь очень низкого уровня, обычно воспринимаются как особенно печальные.The second group - the keys of "F minor" and "B-minor" - is characterized by the fact that the order of the infrasound components (p = 9) of their triads is much higher than for other keys. Accordingly, the level of these components is much lower. Works in the keys of F minor and B minor, whose tonic triads cause infrasonic vibrations of only a very low level, are usually perceived as particularly sad.

В третьей группе, куда входят все остальные тональности минора, порядок инфразвуковых колебаний равен 6. Хотя их параметры существенно отличаются от параметров мажорных тональностей, друг от друга они по выбранным параметрам отличаются меньше. Однако для них также могут быть выделены отличия комбинационных колебаний по частоте, а также более тонкие отличия по уровням.In the third group, which includes all the other keys of the minor, the order of infrasonic vibrations is 6. Although their parameters differ significantly from the parameters of the major keys, they differ less in selected parameters from each other. However, they can also be distinguished differences in Raman oscillations in frequency, as well as more subtle differences in levels.

При моделировании атональной музыки также могут быть выделены комбинационные колебания в диапазоне инфразвуковых частот.When modeling atonal music, combination vibrations in the range of infrasonic frequencies can also be distinguished.

Коэффициент усиления по тракту должен быть не менее 2, он должен быть достаточным, чтобы обеспечивать требуемое эмоциональное воздействие музыки или звуков природы. Коэффициент усиления реализуется с помощью усилителя 4; нелинейный преобразователь 2, блок 3 фильтрации, преобразователь 5 электрического в акустический также могут осуществлять функцию усиления. Максимальное значение коэффициента усиления обусловлено, с одной стороны, требуемым эмоциональным воздействием, а с другой стороны - физиологическими ограничениями, касающимися воздействия инфразвука на человека.The path gain should be at least 2, it should be sufficient to provide the required emotional impact of music or nature sounds. The gain is implemented using amplifier 4; a nonlinear converter 2, a filtering unit 3, an electric to acoustic converter 5 can also carry out a gain function. The maximum value of the gain is due, on the one hand, to the required emotional impact, and on the other hand, to physiological limitations regarding the effects of infrasound on humans.

Таким образом, акустические сигналы - звуки природы, музыкальные произведения и т.д. - характеризуются некими объективными параметрами, задающими вид и степень эмоционального воздействия. К ним относятся статические параметры инфразвуковых колебаний (амплитуда, частота, фаза), возникающих в нелинейном преобразователе "ухо-мозг", а также соответствующие динамические параметры.Thus, acoustic signals are the sounds of nature, music, etc. - characterized by certain objective parameters that determine the type and degree of emotional impact. These include the static parameters of infrasonic vibrations (amplitude, frequency, phase) arising in the non-linear ear-brain transducer, as well as the corresponding dynamic parameters.

Заявляемое устройство реализует заявляемый способ передачи слушателю акустического сигнала, включающий фильтрацию электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, и последующее преобразование электрического сигнала в акустический, при котором электрический сигнал предварительно нелинейно преобразуют со степенью нелинейности не ниже 4, при осуществлении фильтрации выделяют комбинационные колебания в диапазоне инфразвуковых частот и с усилением не менее чем в 2 раза преобразуют в дополнительный к основному акустический сигнал.The inventive device implements the inventive method of transmitting an acoustic signal to a listener, including filtering an electric signal carrying information about the acoustic signal, and then converting the electric signal into an acoustic signal, in which the electric signal is preliminarily nonlinearly converted with a degree of nonlinearity of at least 4, when filtering, Raman oscillations the range of infrasound frequencies and with amplification not less than 2 times converted into additional to the main akus matic signal.

При этом параметры инфразвуковых колебаний объективно связаны с эмоциями, которые несет акустическое воздействие.In this case, the parameters of infrasonic vibrations are objectively related to the emotions that the acoustic effect carries.

Как известно, человек воспринимает эмоциональное влияние акустических сигналов как при одновременном, так и при последовательном звучании. Мажорное трезвучие легко распознается и при воспроизведении в виде арпеджио.As you know, a person perceives the emotional influence of acoustic signals both at the same time and at a consistent sound. Major triad is easily recognized when playing in the form of arpeggios.

Для случая, когда звуки воспроизводятся не одновременно (в виде аккорда), а последовательно, заявляемое устройство показано на фиг.3.For the case when the sounds are not reproduced simultaneously (in the form of a chord), but sequentially, the inventive device is shown in figure 3.

Для усиления эмоционального воздействия акустических образов, связанных с передаваемыми звуками природы или музыкальными произведениями, заявляемое устройство дополнительно снабжено блоком 6 задержки электрического сигнала. Вход блока задержки соединен с выходом электрического сигнала источника 1, а выход - с входом нелинейного преобразователя 2.To enhance the emotional impact of acoustic images associated with transmitted sounds of nature or music, the claimed device is additionally equipped with a unit 6 for delaying the electrical signal. The input of the delay unit is connected to the output of the electrical signal of the source 1, and the output to the input of the nonlinear converter 2.

Электрический сигнал с выхода источника 1 проходит на вход блока 6 задержки, а также на вход нелинейного преобразователя 2.The electrical signal from the output of the source 1 passes to the input of the delay unit 6, as well as to the input of the nonlinear converter 2.

Сигнал с выхода блока 6 задержки также поступает на вход нелинейного преобразователя 2.The signal from the output of the delay unit 6 is also fed to the input of the nonlinear converter 2.

Блок задержки реализует временное запаздывание выходного сигнала относительно входного на время не более 5 с.The delay unit implements a temporary delay of the output signal relative to the input for a period of not more than 5 s.

Дело в том, что, как показано в [7], для системы "ухо-мозг" характерна инерционность. Время задержки должно быть не более 5 с. Эта граница приблизительно соответствует тому максимальному времени, в течение которого мозг человека может совместно анализировать звуки, услышанные последовательно. В противном случае звук, услышанный первым, забывается.The fact is that, as shown in [7], inertia is characteristic of the ear-brain system. The delay time should be no more than 5 s. This boundary approximately corresponds to the maximum time during which the human brain can jointly analyze sounds heard sequentially. Otherwise, the sound heard first is forgotten.

После прохождения электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, связанном с звуками природы или исполняемым музыкальным произведением, через блок 6 задержки на нелинейный преобразователь 2 поступает сигнал, содержащий колебания нескольких частот. Дальнейшая работа устройства аналогична описанному выше.After the passage of an electrical signal that carries information about an acoustic signal associated with sounds of nature or a musical piece performed, a signal containing oscillations of several frequencies is received through a delay unit 6 to a non-linear converter 2. Further operation of the device is similar to that described above.

Заявляемое устройство в этом случае реализует заявляемый способ передачи слушателю акустического сигнала, заключающийся в том, что электрический сигнал, несущий информацию об акустическом сигнале, нелинейно преобразуют совместно с этим же сигналом, задержанным не более чем на 5 секунд.The inventive device in this case implements the inventive method for transmitting to the listener an acoustic signal, which consists in the fact that an electrical signal carrying information about the acoustic signal is non-linearly converted together with the same signal, delayed no more than 5 seconds.

Заявляемое устройство может быть выполнено на следующих элементах.The inventive device can be performed on the following elements.

Блок фильтрации может быть выполнен на полосовых фильтрах или фильтрах нижних частот. Нелинейный преобразователь, блок фильтрации и блок задержки чаще всего выполняются в виде аналоговых устройств. Возможно выполнение нелинейного преобразователя, блока фильтрации и блока задержки в виде цифровых устройств, например, на основе контроллера с использованием, при необходимости, аналого-цифрового или цифроаналогового преобразователя. Названные блоки могут быть реализованы непосредственно в компьютере [4].The filtering unit can be performed on band-pass filters or low-pass filters. A nonlinear converter, a filtering unit, and a delay unit are most often implemented as analog devices. It is possible to perform a non-linear converter, a filtering unit and a delay unit in the form of digital devices, for example, based on a controller using, if necessary, an analog-to-digital or digital-to-analog converter. The named blocks can be implemented directly in the computer [4].

Преобразователь электрического сигнала в акустический может быть выполнен с помощью специальных динамиков или труб [5] при передаче сигнала через воздух, магнитострикционных или пьезоэлектрических преобразователей для передачи сигналов через более плотные среды.The electric to acoustic signal converter can be performed using special speakers or pipes [5] when transmitting a signal through air, magnetostrictive or piezoelectric transducers for transmitting signals through denser media.

Заявляемый способ передачи слушателю акустического сигнала и устройство для его осуществления моделируют выявленные авторами закономерности формирования эмоциональной реакции человека при воздействии акустических сигналов на систему "ухо-мозг" и, как следствие, обеспечивают качественно более мощное эмоциональное воздействие.The inventive method of transmitting an acoustic signal to a listener and a device for its implementation model the patterns revealed by the authors of the formation of a person’s emotional response when acoustic signals act on the ear-brain system and, as a result, provide a qualitatively more powerful emotional effect.

Таким образом, приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, а также достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.Thus, the above information confirms the possibility of implementing the claimed invention, as well as achieving the specified technical result and solving the problem.

ЛитератураLiterature

1. http://emigration.russie.ni/news/3/2160_1.html1. http://emigration.russie.ni/news/3/2160_1.html

2. Ким Су Ин, Башкин В.М., Негодайлов А.Н. и др. Способ озвучивания помещений/ RU 2127495 С1, кл. H 04 R 5/01, 10.03.1999.2. Kim Soo In, Bashkin V.M., Negodaylov A.N. and other Method of sounding the premises / RU 2127495 C1, cl. H 04 R 5/01, 03/10/1999.

3. Хуопаниеми Йюри. Способ и система для передачи характеристик виртуального акустического окружающего пространства/ RU 2234819 С2, кл. G 10 K 15/08, 20.08.2004.3. Huopaniemi Yuri. Method and system for transmitting the characteristics of a virtual acoustic environment / RU 2234819 C2, cl. G 10 K 15/08, 08/20/2004.

4. В.Гадзиковский. Цифровые модели основных нелинейных преобразований полосовых сигналов в радиоприемных устройствах/ Проблемы приборостроения, 2003, №1, стр.68-80.4. V. Gadzikovsky. Digital models of the main nonlinear transformations of strip signals in radio receivers / Problems of Instrument Engineering, 2003, No. 1, pp. 68-80.

5. Bergit Arends, Davina Thackara. Experiment: Conversations in Art and Science. http://www.amazon.co.uk/exec/obidos/ASIN/1841290432/instituteofid-21/202-8170461-2495811.5. Bergit Arends, Davina Thackara. Experiment: Conversations in Art and Science. http://www.amazon.co.uk/exec/obidos/ASIN/1841290432/instituteofid-21/202-8170461-2495811.

6. K.B.Сапожникова, Р.Е.Тайманов. Биофизические предпосылки создания измерительной модели восприятия структурных элементов музыки // Труды Международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (г. Новочеркасск), 2001, с.59-65.6. K.B. Sapozhnikova, R.E. Taimanov. Biophysical prerequisites for creating a measuring model for the perception of the structural elements of music // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference "Theory, Methods and Means of Measurement, Control and Diagnostics" (Novocherkassk), 2001, pp. 59-65.

7. Sapozhnikova К., Taymanov R. About a measuring model of emotional perception of music// Proc. of the XVII IMEKO World Congress, 2003, Dubrovnik, Croatia, p.p.2049-2053.7. Sapozhnikova K., Taymanov R. About a measuring model of emotional perception of music // Proc. of the XVII IMEKO World Congress, 2003, Dubrovnik, Croatia, p.p.2049-2053.

Claims (4)

1. Способ передачи слушателю акустического сигнала, включающий фильтрацию электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, и последующее преобразование электрического сигнала в акустический, отличающийся тем, что электрический сигнал предварительно нелинейно преобразуют со степенью нелинейности не ниже 4, при осуществлении фильтрации выделяют комбинационные колебания в диапазоне инфразвуковых частот и с усилением не менее чем в 2 раза преобразуют их в дополнительный к основному акустический сигнал.1. A method of transmitting an acoustic signal to a listener, including filtering an electric signal carrying information about the acoustic signal, and then converting the electric signal into an acoustic signal, characterized in that the electric signal is preliminarily nonlinearly converted with a degree of nonlinearity of at least 4; the range of infrasonic frequencies and with amplification of at least 2 times convert them into an additional acoustic signal to the main one. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрический сигнал, несущий информацию об акустическом сигнале, нелинейно преобразуют совместно с этим же сигналом, задержанным не более чем на 5 с.2. The method according to claim 1, characterized in that the electrical signal carrying information about the acoustic signal is non-linearly converted together with the same signal, delayed no more than 5 s. 3. Устройство для передачи слушателю акустического сигнала, содержащее источник электрического сигнала, несущего информацию об акустическом сигнале, блок фильтрации и подключенный к его выходу преобразователь электрического сигнала в акустический, отличающееся тем, что оно снабжено нелинейным преобразователем, характеристика преобразования которого описывается полиномом степени не ниже 4, при этом блок фильтрации выполнен в инфразвуковом диапазоне, выход источника сигнала подключен к входу нелинейного преобразователя, выход которого подключен к входу блока фильтрации, причем выход блока фильтрации подключен к входу преобразователя электрического сигнала в акустический через усилитель инфразвуковых колебаний с коэффициентом усиления не менее 2.3. A device for transmitting an acoustic signal to a listener, comprising a source of an electric signal carrying information about the acoustic signal, a filtering unit and an electric to acoustic transducer connected to its output, characterized in that it is equipped with a non-linear transducer, the conversion characteristic of which is described by a polynomial of degree not lower than 4, while the filtering unit is made in the infrasonic range, the output of the signal source is connected to the input of a nonlinear converter, the output of which connected to the input of the filter unit, the filtration unit output is connected to an input electric signal into an acoustic transducer via an amplifier infrasonic vibrations with a gain of at least 2. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено блоком задержки электрического сигнала, вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выход - с входом нелинейного преобразователя.4. The device according to claim 3, characterized in that it is equipped with a delay unit for an electrical signal, the input of which is connected to the output of the signal source, and the output to the input of a nonlinear converter.
RU2005103641/28A 2005-02-04 2005-02-04 Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method RU2284584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103641/28A RU2284584C1 (en) 2005-02-04 2005-02-04 Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103641/28A RU2284584C1 (en) 2005-02-04 2005-02-04 Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2284584C1 true RU2284584C1 (en) 2006-09-27

Family

ID=37436611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005103641/28A RU2284584C1 (en) 2005-02-04 2005-02-04 Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2284584C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT5889B (en) 2011-05-02 2012-12-27 Aleksej Zaicevskij Enhancing method for emotional awareness of rhytmic sounds

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT5889B (en) 2011-05-02 2012-12-27 Aleksej Zaicevskij Enhancing method for emotional awareness of rhytmic sounds

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5057535B1 (en) Mixing apparatus, mixing signal processing apparatus, mixing program, and mixing method
Kato et al. Effect of room acoustics on musicians' performance. Part II: Audio analysis of the variations in performed sound signals
Ziemer Psychoacoustic music sound field synthesis: creating spaciousness for composition, performance, acoustics and perception
Réveillac Musical sound effects: Analog and digital sound processing
Lehtonen et al. Analysis and modeling of piano sustain-pedal effects
Fletcher et al. Some experiments with the bass drum
RU2284584C1 (en) Method for transferring acoustic signal to user and device for realization of said method
Penttinen et al. New techniques to model reverberant instrument body responses
WO2016178205A1 (en) Method and device for administering a hearing test
Bader Characterizing classical guitars using top plate radiation patterns measured by a microphone array
WO2017135350A1 (en) Recording medium, acoustic processing device, and acoustic processing method
JP2007271686A (en) Audio signal processor
US20170229113A1 (en) Environmental sound generating apparatus, environmental sound generating system using the apparatus, environmental sound generating program, sound environment forming method and storage medium
Rubak Coloration in room impulse responses
FR2569077A1 (en) HELMHOLTZ RESONATOR SIMULATOR
Rauhala et al. A parametric piano synthesizer
EP3876226B1 (en) Method and device for automated harmonization of digital audio signals
Anderson A Research Dissertation Submitted in Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree of Master of Music in Music Technology
JP3538908B2 (en) Electronic musical instrument
Anderson The amalgamation of acoustic and digital audio techniques for the creation of adaptable sound output for musical theatre
Rauhala et al. Parametric excitation model for waveguide piano synthesis
JPH04343394A (en) Sound image home position device
Gottinger Rethinking distortion: Towards a theory of ‘sonic signatures’
Betancourt et al. Analyzing the effects of room acoustics in different music recordings
RU2259858C1 (en) Method and device for making color accompaniment of sound

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150205