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

Формула изобретения

1. Способ преобразования электрических сигналов в звуковые волны, в котором преобразуемый электрический сигнал звукового диапазона представляют в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде и формируют сигналы возбуждения акустических излучателей, отличающийся тем, что сигналы возбуждения акустических излучателей формируют из каждого из N разрядов полученного цифрового сигнала в виде последовательностей прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов цифрового сигнала, сформированными последовательностями прямоугольных импульсов, с помощью N акустических излучателей формируют N последовательностей акустических импульсных сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, при этом мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, каждого из N акустических излучателей определяют в соответствии с формулой

P_i=P₁2^i-1,

где Р_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i= 1...N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-му разряду цифрового сигнала;

P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала.

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

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что частоту сигнала внутриимпульсного заполнения определяют по формуле

f=mF,

где f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;

m - натуральное число;

F - частота дискретизации цифрового сигнала.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что частоту сигнала внутриимпульсного заполнения определяют по формуле

f_i=m_iF,

где f_i - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов, i=1...N;

m_i - натуральное число;

F - частота дискретизации цифрового сигнала.

5. Устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны, содержащее N акустических излучателей, имеющих входы подачи сигнала возбуждения, отличающееся тем, что содержит блок формирования сигналов возбуждения, входы которого соединены с выходом источника цифрового сигнала звукового диапазона в параллельном N-разрядном коде, число N акустических излучателей равно числу разрядов упомянутого цифрового сигнала, при этом каждый из N акустических излучателей выполнен с возможностью излучения акустических сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, причем мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, определяется по формуле

P_i=P₁2^i-1,

где P_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i=1...N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-му разряду цифрового сигнала;

P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала, при этом входы подачи сигнала возбуждения каждого из излучателей с 1-го по N-й соединены соответственно с выходами блока формирования сигналов возбуждения, соответствующими разрядам с младшего по старший упомянутого цифрового сигнала звукового диапазона.

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

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

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

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

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

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

Описание изобретения к патенту

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

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

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

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

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

Указанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования электрических сигналов в звуковые волны, при котором преобразуемый электрический сигнал звукового диапазона представляют в виде цифрового сигнала в параллельном N-разрядном коде и формируют сигналы возбуждения акустических излучателей, в соответствии с изобретением сигналы возбуждения акустических излучателей формируют из каждого из N разрядов полученного цифрового сигнала в виде последовательностей прямоугольных импульсов, синхронных с двоичными последовательностями соответствующих разрядов цифрового сигнала, сформированными последовательностями прямоугольных импульсов с помощью N акустических излучателей, формируют N последовательностей акустических импульсных сигналов, в которых импульс акустического сигнала соответствует логической "1" цифрового сигнала, а промежуток между импульсами акустического сигнала - логическому "0" цифрового сигнала, при этом мощность импульса акустического сигнала для длительности, равной периоду частоты дискретизации цифрового сигнала, каждого из N акустических излучателей определяют в соответствии с формулой

P_i=P₁2^i-1, (1)

где

P₁ - мощность акустического импульса первого акустического излучателя, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей младшему разряду цифрового сигнала;

P_i - мощность акустического импульса i-го акустического излучателя, i=1. . . N, возбуждаемого последовательностью прямоугольных импульсов, соответствующей i-у разряду цифрового сигнала.

При этом последовательности прямоугольных импульсов предпочтительно формируют с внутриимпульсным заполнением сигналами с частотой, большей частоты дискретизации цифрового сигнала, в частности с частотой сигнала внутриимпульсного заполнения, определяемой по формуле

f=mF, (2)

или по формуле

f_i=m_iF, (3)

где

f - частота сигнала внутриимпульсного заполнения последовательностей прямоугольных импульсов;

m, m_i - натуральные числа;

F - частота дискретизации цифрового сигнала;

f_i - частота сигнала внутриимпульсного заполнения i-й последовательности прямоугольных импульсов.

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

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

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

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

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

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

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

Изобретение основано на следующих теоретических предпосылках.

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

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

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

Другая характеристика преобразования - частота дискретизации. Согласно теореме Котельникова частота дискретизации должна определяться из условия

F2F_max, (4)

где

F_max - максимальная частота преобразуемого сигнала.

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

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

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

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

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

Полная мощность излучения устройства преобразования электрических сигналов в звуковые волны определяется по формуле

P = P₁ + ... + P_i+P_N,(5)

или

P = P₁ + ... + P₁1^i-1 + P₁2^N-1, (6)

Максимальное значение мощности, соответствующее случаю, когда все разряды цифрового сигнала имеют значение "1", равно

P = P₁(2^N - 1), (7)

Минимальное значение мощности, соответствующее случаю, когда все разряды цифрового сигнала имеют значение "0", равно

P = 0

Промежуточные значения определяются соотношениями "0" и "1" в разрядах цифрового сигнала.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

На фиг. 7 представлены варианты расположения акустических излучателей.

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

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

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

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

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

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

Устройство преобразования электрических сигналов в звуковые волны работает следующим образом.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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