способ и устройство для терапии звуками окружающей среды, интерфейс пользователя и система управления

Формула изобретения

1. Система записи и воспроизведения для терапии звуками окружающей среды, содержащая:

набор микрофонов с прямоугольной схемой расстановки, содержащий четыре независимых разнонаправленных микрофона, которые расположены симметрично вокруг центра прямоугольной схемы расстановки, а каждый микрофон расположен в одном из четырех углов схемы расстановки; и

система записи, содержащая четыре независимых канала записи, причем каждый канал при работе соединен с одним из микрофонов для приема звуков, зарегистрированных микрофоном, и также содержащая электронное средство хранения данных, предназначенное для записи зарегистрированных звуков каждого канала в электронном виде;

электронное средство редактирования для сжатия множества непрерывных часов электронных записей в программу, представленную в формате длительностью 1 ч; и

четырехканальную систему воспроизведения для терапии звуками окружающей среды, содержащую электронное запоминающее устройство, предназначенное для хранения программы, и четырехканальный усилитель с четырьмя входами, действующий таким образом, что приводит в действие четыре громкоговорителя для воспроизведения программы, представленной в формате длительностью 1 ч.

2. Система для терапии звуками окружающей среды по п.1, в которой микрофоны расположены в виде прямоугольной схемы расстановки на площади 200 футов х 200 футов, причем микрофоны расположены в углах схемы расстановки.

3. Система для терапии звуками окружающей среды по п.1, в которой каждый из микрофонов является всенаправленным микрофоном типа миниатюрного микрофона, прикрепляемого к петлице, и закрыт защитным кожухом и ветрозащитным экраном.

4. Система по п.3, в которой защитный кожух установлен на керамическом изоляторе.

5. Система для терапии звуками окружающей среды по п.1, которая также содержит стержень для притягивания электростатического заряда, расположенный снаружи схемы расстановки в непосредственной близости от нее.

6. Система для терапии звуками окружающей среды по п.1, в которой четырехканальный усилитель содержит предварительный усилитель, конструкция которого основана на усилителе, управляемом напряжением, а упомянутыми четырьмя громкоговорителями являются четыре широкополосных низковольтных коаксиальных громкоговорителя.

7. Система воспроизведения для терапии звуками окружающей среды, содержащая:

компьютерную систему, управление которой осуществляют посредством интерфейса пользователя в упомянутой компьютерной системе, функционирующую таким образом, что она обеспечивает запоминание программ в электронном устройстве хранения данных и их извлечение из него, и также управляет звуковой платой таким образом, чтобы она получала программы, извлеченные из электронного устройства хранения данных и переданные компьютером, и также управляет звуковой платой таким образом, чтобы она осуществляла преобразование программ в слышимую аналоговую программу для распределения аналоговой программы по каналам, направляемым в четырехканальную систему воспроизведения для терапии звуками окружающей среды, содержащую четырехканальный усилитель с четырьмя выходами, для приведения в действие четырех громкоговорителей для воспроизведения программы, представленной в формате длительностью один час.

8. Система воспроизведения по п.7, в которой громкоговорителями являются низковольтные, широкополосные и коаксиальные громкоговорители.

9. Система воспроизведения по п.8, в которой громкоговорители являются встраиваемыми в потолок.

10. Система воспроизведения по п.8, в которой громкоговорители установлены в предметах мебели.

11. Система воспроизведения по п.7, которая также содержит сетевой интерфейс, функционирующий таким образом, что способен обеспечивать загрузку музыки.

12. Система воспроизведения по п.7, в которой усилитель представляет собой предварительный усилитель, конструкция которого основана на усилителе, управляемом напряжением, имеющий один централизованный регулятор для всех каналов и по одному регулятору баланса для каждого канала, причем для каждого канала суммируют значения регулировки, произведенной централизованным регулятором и каждым регулятором баланса.

13. Система воспроизведения по п.12, в которой усилитель содержит дифференциальный коммутирующий усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией класса D.

14. Система воспроизведения по п.13, которая также содержит централизованное средство управления отключением звука для всех каналов.

15. Способ записи и воспроизведения терапевтического звука, содержащий этапы, на которых:

производят регистрацию звуков природного происхождения посредством набора микрофонов с прямоугольной схемой расстановки микрофонов, содержащего четыре независимых всенаправленных микрофона, которые расположены симметрично вокруг центра прямоугольной схемы расстановки, при этом каждый микрофон расположен в одном из четырех углов схемы расстановки,

производят вывод четырех независимых сигналов, по одному от каждого из четырех микрофонов, при этом сигналы отображают зарегистрированные звуки природного происхождения;

производят одновременный прием и запись четырех независимых сигналов посредством устройства записи, обеспечивающего независимую запись четырех каналов, создавая четырехканальный звуковой фон;

выполняют электронное редактирование и сжатие зарегистрированных звуков природного происхождения с преобразованием в формат длительностью 1 ч;

создают программу со звуками окружающей среды в формате длительностью 1 ч, составляя композицию путем наложения музыкального сопровождения, при этом мотивация композиции вызвана событиями в звуках природного происхождения в звуковом фоне; и

создают часть программы со звуками окружающей среды с наложенным музыкальным сопровождением путем наложения музыкального сопровождения на записанный звуковой фон из звуков природного происхождения.

16. Способ записи и воспроизведения по п.15, в котором прямоугольной схемой расстановки микрофонов является квадратная схема расстановки на площади 200 футов × 200 футов, и в котором микрофонами являются всенаправленные микрофоны типа миниатюрного микрофона, прикрепляемого к петлице.

17. Способ записи и воспроизведения по п.16, также содержащий этап, на котором обеспечивают защитный кожух вокруг микрофона и ветрозащитный экран поверх кожуха.

18. Способ записи и воспроизведения по п.15, содержащий также этап, на котором

обеспечивают наличие стержня для притягивания электростатического заряда, расположенного снаружи схемы расстановки в непосредственной близости от нее.

19. Способ записи и воспроизведения по п.15, содержащий также этап, на котором

обеспечивают систему воспроизведения, содержащую компьютерную систему, управление которой осуществляют посредством интерфейса пользователя, причем компьютерная система способна функционировать таким образом, что обеспечивает запоминание программ в электронном устройстве хранения данных и их извлечение из него, и также управляет звуковой платой таким образом, чтобы она получала программы, извлеченные из электронного устройства хранения данных и переданные компьютером, и также управляет звуковой платой таким образом, чтобы она осуществляла преобразование программ в слышимую аналоговую программу для распределения аналоговой программы по каналам, направляемым в усилитель, имеющий четыре канала, для приведения в действие набора громкоговорителей, содержащего четыре громкоговорителя, по одному громкоговорителю на каждый канал, и распределяют аналоговую программу по каналам, направляя ее в усилитель, и приводят в действие набор громкоговорителей.

20. Способ записи и воспроизведения по п.19, в котором громкоговорителями являются низковольтные, широкополосные и коаксиальные громкоговорители.

21. Способ записи и воспроизведения по п.19, содержащий также этапы, на которых устанавливают систему воспроизведения в комнате и устанавливают громкоговорители в потолке.

22. Способ записи и воспроизведения по п.19, содержащий также этапы, на которых устанавливают систему воспроизведения в комнате и устанавливают громкоговорители в предметах мебели.

23. Способ записи и воспроизведения по п.19, содержащий также этап, на котором

в системе воспроизведения обеспечивают функцию сетевого интерфейса, действующую таким образом, что она позволяет загружать новые программы.

24. Способ записи и воспроизведения по п.19, содержащий также этап, на котором

производят регулировку усилителя посредством централизованного регулятора для всех каналов и регулятора баланса для каждого отдельного канала.

25. Способ записи и воспроизведения по п.19, содержащий также этап, на котором по выбору отключают звук во всех четырех каналах.

26. Способ записи и воспроизведения по п.19, в котором усилитель содержит дифференциальный коммутирующий усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией класса D.

27. Способ записи и воспроизведения по п.20.

Описание изобретения к патенту

По настоящей заявке испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки на патент США № 60/595408, поданной 30 июня 2005 г., предварительной заявки на патент США № 60/643468, поданной 13 января 2005 г., и заявки на патент США № 11/163179, поданной 7 октября 2005 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится, в общем случае, к способу и к устройству, в которых используют звуки окружающей среды для терапевтического эффекта и, в частности, к способу и к устройству для копирования пространства звуков окружающей среды.

Уровень техники

Существуют различные способы и устройства записи звука и системы воспроизведения звука, которые предназначены для имитации акустики исходного пространства в пространстве, отличающемся от исходного пространства, для которого выполняют имитацию акустических характеристик посредством системы записи и воспроизведения. Например, акустическое восприятие при прослушивании большого симфонического оркестра в открытом амфитеатре является иным, чем при прослушивании того же самого оркестра в концертном зале, которое опять-таки является иным, чем при прослушивании того же самого оркестра в большом конференц-зале или в студии звукозаписи.

Акустика каждого места, где происходит прослушивание, является различной вследствие размеров, материала расположенных вокруг сооружений и т.д. Акустические различия обусловлены различными коэффициентами отражения и поглощения звука и т.д. Следовательно, для слушателя звуки, исходящие от оркестра, будут иметь различное качество звука и точность воспроизведения в зависимости от акустики того места, где происходит прослушивание. Если звуки, исходящие от оркестра, играющего в каком-нибудь месте проведения концерта, записаны и воспроизводятся при помощи стандартной системы записи и воспроизведения, то музыкальные звуки, воспринимаемые слушателем при воспроизведении, не имитируют акустику места проведения концерта. Другими словами, акустическое восприятие абонента-слушателя во время воспроизведения не имитирует акустическое восприятие живого концерта, которое слушатель слышит в исходном месте проведения концерта.

Некоторые слушатели могут предпочитать слушать рок-группу в амфитеатре, являющемся местом проведения концерта, и слушать большой симфонический оркестр в концертном зале. Были разработаны такие способы и системы записи и воспроизведения, которые дают слушателям эту возможность выбора при прослушивании записанной музыки посредством системы воспроизведения, которая моделирует заданный тип акустической динамики места проведения концерта. В некоторых способах записи и воспроизведения была предпринята попытка моделирования акустики известных мест проведения концертов, таких как зал Карнеги-холл.

Также существуют различные способы и системы записи для использования различных дорожек музыкальных записей, иногда объединенные со звуками природного происхождения или со смоделированными звуками, такими как, например, звуки океанских волн, для того, чтобы вызвать терапевтический или успокаивающий эффект. Однако ни один из вышеупомянутых способов или ни одна из вышеупомянутых систем не обеспечивает копирование и/или улучшение исходного пространства звуков окружающей среды и воспроизведение в ином пространстве воспроизведения звука для стимулирования терапевтического результата.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложены способ и устройство для записи и воспроизведения звуков природного происхождения и/или усовершенствованных звуков природного происхождения для регистрации и воспроизведения пространства звуков окружающей среды в ином звуковом пространстве таким образом, чтобы вызвать терапевтический эффект. Способ и устройство содержат способ записи звуков природного происхождения посредством системы согласованных микрофонов, содержащий следующие операции: записывают сигнал в устройстве записи с высокой разрешающей способностью, причем эта операция содержит операцию создания "звукового фона", и воспроизводят запись посредством системы воспроизведения, настроенной на пространство, в котором производят воспроизведение, таким образом, что при восприятии воспроизведения происходит имитация исходного звукового пространства. Способ и устройство используют для создания или копирования пространства звуков окружающей среды для терапии звуками окружающей среды, чтобы дать пациенту ощущение того, что он фактически находится в исходном пространстве записанных звуков окружающей среды.

Настоящее изобретение, относящееся к терапии звуками окружающей среды, содержит комбинацию звуков природного происхождения, которые в одном из вариантов осуществления изобретения могут быть записаны, например, посредством алгоритма записи звукового пространства размером 200×200 футов (200'×200'), в комбинации с музыкальными фрагментами, которые возникают из звуковых событий в звуках природного происхождения, для вызова или стимулирования определенного эмоционального терапевтического эффекта. В изобретении реализована концепция психоакустики, которая предполагает следующее: человек верит, что он находится именно в том месте, о котором свидетельствует то, что он слышит своими ушами. Существуют различные элементы этого способа, в том числе, уровень собственных шумов, сдвиг по времени и алгоритм отдаленности/пространственного восприятия, которые являются ключевыми для создания у пациента и тех людей, которые ухаживают за пациентом, ощущения успокоенности, отвлекая их правдоподобным явлением.

Обычно имеется шум окружающей среды определенной величины, каждодневно окружающий нас большую часть времени. Однако в обычной картине звуков вокруг нас время от времени внезапно возникают высокие кратковременные всплески, оказывающие на нас неблагоприятное воздействие, которые иногда именуют звуками, вызывающими испуг. Постоянный монотонный шумовой фон может дать человеку комфортное ощущение хорошего самочувствия. В настоящем изобретении предложен способ создания монотонного шумового фона из звуков природного происхождения с систематическими наложениями, маскирующими кратковременные всплески, который является новым по сравнению с типичными способами маскировки звука.

Типичные системы воспроизведения объемного звучания состоят из набора из пяти громкоговорителей-сателлитов с низкочастотным динамиком и с устройством воспроизведения, которое приводит в действие громкоговорители и производит считывание данных с носителя информации, которым является универсальный цифровой диск (DVD). Системы этого типа оказались довольно простыми и могут обеспечивать способность быстро демонстрировать материал программы из настоящего изобретения. Из этих демонстраций становится ясным, что системы домашнего кинотеатра могут быть усовершенствованы в рамках проекта, который полностью охватывает всю идею системы терапии звуками окружающей среды. Концепцией не является ни система для домашних развлечений, ни стандартная система записи и воспроизведения объемного звука, ни схема или система цифровой обработки сигналов для копирования акустики конкретного места, где происходит действие.

Стандартная система объемного звучания содержит передний правый, передний левый и центральный каналы; левый и правый тыловые каналы и низкочастотный динамик. Три передних канала обеспечивают основную часть из частей динамики звука, и три передних громкоговорителя для воспроизведения обычно расположены перед слушателем. Низкочастотный динамик обычно специально предназначен для звуков более низкой частоты, и громкоговоритель в системе воспроизведения обычно расположен в центре зоны или комнаты, где производят воспроизведение. Левый и правый тыловые каналы обычно обеспечивают вторичную часть динамики звука для создания эффекта отражения и задержки звука, и эти громкоговорители обычно расположены позади слушателя.

Следует учитывать, что настоящее изобретение обеспечивает создание системы воспроизведения с носителя информации, в которой основное внимание сосредоточено на основных положениях терапии звуками окружающей среды и в которой эта концепция реализована за счет создания нового способа записи и воспроизведения. Звуки окружающей среды регистрируют четырьмя независимыми разнонаправленными микрофонами, соединенными в четыре отдельных канала записи и расположенными согласно схеме расстановки для записи на площади 200×200 футов (200'×200'). Четырехканальная система воспроизведения осуществляет воспроизведение четырех независимо записанных каналов посредством четырех соответствующих каналов воспроизведения и громкоговорителей. Для копирования звукового пространства в зоне записи размером 200×200 футов характерные задержки звука, созданные независимыми разнонаправленными микрофонами, расположенными в виде схемы расстановки при записи на площади 200×200 футов, и другие характеристики динамики звука копируют в четыре канала воспроизведения. Звук или временная задержка, реализованные независимыми микрофонами во время записи, являются согласованными, и их копию воспроизводят в каналах воспроизведения и посредством громкоговорителей. Система воспроизведения также может содержать канал низкочастотного динамика, но это не является обязательным. Система терапии звуками окружающей среды, СТЗОС (ATS) и ее компоненты могут функционировать в послеоперационной палате в больнице и в терапевтических кабинетах. Однако в настоящем изобретении предложен способ записи и воспроизведения, и он не связан с конкретными электронными компонентами, используемыми для реализации способа. Размеры схемы расстановки при записи могут быть различными для создания звукового пространства по желанию заказчика.

В настоящем изобретении предложено устройство, устраняющее влияние того факта, что механизмом управляет пользователь, а вместо этого оно создает окружающее или звуковое пространство слышимой окружающей среды, из которого в значительной степени удалены беспокоящие шумы и звуковые сигналы, созданные всем медицинским оборудованием, находящимся в послеоперационной палате типичной больницы. Система воспроизведения может быть выполнена таким образом, что является весьма незаметной для пациента и может предоставлять пациенту возможность не сосредотачиваться на том факте, что он слушает звукозапись, и убеждать его в том, что он находится в каком-либо ином месте, чем больничная палата, при наличии болей и при выздоровлении после хирургической операции с или при подготовке к ней. Следовательно, одной из задач является создание оборудования, которое является физически дискретным, и оборудования, которое оказывает малое визуальное воздействие, являясь скрытым и малозаметным.

Настоящая система обеспечивает интерфейс пользователя, простой в управлении и не являющийся визуально отвлекающим или навязчивым. Так же как и звуковоспроизводящая аппаратура, громкоговорители, которые представляют собой источники звука для программ со звуками окружающей среды и являются скрытыми, дополнительно предоставляют пациенту возможность ощущения того, что он не слушает громкоговорители, а вместо этого он получает ощущение того, что он как будто бы фактически находится в записанной исходной окружающей среде звукового пространства воспроизводимой программы. Наряду с тем, что компоненты настоящего изобретения являются визуально скрытыми, оно имеет минимальное количество средств управления для предоставления пользователю возможности управления в максимальном объеме, который необходим для воспроизведения звукового материала, представляющего собой звуки окружающей среды.

Система обеспечивает подходящий и эффективный интерфейс пользователя. Интерфейс пользователя содержит набор средств управления для ввода данных, которые точно соответствуют необходимым функциям, а также простой и легкий для понимания узел индикации и отображения информации, предназначенный для выбора желательной программы, подлежащей воспроизведению, и стиля, то есть только звука окружающей среды или только музыки, или звука окружающей среды вместе с музыкой, в соответствии с которым воспроизводят программу. Система воспроизведения может содержать интерфейс пользователя на основе видеомонитора с сенсорным экраном, предназначенный для выбора различных режимов работы, а также для программирования функции воспроизведения. Система воспроизведения может быть выполнена таким образом, что способна получать новые программы при их наличии. Например, система воспроизведения СТЗОС может быть выполнена таким образом, что содержит сменный модуль, который может быть возвращен поставщику СТЗОС для обновления. В альтернативном варианте система воспроизведения СТЗОС может содержать сменный накопитель на жестких дисках, который может быть снят и заменен накопителем на жестких дисках, содержащим новые программы. Система воспроизведения СТЗОС также может быть снабжена линией связи, предназначенной для обновления путем загрузки новых программ через сетевой интерфейс, а сетью является, например, глобальная сеть (ГС), например, сеть Интернет.

Один из вариантов осуществления архитектуры системы воспроизведения содержит акустическую систему, которая может быть выполнена таким образом, что является согласованной со схемой расстановки при записи и копирует ее. Для удовлетворения вышеупомянутым критериям по обеспечению скрытности громкоговорителей, желательно использовать подходящее устройство, которое осуществляет воспроизведение с такой точностью воспроизведения, которая соответствует желательным требованиям для воспроизведения звука или превышает их, а также использовать громкоговоритель, который может быть почти невидимым в установленном состоянии. Один из вариантов осуществления изобретения содержит сценарий монтажа громкоговорителя на потолке, при котором его устанавливают путем скрытого монтажа в плитку подвесного потолка. Сами громкоговорители могут содержать экранированную от воздействия магнитного поля коническую алюминиевую мембрану, а обратная сторона, которая является изолирующей и обеспечивает надлежащий размер корпуса акустической колонки, может быть использована для достижения максимальных характеристик громкоговорителя. Это также обеспечивает намного более простую установку и более спокойное встраивание в существующие больничные палаты, которые не могут быть освобождены на длительные промежутки времени для процесса установки. В отличие от традиционных серийно выпускаемых акустических систем, предназначенных для установки на потолке, используемые в настоящем изобретении акустические системы могут работать при низком напряжении вместо громкоговорителей промышленного стандарта, рассчитанных на напряжение 70 В (вольт), для работы которых требуются повышающие и понижающие согласующие трансформаторы для согласования полных сопротивлений. При использовании громкоговорителей этого конкретного типа, поскольку они имеют диаграмму рассеяния для довольно большой зоны охвата, позволяет немного проще выбирать место расположения громкоговорителя.

Громкоговорители могут быть установлены неподвижно, что не позволяет осуществлять их физическое перемещение, что имеет место в случае громкоговорителя с настенным креплением на шаровом шарнире, но опять-таки зона охвата является такой, что обеспечение способности регулировки звукового поля для зоны, в которой расположена кровать пациента в больничной палате, не является затруднительным. Это просто сводится к размещению громкоговорителей в надлежащих плитках потолка и к регулировке громкости каналов отдельных громкоговорителей для обеспечения звукового баланса для программы в том случае, когда голова пациента может лежать на кровати. Другой особенностью громкоговорителя с креплением к потолку является то, обеспечивает ли он сам соблюдение типичных норм пожарной безопасности для пространства приточной вентиляции в здании. При использовании громкоговорителя с надлежащей номинальной электропроводкой для приточной вентиляции эти громкоговорители легко превышают любые нормы пожарной безопасности, которые могут существовать. Однако громкоговоритель может быть установлен в любом другом соответствующем месте или может быть встроен в различные предметы мебели, например в кровати или в приставные столики в больничной палате.

Выходными усилителями для громкоговорителей являются широкополосные устройства, которые обеспечивают очень высокую точность воспроизведения звука без необходимости дополнительной фильтрации и выполненные таким образом, что компенсируют недостатки традиционных схем. При наличии одного выходного усилителя такого типа стоимость комплекта громкоговорителей является значительно меньшей вследствие меньшего количества компонентов. При использовании широкополосного устройства один из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения содержит сокращение количества громкоговорителей в комплекте громкоговорителей для объемного звучания всего лишь до четырех вместо пяти с наличием низкочастотного динамика. Этот сценарий может оказаться еще более привлекательным для предполагаемых клиентов больницы, которые могут противиться установке акустической системы с низкочастотным динамиком. Основной задачей набора громкоговорителей является передача пространственных соотношений и задержек, имеющихся в исходном окружающем пространстве при записи. Одним из вопросов, на которых сосредоточено внимание, является сохранение точности воспроизведения звука с высоким качеством и образа окружения, который является его отпечатком.

Блок воспроизведения СТЗОС может быть создан, по существу, на системной плате небольшого персонального компьютера (ПК). Устройство может содержать накопитель на жестких дисках, на котором хранят программы со звуками окружающей среды. Он также может содержать звуковую плату для воспроизведения звука, в которую компьютер передает данные программы, и затем она осуществляет их преобразование в слышимую аналоговую программу со звуками окружающей среды. Основной корпус блока может содержать находящуюся в нем системную плату, звуковую плату, накопитель на жестких дисках, интерфейс пользователя, узел распределения мощности электропитания и узел усилителя мощности звука, предназначенный для приведения в действие громкоговорителей. Основная мощность в блок может подаваться от внешнего источника питания, который подключен к обычной линии электропитания напряжением 110 В через стандартную настенную сетевую розетку, и трансформирует питание с понижением напряжения до уровня, необходимого непосредственно для самого блока. Устройство может быть выполнено таким образом, что имеет малую мощность и является чрезвычайно тихим, соответствуя критериям скрытой установки и малозаметности для системы терапии звуками окружающей среды. Его размер может быть минимизирован для облегчения скрытой установки и приспособления к отделке интерьера больницы.

За счет создания СТЗОС на основе инфраструктуры компьютерной системы существует возможность наращивания конструкции в будущем для усовершенствования функциональных возможностей, которые может содержать устройство. Используемая компьютерная система также может содержать встроенный сетевой интерфейс. При наличии этого интерфейса имеется возможность встраивания средств для обновления материала программы через сеть Интернет или иную глобальную сеть. Это делает устройство очень гибким и облегчает ответственность конечного пользователя, связанную с необходимостью обеспечивать обновления.

Компьютер также служит для пользователя средством связи, предоставляя информацию о воспроизводимой программе и о способе, посредством которого ее воспроизводят, посредством узла дисплея в интерфейсе пользователя. Интерфейс пользователя включает в себя средства управления для ввода данных пользователем, предназначенные для выбора программы, регулировки громкости и т.д. Для блока СТЗОС можно избежать сложности типичного интерфейса пользователя системы домашнего кинотеатра. Одной из задач является сохранение его настолько простым, насколько это возможно, и ясно определить функции для пользователя, обеспечивая, таким образом, минимальную неопределенность.

Внутри корпуса СТЗОС может быть размещен небольшой, но имеющий высокий коэффициент полезного действия усилитель мощности, предназначенный для обработки возбуждения громкоговорителей из комплекта акустической системы объемного звучания. Усилители специально приспособлены для конкретных громкоговорителей, которые они приводят в действие. Это позволяет регулировать форму характеристик звучания, передаваемых громкоговорителем, для обеспечения источника более прозрачного звука, создающего эффект, состоящий в том, что как будто бы акустическая система фактически не находится в этом месте. Усилитель может обеспечивать выравнивание или регулирование тональности выходного сигнала, вызывая компенсацию громкоговорителями неточностей при воспроизведении звука. Например, обеспечивают регулирование выравнивания, действующее таким образом, что оно обеспечивает выравнивание выходного сигнала громкоговорителя для более точного воспроизведения записанного звука. Это регулирование выравнивания может производиться во время микширования и/или может быть выполнено встроенным в блок СТЗОС, отрегулированный для конкретного набора громкоговорителей.

Алгоритм записи для записи звуков природы также является ключевым аспектом настоящего изобретения, которое выполнено таким образом, чтобы являться защищенным от неблагоприятных погодных условий и некоторым образом от животных. Высота смонтированных узлов микрофонов может составлять, приблизительно 30 дюймов, когда они вставлены в землю. Это обеспечивает положение микрофона на немного большей высоте, чем приблизительно два фута над землей. Высота может изменяться в зависимости от окружающей среды, в которой производят запись, и желательного результата. Верхняя часть кожуха для микрофона может быть полусферической, что помогает оттоку воды и ее стеканию вниз по боковым сторонам вместо просачивания в ту область, где расположен микрофон. Ножки кожуха могут быть выполнены из нержавеющей стали марки 302 для того, чтобы они могли быть вставлены в землю, подвергаясь лишь небольшой коррозии или вообще не подвергаясь коррозии. Ветрозащитные экраны микрофонов могут быть выполнены из материала типа нейлон, который во многом подобен материалу, используемому в микрофонах типа Rycote. Для получения аналогичного результата могут быть использованы и некоторые другие материалы, ослабляющие шум от ветра и одновременно обеспечивающие некоторую защиту от неблагоприятных погодных условий. Изобретение содержит признак, заключающийся в том, что в нем учтена проблема борьбы с мышами/грызунами, которая может возникнуть. Кожух в виде проволочной сетки из провода в оплетке закрывает кабельную разводку микрофона от внешнего соединителя до микрофона и закрывает его. Микрофоном, который может быть использован внутри кожуха, является миниатюрный конденсаторный микрофон фирмы DPA. Также может быть использован микрофон, произведенный фирмой Shure, который является менее дорогостоящим.

Что касается "блока" воспроизведения СТЗОС, то система может иметь надлежащую комбинацию вычислительных возможностей, которые обеспечивают выполнение наших требований, и является способной обеспечивать поддержку иной операционной системе, чем операционная система Windows, и имеет соответствующие рабочие драйверы для воспроизведения многоканального звука.

Система может функционировать таким образом, что обеспечивает потоковую передачу отдельных звуковых файлов из накопителя на жестких дисках в звуковую схему для цифро-аналогового преобразования. Один из вариантов осуществления изобретения включает в себя устройство декодирования звука со сжатием согласно стандарту сжатия AC3 с системой шумоподавления Долби (Dolby), поскольку оно может помочь обеспечить сильное сжатие файловой системы без потерь точности воспроизведения, и этот стандарт сжатия является общедоступным и бесплатным, что содействует снижению стоимости. Однако вследствие большого объема существующих в настоящее время накопителей на жестких дисках имеется возможность просто поместить весь каталог звуков окружающей среды на один накопитель на жестких дисках в их исходном формате оригинала с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) при частоте дискретизации 48 кГц без сжатия и все еще иметь некоторый запас объема.

Эти и другие полезные отличительные признаки настоящего изобретения частично станут очевидными из приведенного ниже описания, а частично будут указаны в нем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения может быть сделана ссылка на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:

на Фиг.1 изображена принципиальная схема расстановки системы микрофонов и устройства записи;

на Фиг.2 изображена принципиальная схема системы воспроизведения;

на Фиг.3 на виде в перспективе изображен защитный кожух микрофона;

на Фиг.4 изображена блок-схема аналоговой платы СТЗОС и

на Фиг.5-9 изображены различные выводимые на экран изображения интерфейса пользователя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно варианту (вариантам) осуществления настоящего изобретения на Фиг.1-9 проиллюстрированы различные изображения, и на всех чертежах единообразным образом использованы одинаковые номера позиций, относящиеся к одинаковым и к соответствующим узлам из настоящего изобретения для всех различных изображений и чертежей. Кроме того, следует отметить, что первая цифра (первые цифры) номера позиции конкретного элемента или узла из настоящего изобретения должна соответствовать номеру чертежа, на котором первым определен этот элемент или узел. К тому же, приведены описания различной электронной аппаратуры, иллюстрирующие примеры функционирования и характеристик работы в желательном диапазоне для настоящего изобретения.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения содержит способ записи звуков природного происхождения в месте записи звука системой согласованных микрофонов, содержащий следующие операции: производят запись сигнала в устройстве записи с высокой разрешающей способностью, причем эта операция содержит операцию создания звукового фона, и воспроизводят запись на настроенной системе воспроизведения в ином месте воспроизведения, причем идеей изобретения являются новое устройство и новый способ терапии звуками окружающей среды.

Подробности настоящего изобретения и различные варианты его осуществления могут быть лучше поняты со ссылкой на чертежи и на различные примеры описания электронной аппаратуры, включенные в данное описание путем ссылки. Со ссылкой на Фиг.1 на ней изображен один из вариантов осуществления схемы расстановки микрофонов в виде матрицы и системы 100 записи. Предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг.1, представляет собой схему расстановки на площади приблизительно 200×200 футов (200'×200'), в которой каждый из четырех (4) микрофонов 102, 104, 106 и 108 расположен в одном из четырех (4) углов пространства размером 200×200 футов, где размер A равен приблизительно 200 футам и размер B равен приблизительно 200 футам. Размеры схемы расстановки могут быть скорректированы для лучшего приспособления к конкретной природной среде, однако, во многих природных средах, например в рощах или в лесах, предпочтительной является схема расстановки на площади приблизительно 200×200 футов. Независимые микрофоны записывают звуки с характерной временной задержкой между микрофонами для каждого звукового события, определяемой схемой расстановки на площади 200×200 футов.

Элементы 110, 112, 114, и 116 представляют собой изображения специализированных кожухов в виде наружного кольца, в которых подвешены микрофоны в конфигурации "колокол-язык колокола". Чехол или покрытие удерживает влагу, и это предотвращает повреждение микрофона. Кожухи могут быть установлены на фарфоровых изоляторах 118. Микрофоны создают выходные сигналы M1, M2, M3 и M4 в ответ на окружающие звуки, и выходные сигналы отображают эти звуки. Сигналы поступают на вход предварительного усилителя 120, а затем система 122 контроля/записи осуществляет их контроль и запись. В предпочтительном варианте также имеется стержень 126, расположенный на небольшом расстоянии от схемы расстановки, который предназначен для отвода электростатического заряда. Предпочтительно стержень имеет высоту, равную приблизительно 7 футов над землей, и должен быть расположен на расстоянии приблизительно 3-4 фута от схемы расстановки, и предпочтительно он выполнен из меди. Сортамент провода и материал линий передачи от микрофонов могут быть различными, но в предпочтительном варианте они выбраны таким образом, чтобы свести к минимуму шумы и помехи в сигнале. Также изображен ветрозащитный экран 124, защищающий микрофон от ветра.

Со ссылкой на Фиг.2, на ней показано изображение настроенного и согласованного набора громкоговорителей и системы 200 воспроизведения, выполненной таким образом, чтобы достичь максимального эффекта при терапии звуками окружающей среды. Показаны четыре (4) согласованных громкоговорителя 202, 204, 206 и 208 и необязательный низкочастотный динамик 210 центрального канала. Система 212 воспроизведения воспроизводит сигнал через усилитель 214, который осуществляет генерацию сигналов S1, S2, S3, S4 и C. Как указано выше, центральный канал может быть необязательным.

Терапия звуками окружающей среды состоит из 2 основных компонентов:

1. программного обеспечения для записанного звука и

2. особой системы воспроизведения или передачи.

Процесс записи выполнен с конфигурацией микрофонов, которую здесь именуют технологией "4.1". Это означает, что воспроизведение звука идет через 4 согласованных громкоговорителя и возможно, но необязательно, через 1 низкочастотный динамик. Звуки природного происхождения 4 времен года и другие звуки природного происхождения, например, звуки морских волн, могут быть записаны подобным образом путем размещения микрофонов на площади 200×200 футов, при этом расстояние между всеми 4 микрофонами равно 200 футов. Система воспроизведения может содержать четыре (4) громкоговорителя для воспроизведения звука по четырем (4) каналам, каждый из которых соответствует звуку, зарегистрированному каждым из четырех (4) микрофонных каналов, а в альтернативном варианте система воспроизведения может содержать низкочастотный динамик или центральный канал для улучшения воспроизведения звука на низких частотах. Это именуют технологией "4.1". Однако также может быть использована система воспроизведения согласно технологии "4.0", которая не содержит канал низкочастотного динамика. В альтернативном варианте может быть произведен выбор технологии 4.0 или 4.1 для обеспечения наилучшего соответствия конкретной аппаратуре воспроизведения.

После того как произведена запись отрезка времени или окружающего пространства звуков природного происхождения, содержащая несколько часов материала, записанного непрерывно или последовательно, или в случайные моменты времени звуковой фон анализируют, подвергают сжатию и редактируют. Месяцы записи могут быть скомпонованы в формат продолжительностью 1 час для передачи при терапии звуками окружающей среды.

Используемые в предпочтительном варианте микрофоны имеют технические характеристики, содержащие широкий диапазон слышимых звуков, и они являются всенаправленными. Например, существуют микрофоны двух различных марок, которые имеют желательные технические характеристики. Одной из марок микрофонов, которая может быть использована в установке, являются электретные конденсаторные микрофоны марки Shure типа MX 183, которые могут быть установлены на долговременный срок, так как было доказано, что они являются более надежными при различных погодных условиях. Кроме того, могут быть использованы электретные конденсаторные микрофоны марки DPA 4060. Могут быть использованы и иные микрофоны, имеющие аналогичные рабочие характеристики.

Диаграмма чувствительности микрофона может быть "всенаправленной" или "одинаковой во всех направлениях". Микрофоны улавливают звуки со всех направлений. Они представляют собой небольшие микрофоны типа миниатюрных микрофонов, прикрепляемых к петлице. Микрофоны принимают широкое многообразие слышимых звуков в месте их расположения. Микрофон осуществляет преобразование акустической энергии звука в электрические сигналы, которые передают (по проводу, посредством радиопередатчика, по волоконно-оптическому кабелю и т.д.) в микрофонный предварительный усилитель. Затем усиленный электрический сигнал из каждого микрофона обрабатывают несколькими способами:

(1) преобразуют в звуковой сигнал для текущего контроля;

(2) содержимое видоизменяют при помощи электроники, то есть устраняют низкочастотные помехи, фон от источника переменного тока и т.д.; и

(3) преобразуют в цифровой сигнал для хранения на соответствующем носителе информации с высокой разрешающей способностью (на ленте, диске и т.д.).

Эти 4 сигнала от микрофонов передают в виде электрических сигналов по экранированному кабелю, расположенному под землей, в устройство многоканальной цифровой звукозаписи с высокой разрешающей способностью, которое служит в качестве запоминающей среды для исходной звукозаписи. Держатели микрофонов состоят из:

(1) специализированного ветрозащитного экрана, покрытого водонепроницаемой тканью для защиты микрофонов от неблагоприятных погодных условий и уменьшения величины нежелательного шума от ветра, улавливаемого микрофонами;

(2) специализированного "кожуха", изготовленного таким образом, что он обеспечивает подвешивание микрофонов в перевернутом виде в конфигурации "колокол-язык колокола", чтобы влага не нарушала чистоту сигнала; и

(3) при этом кожух может быть, в свою очередь, установлен на фарфоровых изоляторах.

На расстоянии приблизительно 3-4 фута может быть расположен воткнутый в землю массивный медный стержень длиной 7 футов, предназначенный для притягивания любого электростатического заряда, который может нарушать чистоту сигнала. Передающий кабель от микрофона имеет многопарный провод соответствующего сортамента в экране, препятствующем возникновению радиочастотных помех. Передающий кабель может иметь длину 1000 футов до микрофонных предусилителей, а затем идти в систему контроля и устройство многоканальной цифровой звукозаписи с высокой разрешающей способностью, которое имеет цифровую разрешающую способность, равную 24 битам при частоте дискретизации 48 кГц. Запись всех 4 каналов может производиться одновременно.

После того как сделана исходная звукозапись, производят ее сжатие по времени для создания "звукового фона". Цифровую звукозапись переносят с цифровых аудиокассет в компьютерную систему звукозаписи, редактирования и воспроизведения для большей гибкости. Затем создают специализированное музыкальное сопровождение, которое объединяют со звуковым фоном в конкретные моменты времени на основании событий, вызванных звуками природного происхождения, которые происходят в пространстве звуков окружающей среды. Также могут быть созданы специальные звуковые эффекты и включены в состав звукозаписи для улучшения или дополнения звуков природного происхождения или музыкального сопровождения.

Содержимое музыкального сопровождения может быть направлено и индивидуально настроено на конкретное назначение каждой терапии, например, на отвлечение внимания от болевых ощущений или на рождение ребенка. Это является важной составляющей, так как при этом обращаются к творческому процессу композитора, вдохновленного звуками природного происхождения, поскольку она связана с целевой установкой, зависящей от назначения. События в звуках природного происхождения используют в качестве ключевого элемента или побудительной причины для управления наложением музыкального сопровождения для достижения желательного намеченного терапевтического эффекта.

Настоящий способ и система не являются способом и системой создания музыки ради самой музыки или звуков ради самих звуков, вернее, творческий процесс применен для генерации и создания конкретного результата, связанного с лечением, терапией и т.д.

Аппаратные средства системы передачи состоят из:

(1) системы устройства воспроизведения;

(2) провода с конкретным кодом;

(3) экранированной акустической системы и

(4) усилительной системы.

Другим аппаратным компонентом является оборудование и настройка комнаты для прослушивания при терапии звуками окружающей среды, таким образом, чтобы пациент получал наибольшую пользу от этого способа лечения. Концепция и применение лечения могут быть использованы для:

(1) отвлечения внимания от болевых ощущений;

(2) отвлечения внимания от состояния беспокойства и

(3) маскирования кратковременных всплесков нежелательных звуков вблизи комнат терапии звуками окружающей среды, "звуков больницы" и т.д.

Одна из теорий состоит в том, что это отвлечение внимания обусловлено развитием слуховой системы человека, в которой звук имеет способность направляться на слуховой нерв и приостанавливать представление относительно того, где именно находится человек, и может вызывать различные эффекты, подобные галлюцинациям.

Одна из главных особенностей предпочтительного варианта осуществления изобретения берет начало в алгоритме или в схеме расстановки на площади 200×200 футов, созданных во время записи звукового фона. Вследствие применения способа из настоящего изобретения слушателю/пациенту может быть предоставлена возможность мысленно переместиться в "трехмерное акустическое пространство". Если содержание представлено способом одноканального (монофонического) или стереофонического (два канала) воспроизведения, то представленный в настоящем изобретении уникальный компонент, обеспечивающий трехмерное объемное звучание, отсутствует. Результаты терапии вероятно не были бы теми же самыми, если звук не был бы представлен в виде объемного звука, созданного по технологии 4.0 или 4.1.

Музыкальное содержимое направлено, в частности, на эмоциональную подпитку. Процесс записи вместе с предельным по качеству звучания оборудованием в конфигурации на площади 200×200 футов, специально созданное содержание музыкального сопровождения и система передачи, служащая в качестве средства управления для вывода материала, все из них являются важными для способа.

Конфигурация системы воспроизведения может иметь различные варианты осуществления с различными рабочими характеристиками, не выходя при этом за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения. Ниже перечислены три возможных варианта осуществления изобретения, имеющие различные рабочие характеристики работы.

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компьютерная платформа

Системная плата: системная плата VIA EPIA M форм-фактора Mini-ITX

Процессор: процессор VIA C3/EDEN EBGA, работающий на частоте 600 МГц, не требующий вентилятора

Память: синхронное динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой и с двойной скоростью передачи данных (SDRAM DDR-266) объемом 512 МБ (мегабайт)

Звуковой процессор: VIA VT1616, 6-канальный, кодек AC'97

Запоминающие устройства

Накопитель на жестких дисках: модель Caviar фирмы Western объемом 160 Гбайт (гигабайт), 7200 оборотов в минуту, кэш-память 8 МБ

Оптическое запоминающее устройство: привод для постоянного запоминающего устройства на универсальном цифровом диске с 16-кратной скоростью (16X DVD ROM)

Программное обеспечение

Операционная система: операционная система Windows XP Professional фирмы Microsoft была выбрана вследствие поддержки ею 6-канального звука и наличия инструментальных средств разработки.

Язык программирования: для программного моделирования изображения, выводимого на экран передней панели, и средств управления для имитации физической панели был использован язык Visual Basic фирмы Microsoft.

Формат звукового файла: был использован расширяемый волновой формат (Extensible Wave), поскольку он является форматом операционной системы Windows, установленным по умолчанию.

Интерфейс пользователя

Передняя панель: в качестве двухстрочного жидкокристаллического дисплея для передней панели и кнопочной панели были выбраны жидкокристаллический индикатор фирмы Crystalfontz модели 633 и кнопочная панель с 6 клавишами, способная вписаться в отсек для установки дисковода.

Аналоговый звуковой узел

Усилитель мощности: 4 раздельных канала - специализированные звуковые усилители мощности класса D мощностью 50 Вт, рассчитанные на нагрузку 4 Ом.

Источник питания

Источник питания для центрального процессора: внутренний источник питания форм-фактора ITX, модель ITX-PB, мощностью 200 Вт

Источник питания для звуковой системы: источник питания постоянного напряжения 24 В фирмы Astrodyne, модель SPU130-108, мощностью 130 Вт, универсальный вход для любого напряжения переменного тока в диапазоне 85-265 В

Системный корпус

корпус СТЗОС: корпус форм-фактора ITX типа ITX-PB модели Checker Cube Case

Акустическая система

Громкоговорители: коаксиальные громкоговорители фирмы Speco Technologies, модель SP-6MA/T, диаметром 6,5 дюйма с креплением к потолку

ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компьютерная платформа

Системная плата: системная плата VIA EPIA MS форм-фактора Mini-ITX

Процессор: процессор VIA C3/EDEN EBGA, не требующий вентилятора

Память: синхронное динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой и с двойной скоростью передачи данных (SDRAM DDR-266) объемом 512 МБ

Звуковой процессор: VIA VT1616, 6-канальный, кодек AC'97

Запоминающие устройства

Накопитель на жестких дисках: фирмы IBM/Hitachi, размер 2,5 дюйма, кэш-память 8 МБ, усовершенствованный режим использования 24/7

Оптическое запоминающее устройство: привод фирмы Panasonic для постоянного запоминающего устройства на универсальном цифровом диске (DVD ROM) со щелевой загрузкой диска

Программное обеспечение

Операционная система: операционная система Windows XP Professional фирмы Microsoft была выбрана вследствие поддержки ею 6-канального звука и наличия инструментальных средств разработки. Также проведена предварительная миграция операционной системы Linux и экспериментальные работы.

Язык программирования: для программного моделирования изображения, выводимого на экран передней панели, и средств управления для имитации физических панелей и для тестирования новых функциональных возможностей по мере их предложения используют язык Visual Basic фирмы Microsoft.

Формат звукового файла: формат многоканального звука согласно стандарту сжатия AC3 с системой шумоподавления Долби (Dolby) и исследование возможных сценариев шифрования для содействия защите от копирования.

Интерфейс пользователя

Передняя панель: выполненная по заказу матрица нажимных клавиш, регулировка громкости и средства регулировки баланса

Дисплей: точечно-матричный вакуумный флюоресцентный дисплей фирмы Noritake

Аналоговый звуковой узел

Регулировка уровня и баланса аналогового сигнала: разработанный по заказу предварительный усилитель, управляемый напряжением, УУН (VCA), 4 канала с основными средствами регулировки и со средствами регулировки баланса

Усилитель мощности: разработанные по заказу специализированные 4-канальные звуковые усилители мощности класса D мощностью 50 Вт, рассчитанные на нагрузку 4 Ом.

Источник питания

Источник питания для центрального процессора: внутренний источник питания форм-фактора ITX, модель ITX-PB, мощностью 200 Вт

Источник питания для звуковой системы: разработанный по заказу источник питания постоянного напряжения с множеством выходов

Системный корпус

корпус СТЗОС: в настоящее время производят оценку различных корпусов

Пульт дистанционного управления

Пульт дистанционного управления: реализация системы беспроводной связи, сымитированной посредством программного обеспечения

Акустическая система

Громкоговорители: дальнейшие экспериментальные работы и оценка различных громкоговорителей, в том числе, коаксиального громкоговорителя фирмы Speco Technologies, модель SP-6MA/T, диаметром 6,5 дюйма с креплением к потолку

ТРЕТИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компьютерная платформа

Системная плата: рентабельное техническое решение, проходящее в настоящее время все тесты по качеству и сроку службы

Процессор: процессор, не требующий вентилятора, который соответствует выбранной системной плате

Память: память соответствующего объема для обработки всех системных функций

Звуковой процессор: кодек для звука, выбранный в соответствии с выбранной системной платой

Запоминающие устройства

Накопитель на жестких дисках: фирмы IBM/Hitachi, размер 2,5 дюйма, кэш-память 8 МБ, усовершенствованный режим использования 24/7

Оптическое запоминающее устройство: привод фирмы Panasonic для постоянного запоминающего устройства на универсальном цифровом диске (DVD ROM) со щелевой загрузкой диска

Программное обеспечение

Операционная система: операционная система (ОС) Linux без лицензионных платежей, сконфигурированная по индивидуальному заказу для этой области применения

Язык программирования: язык программирования Си под операционной системой Linux.

Формат звукового файла: формат многоканального звука согласно стандарту сжатия AC3 с системой шумоподавления Долби (Dolby) и исследование возможных сценариев шифрования для содействия защите от копирования.

Интерфейс пользователя

Передняя панель: выполненная по заказу матрица нажимных клавиш, регулировка громкости и средства регулировки баланса

Дисплей: точечно-матричный вакуумный флюоресцентный дисплей фирмы Noritake

Регулировка уровня и баланса аналогового сигнала: разработанный по заказу предварительный усилитель, управляемый напряжением (УУН)

Усилитель мощности: разработанные по заказу специализированные 4-канальные звуковые усилители мощности класса D мощностью 50 Вт, рассчитанные на нагрузку 4 Ом.

Источник питания

Источник питания для центрального процессора: внутренний источник питания форм-фактора ITX, модель ITX-PB, мощностью 200 Вт

Источник питания для звуковой системы: разработанный по заказу источник питания постоянного напряжения с множеством выходов

Системный корпус

корпус СТЗОС: выполненный по заказу корпус, удовлетворяющий требуемым запросам по функциональным возможностям и пожеланиям по визуальному оформлению

Пульт дистанционного управления

Пульт дистанционного управления: реализация физического аналога из сымитированной системы, протестированной посредством программного обеспечения

Акустическая система

Громкоговорители: широкополосный коаксиальный громкоговоритель с креплением к потолку, экранированный от воздействия магнитного поля.

Описанные выше варианты осуществления изобретения просто являются иллюстративными примерами того, каким образом может быть реализована система. Однако конкретные компоненты могут быть изменены, не выходя при этом за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Со ссылкой на Фиг.4 основная функция аналоговой платы СТЗОС состоит в том, чтобы взять аналоговые звуковые выходные сигналы низкого уровня из системной платы центрального процессора (ЦП) СТЗОС и обеспечить адекватное усиление этих сигналов для приведения в действие комплекта громкоговорителей. Конструкция предварительного усилителя, основанная на конструкции усилителя, управляемого напряжением, УУН (VCA), может содержать один централизованный регулятор и отдельные средства 404, 406, 408, 410 регулировки баланса для каждого канала 403, 405, 407, 409. СТЗОС представляет собой многоканальное устройство вывода звука. Это означает, что имеется множество отдельных звуковых каналов, работающих одновременно, регулировку которых необходимо осуществлять одновременно каким-либо рациональным способом. Одним из вариантов осуществления СТЗОС является аналоговая плата, подробное описание которой приведено ниже, однако, конструкция аналоговой платы может быть различной, не выходя при этом за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Традиционный подход состоит в использовании регулировки громкости посредством составного потенциометра, состоящего, по существу, из четырех регуляторов громкости, собранных вместе в виде многослойной структуры и приводимых в действие от единого механического вращения. Этот подход является низкотехнологичным, но очень надежным. Однако имеются недостатки. Первым и наиболее важным является тот факт, что невозможно осуществлять небольшую регулировку баланса отдельных каналов, поскольку все потенциометры соединены вместе. В СТЗОС необходимо не только осуществлять одновременную регулировку всех четырех каналов, но также иметь возможность регулировать баланс каждого отдельного канала для согласования потенциально возможных несоответствий при размещении громкоговорителей в окончательно установленной аппаратуре. Следовательно, с учетом вышеупомянутых критериев аналоговая плата была разработана таким образом, что в ней использован усилитель, управляемый напряжением. По существу, усилитель, управляемый напряжением, (УУН) представляет собой своего рода контролирующий потенциометр, который изменяет коэффициент усиления проходящего через него сигнала просто путем изменения управляющего напряжения постоянного тока. За счет того, что каждый канал создан одинаковым образом посредством предварительного усилителя 412, 414, 416, 418, управляемого напряжением, (УУН), каждый канал может быть соединен с одним центральным управляющим источником, и этот источник может управлять этим каналом, а также может быть осуществлена индивидуальная регулировка баланса этого канала.

Поскольку СТЗОС иногда расположена на малых и компактных стеллажах для оборудования или в стенных шкафах, то было необходимо применить такую топографию конструкции для усилителя мощности, которая была бы достаточно эффективной и не создавала бы избыточное тепло, поэтому может быть реализовано эффективное усиление мощности звука для приведения в действие типовых громкоговорителей с низким полным сопротивлением. Узел усилителя мощности в СТЗОС представляет собой то, что именуют коммутирующим усилителем мощности или усилителем 420 класса D. В обычных звуковых усилителях мощности низкий коэффициент полезного действия в большой степени обусловлен тем, что определенное количество имеющегося электрического тока расходуется на превращение в тепло в выходных устройствах усилителя вместо того, чтобы быть фактически переданным на нагрузку, которой является громкоговоритель. Этот конкретный эффект является неизбежным вследствие самой сущности попытки управления током, подаваемым на нагрузку, линейным образом. Коммутирующий усилитель мощности непроизводительно расходует лишь минимальное количество тока, потребляемого внутренними выходными устройствами усилителя мощности, и передает почти весь ток на нагрузку. Это достигнуто просто за счет того, что выходным устройствам не позволяют иметь линейную характеристику, а вместо этого они имеют дискретную и бинарную характеристику. Либо выходные устройства являются полностью включенными и проводящими, либо они являются выключенными и не проводящими электрический ток, подаваемый на нагрузку.

В системе воспроизведения СТЗОС реализовано централизованное средство управления отключением звука, управляющее всеми каналами одновременно. Централизованное средство 422 управления отключением звука может быть включено в состав функций аналоговой платы в качестве их части для содействия при необходимости резко отключить звук в том случае, когда у конечного пользователя имеется причина для этого действия. Эту функцию включают просто путем нажатия на кнопку, которая переключает усилитель звуковой частоты в состояние, при котором звук отключен. При другом последующем нажатии на клавишу схему отключения звука отключают, и усилитель звуковой частоты функционирует в обычном режиме.

Аналоговая плата может быть выполнена имеющей гибкую топографию для включения в ее состав программно-управляемой регулировки громкости для восстановления сценариев установки заранее заданных уровней и реализации пульта дистанционного управления. Когда в состав системы СТЗОС включен предварительный усилитель на базе УУН, то она может быть модернизирована таким образом, чтобы стать программно-управляемой. Это обеспечивает возможность реализации программно-управляемых функций регулировки громкости в будущем, в том числе, восстановления заранее заданных уровней громкости в конкретных сценариях. К тому же, к системе весьма легко может быть добавлен беспроводной пульт дистанционного управления, не изменяя конструкцию всей схемы предварительного усилителя.

Звуковой сигнал из системной платы центрального процессора (ЦП) передают в аналоговую плату СТЗОС, и когда звуковой сигнал принят аналоговой платой СТЗОС, его подают на вход усилителя, управляемого напряжением (УУН). Это видно на Фиг.4. Уровень тока звукового сигнала на выходе из УУН или коэффициент усиления сигнала, проходящего через усилитель, регулируют посредством линейного управляющего напряжения постоянного тока, которое в этом случае соответствует полной логарифмической пропускаемой мощности из УУН. На аналоговой плате СТЗОС имеются два источника управляющего напряжения для УУН каждого канала. Эти источники видны на Фиг.4.

Первым источником управляющего напряжения может являться напряжение из основного регулятора громкости. Он может содержать одиночный потенциометр, который создает управляющее напряжение на основании положения регулятора громкости. Он может быть устроен таким образом, что вращение в направлении по часовой стрелке создает положительное усиление через УУН. Этот конкретный усилитель управляющего напряжения также может быть выполнен таким образом, что дает характеристику с двумя наклонными участками. Когда устройство работает на низких уровнях, то регулировка громкости приводит к изменению коэффициента усиления в большем диапазоне. Средство регулировки может быть выполнено таким образом, что когда положение регулятора громкости соответствует положению часовой стрелки, указывающей приблизительно 1 час дня, наклон характеристики усиления уменьшается, и, таким образом, большее перемещение регулятора создает намного меньшее изменение усиления. Это может помочь ослабить возможное происшествие, если человеку приходится слишком быстро повернуть регулятор в слишком высокое положение.

Вторым источником управляющего напряжения является напряжение из индивидуального регулятора баланса. Интерфейс для этого регулятора может быть расположен на задней части устройства СТЗОС и может предоставлять установщику системы возможность регулировки коэффициентов усиления отдельных каналов СТЗОС для согласования возможных различий в громкости громкоговорителей в месте расположения слушателя вследствие наличия возможных преград в комнате или возможность выбора варианта установки громкоговорителей из нескольких вариантов выбора. Этот регулятор представляет собой просто линейный регулятор, который может охватывать диапазон приблизительно 30 дБ, то есть ±15 дБ по усилению или ослаблению. Напряжения от двух источников управляющего напряжения могут быть затем просуммированы 424 для создания одного управляющего напряжения, которое подают в УУН. Каждый канал имеет свой собственный индивидуальный регулятор баланса и свое собственное индивидуальное суммирование с управляющим напряжением основной регулировки громкости для создания индивидуального управляющего напряжения для каждого канала. После вывода тока звукового сигнала из узла УУН его затем подают непосредственно в узел усиления мощности. Узел усилителя мощности изображен на Фиг.4.

Выходной сигнал из УУН может быть введен в узел усилителя мощности. Усилитель мощности может быть основан на сценарии широтно-импульсной модуляции класса D. Модуляция подаваемого на вход звукового сигнала может быть осуществлена посредством высокочастотного сигнала треугольной формы, и выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией может быть подан в группу транзисторов, осуществляющих управление током, подаваемым на нагрузку, которой является громкоговоритель. Сценарий вывода представляет собой сценарий, именуемый дифференциальным выводом или выводом через уравновешенную мостовую схему. Это означает то, что на несимметричном выходе, имеющем флуктуации, отсутствует опорный уровень в виде глухого замыкания на землю. Но вместо этого имеются симметрично противоположные сигналы, которые являются противоположными по фазе и действуют на нагрузку, которой является громкоговоритель, подобно двухтактной схеме. Это позволяет создавать на выходе усилителя такое действующее напряжение, приложенное к нагрузке, которое является почти вдвое большим, чем то напряжение, которое может быть достигнуто посредством самого усилителя в одиночку при его работе в несимметричном режиме.

Усилитель мощности может быть снабжен встроенной схемой защитного отключения, которая отключает усилитель в случае неполадки в нагрузке, которой является громкоговоритель, или при перегрузке усилителя. Также в состав усилителя может входить схема, которая фактически отключает усилитель мощности, что эквивалентно функции отключения звука. Эта функция может быть непосредственно встроена в узел усилителя с дискретными схемами вместо того, чтобы являться программно-управляемой посредством программы, которую выполняет СТЗОС. Схема отключения звука может переключаться из одного своего состояния в другое по входному сигналу, введенному пользователем посредством нажимной клавиши переключателя. Однократное нажатие на клавишу отключает все четыре усилителя на аналоговой плате. Состояние остается зафиксированным до тех пор, пока пользователь снова не нажмет нажимную клавишу, и схема отключения звука не возобновит работу усилителей.

Все описанные выше функции для аналоговой платы СТЗОС гармонично функционируют совместно как единое целое, обеспечивая техническое решение для создания одноплатного четырехканального предварительного усилителя/усилителя мощности, удовлетворяющего конкретным требованиям, предъявляемым к устройству воспроизведения для СТЗОС. Конкретные подробности конструкции платы могут быть различными, не выходя при этом за пределы объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Интерфейс пользователя из настоящего изобретения может содержать жидкокристаллический видеомонитор с сенсорным экраном, см. Фиг.5, и устройство управления дисплеем, при этом воспроизведение выводимых на экран изображений интерфейса пользователя обеспечено прикладной программой интерфейса пользователя из программного обеспечения СТЗОС. Прикладные программы для генерации таких интерфейсов пользователя являются хорошо известными для специалистов в данной области техники. Прикладная программа интерфейса пользователя может функционировать таким образом, что реализует различные функциональные возможности, в том числе те функциональные возможности, которые описаны ниже.

Со ссылкой на Фиг.6-9, многие из выводимых на экран изображений интерфейса пользователя, в том числе выводимое на экран изображение 600 интерфейса главного меню, содержит выводимое на экран дисплея окно 602 программы, в котором отображено наименование программы и воспроизводимая фонограмма, идентификационные номера программы и фонограммы. В главном меню также предусмотрена клавиши 604 "программа", "пропуск ненужного фрагмента фонограммы с перемещением вперед" (Skip Forward) и "пропуск ненужного фрагмента фонограммы с перемещением назад" (Skip Backward), которые позволяют пользователю переходить вперед к следующей программе или фонограмме или переходить назад к предыдущей программе или фонограмме. Также предусмотрены клавиши 606 "стоп" - "пуск" - "пауза" - "повтор" (STOP-GO-PAUSE-REPEAT). Функция повтора при ее выборе обеспечивает повторение текущей программы или воспроизводимой фонограммы. Предусмотрены три режима 608 воспроизведения звуков окружающей среды, поскольку существует 3 способа прослушивания любого записанного произведения со звуками окружающей среды, и ими являются: 1) звуки окружающей среды с музыкальным сопровождением; 2) только звуки окружающей среды; 3) только музыкальное сопровождение. Термин "звуки окружающей среды" ("ambience") относится к записанным звукам природного происхождения.

В главном меню также предусмотрена нажимная клавиша 610 для выбора опции "формирование цепочки программ" (Chain programming). Опция формирования цепочки программ относится к "последовательному сцеплению" одной программы с другой, см. Фиг.8-9. Это может быть сделано для любой функции из 3 режимов прослушивания звуков окружающей среды. Примером цепочки является следующая цепочка: "ВЕЧЕРНЯЯ ПЕСНЯ/только звуки окружающей среды", связанная в цепочку с "ЛЕТНЕЙ ПЕСНЕЙ/только музыкальное сопровождение", связанной в цепочку с "ПЕСНЕЙ ПТИЦ/звуки окружающей среды и музыкальное сопровождение". Программа соответствует записанному произведению со звуками окружающей среды, при этом она содержит звуки окружающей среды вместе с музыкальным сопровождением, только звуки окружающей среды и только музыкальное сопровождение. Термин "программы" относится к программам или к записанным произведениям, загруженным в запоминающее устройство. Когда программа выбрана для воспроизведения, то в основном окне для отображения программ выше центра показывают названия. Для поиска и нахождения программы могут быть использованы расположенные рядом с окном клавиши "пропуск фрагмента фонограммы с перемещением вперед" (Skip Forward) ">" и "пропуск фрагмента фонограммы с перемещением назад" (Skip Backward) "<" в функции "программа" для постраничного просмотра перечня имеющихся программ. Клавиши "предыдущая фонограмма" (Prev Track) и "следующая фонограмма" (Next Track) позволяют постранично просматривать фонограммы в программе, при этом термин "фонограмма" относится к субфайлу фрагмента записи в программе или в записанном произведении.

Главное меню также снабжено клавишей 612 "таймеры" (Timers), предназначенной для выбора опции "таймер", см. Фиг.7. Функция таймера представляет собой функцию типа будильника для установки времени начала воспроизведения программ. Задачей функции таймера является автоматическое включение выбранной программы. Эта способность может быть использована для "установки биоритма в исходное состояние" у человека, потерявшего способность различать день и ночь. Функция таймера дает пользователю возможность выбирать начальное заранее установленное время начала воспроизведения заданной программы или цепочки, при этом программа или цепочка являются подходящими для выбранного времени начала воспроизведения.

Индикатор 614 "новая загрузка" (New Download) может предоставлять пользователю возможность знать о наличии данных для загрузки через сеть стандарта Ethernet. Когда вспыхивает индикаторная лампа "загрузка" (Down Load), то это указывает, что новая программа доступна для загрузки. Система воспроизведения для терапии звуками окружающей среды может осуществлять доступ к новым программам через коммуникационный порт или сеть связи с глобальной или локальной сетью. Для доступа и загрузки пользователь просто нажимает на вспыхивающую клавишу загрузки. Когда загрузка закончена, то вспыхивает клавиша "загрузка произведена" ("Loaded") для указания того, что загрузка в систему воспроизведения была успешно произведена. Клавиша "загрузка произведена" может быть выполнена таким образом, что вспыхивает в течение 2 недель для указания факта загрузки в случае замены служебного персонала во время функции загрузки.

Примером применимости системы воспроизведения СТЗОС является ее использование в больничных условиях для отвлечения внимания от боли. Например, у пользователя имеется пациент, который страдает от боли от операции на тазобедренном суставе. Некоторые медицинские исследования показали, что в этом мучительном состоянии мысли и рассудок пациента приводят к тому, что он может чувствовать себя пойманным в ловушку. Очевидно, что избежать таких ощущений затруднительно или почти невозможно. Отвлечение внимание может быть достигнуто путем воспроизведения "ЛЕТНЕЙ ПЕСНИ" со звуками окружающей среды и музыкальным сопровождением для того, чтобы вызвать у пациента ощущение летней грозы. Концепция состоит в том, что люди слышат эту музыку на нескольких уровнях. Звуки природного происхождения, такие как, например, звуки грома, звуки капель дождя, ударяющихся о твердые поверхности, и звуки ветра, могут создавать точное эволюционное осознание того места, где мы могли бы быть, и когда начинаются музыкальные фрагменты, эта часть адресована к более "исполнительной" функции мозга. Композиция наложения музыкального сопровождения составлена с использованием событий в звуках природного происхождения в качестве стимулятора или побудительной причины таким образом, что музыка плавно льется естественным образом вместе со звуками природного происхождения, не затмевая собой звуки природного происхождения. Концепция состоит в том, что болевые сигналы движутся медленнее, чем слуховые сигналы, поэтому теоретически функция "ушных ворот" ("ear-gate") в теле человека может отвлекать внимание человека от одного сигнала на другой. Сжатие и редактирование нескольких часов звука природного происхождения с преобразованием в более короткий формат, например, в формат продолжительностью один час, заполняет "ушные ворота" человека звуковым фоном, который является доминирующим и отвлекает внимание в уме слушателя. Таким образом, один месяц звукозаписей в лесистой местности может быть отредактирован с преобразованием в формат продолжительностью 1 час, который насыщен звуковыми событиями, происходящими осенью, которыми являются, например, звуки сдуваемых листьев на травяной площадке и над ней, при этом звуковые события могут быть использованы в качестве побудительной причины для наложения музыкального сопровождения, созданного композитором по индивидуальному составлению.

Для программирования выбираемого варианта пользователь может обратиться к выведенному на экран основному изображению с программами и произвести выбор программы, например, "ОСЕННЕЙ ПЕСНИ" посредством клавиш перемещения курсора, расположенных справа от окна на экране дисплея, в котором отображены программы. Пользователь может использовать клавишу "режим" ("mode"), выбрать режим "звуки окружающей среды с музыкальным сопровождением" (Ambience With Music) и нажать клавишу "воспроизведение" ("play"). Если пользователь производит выбор таким образом, чтобы продлить прослушивание, то пользователь может сделать несколько вещей: 1) просто нажать на клавишу "повтор", и программа будет повторяться до тех пор, пока пользователь вручную не нажмет клавишу "стоп"; 2) "сцепить" эту программу с другой версией программы, а именно: с версией "только музыкальное сопровождение" или с версией "только звуки окружающей среды" либо "сцепить" ее с совершенно иной программой (которой является, например, пение птиц). Для создания цепочки пользователь выбирает клавишу "формирование цепочки", и в этот момент времени на экране появляется изображение для формирования цепочки, в котором в окне на экране дисплея, в котором отображают программы, отображена программа "ОСЕННЯЯ ПЕСНЯ" и обозначена как "первый элемент цепочки из x элементов" (chain 1 of x.) для добавления "ОСЕННЕЙ ПЕСНИ" в качестве первой ссылки в цепочке, выбирает клавишу "добавить" и повторяет эту операцию для каждой ссылки на программу из цепочки; 3) после того как были введены данные о последовательной цепочке, если пользователь желает, чтобы воспроизведение этой "цепочки" начиналось в конкретный момент времени, то пользователь может выбрать функцию "таймеры". Подсказка, расположенная справа от основных функциональных клавиш, имеет вид "установка". Время начала программы может быть установлено точно так же, как и будильник:

- установка

- открывается основное окно таймера

- выбор периода времени "с полуночи до полудня" (AM) или "с полудня до полуночи" (PM)

- выбор часа и минут

- нажать клавишу "ВКЛ" ("включить") и

- выполнено

- для отключения этой функции следует выбрать клавишу "ВЫКЛ" ("выключить"), это может быть сделано в большом окне "установка" или на основном экране в окне таймера (клавиша "ВЫКЛ" расположена справа), где красным цветом обозначена функция "стоп".

1. имеется 2 таймера, для периода времени "с полуночи до полудня" (AM) или "с полудня до полуночи" (PM), функцией таймера является функция "пуск", поэтому она обозначена зеленым цветом (зеленый индикатор "пуск").

2. имеется возможность создания 6 цепочек с двумя возможными таймерами для каждой цепочки, поэтому всего имеется 12 возможных таймеров.

Другим примером является сценарий, в котором пациент находится в бреду, потеряв способность различать день и ночь. Пользователь может предпринять попытку установить биоритм пациента в исходное состояние с использованием функции таймера совместно с конкретной последовательностью программ следующим образом:

1. выбор программы пения птиц в режиме "только звуки окружающей среды"

- добавление к цепочке, затем

- создание цепочки путем сцепления этой программы с программой пения птиц в режиме "звуки окружающей среды вместе с музыкальным сопровождением"

- приведение в действие таймера и установка его на соответствующее время (7 часов утра).

- нажатие клавиши "ВКЛ" ("включить")

- выполнено

- здесь задача состоит в том, что с учетом дуализма слуха человека пациента медленно будят звуком утренних птиц путем нашего эволюционного слушания, а затем добавляют слушание на более высоком уровне "исполнительной функции" путем добавления музыкального сопровождения, эта последовательность может продолжаться в течение приблизительно 2 часов и иметь нарастающую громкость

2. выбор программы "вечерняя песня" в режиме "звуки окружающей среды вместе с музыкальным сопровождением"

- добавление к цепочке

- сцепление программы "вечерняя песня" в режиме "звуки окружающей среды вместе с музыкальным сопровождением" с программой "вечерняя песня" в режиме "только звуки окружающей среды".

- приведение в действие таймера и установка его на соответствующее время (10 часов вечера).

- нажатие клавиши "ВКЛ" ("включить")

- выполнено

Здесь задача состоит в замедлении активности способом, аналогичным тому, как это было выполнено в утренней последовательности.

Различные приведенные выше примеры способа и системы для терапии звуками окружающей среды иллюстрируют новую концепцию для терапии звуками окружающей среды. Пользователь настоящего изобретения может выбрать любой из описанных выше вариантов осуществления терапии звуками окружающей среды или его эквивалент в зависимости от желательного применения. При этом очевидно, что могут быть использованы различные варианты способа и системы для терапии звуками окружающей среды, являющиеся предметом настоящего изобретения, не выходя за пределы сущности и объема настоящего изобретения.

Из приведенного выше описания очевидно, что определенные объекты настоящего изобретения не являются ограниченными конкретными подробностями проиллюстрированных здесь примеров, и, следовательно, предполагают, что специалисты в данной области техники могут придумать иные видоизменения и применения или их эквиваленты. Следовательно, формула изобретения должна охватывать все такие видоизменения и применения, не выходящие за пределы сущности и объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Другие объекты, цели и преимущества настоящего изобретения могут быть получены из изучения чертежей, из раскрытия сущности изобретения, из описаний примеров и из прилагаемой формулы изобретения.