Спосіб частотної корекції акустоелектричних перетворювачів

Реферат: UA 70187 U UA 70187 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Спосіб, що заявляється, належить до області регулювання тембру акустоелектричних перетворювачів і може використовуватися для поліпшення тембру акустоелектричних перетворювачів, у тому числі, звукознімачів музичних інструментів та мікрофонів. Відомий спосіб частотної корекції акустоелектричних перетворювачів (звукознімачів) гітар [1], при якому електричний звуковий сигнал звукознімача пропускають через регулятор тембру, що настроюється вручну і є аналоговим фільтром низького порядку. Недоліком такого способу є неможливість точного ручного налаштування бажаного тембру звучання, що робить подібні методи малоефективними. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є вибраний за прототип спосіб частотної корекції акустоелектричних перетворювачів (мікрофонів) [2], при якому електричний звуковий сигнал мікрофона пропускають через цифровий фільтр низького порядку, що формує необхідну результуючу частотну характеристику акустоелектричного перетворювача шляхом відповідного посилення або послаблення окремих частотних смуг. Недоліками відомого способу є наступне: - неможливість точного налаштування бажаного тембру звучання у разі застосування цифрового коригуючого фільтра низького порядку, що пов'язана з низькою точністю фільтрів низького порядку; - низьке відношення сигнал/шум у разі застосування цифрового коригуючого фільтра високого порядку, обумовлене тим, що для надання частотній характеристиці акустоелектричного перетворювача необхідної форми, необхідно застосувати фільтр, що посилює сигнал в тих (у тому числі вузьких) областях частот, які відповідають низькій чутливості акустоелектричного перетворювача. Рівень сигналу акустоелектричного перетворювача в цих областях частот є низьким, тому цифровий фільтр посилює переважно власні шуми акустоелектричного перетворювача, а також шуми електронної схеми, що посилює і перетворює в цифрову форму сигнал акустоелектричного перетворювача; - непридатність методу до усіх видів акустоелектричних перетворювачів, пов'язана з тим, що оптимальна частотна характеристика акустоелектричних перетворювачів (наприклад - гітарних звукознімачів) не завжди відома. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу частотної корекції акустоелектричних перетворювачів, який забезпечить високу точність налаштування бажаного тембру звучання одночасно з високим відношенням сигнал/шум. Поставлена задача вирішується тим, що в способі частотної корекції акустоелектричних перетворювачів, при якому електричний звуковий сигнал акустоелектричного перетворювача пропускають через коригуючий фільтр з заданою амплітудно-частотною характеристикою, для визначення необхідної амплітудно-частотної характеристики фільтра виконують одночасний запис звуку з виходу акустоелектричного перетворювача, що коригується, і з виходу еталонного мікрофона, після чого амплітудно-частотну характеристику фільтра в інтервалі звукових частот задають у відповідності з вираженням: Eƒ   c, при Pƒ   c,  K ƒ     Eƒ  , при Eƒ   c,  Pƒ  Pƒ   де K ƒ  - амплітудно-частотна характеристика фільтра, Eƒ  45 50 - модуль перетворювання Фур'є від записаного звукового сигналу еталонного мікрофона, Pƒ  - модуль перетворювання Фур'є від записаного звукового сигналу акустоелектричного перетворювача, що коригується, ƒ - частота, c - сталий коефіцієнт. Використання нового способу забезпечує високе відношення сигнал/шум і високу точність налаштування бажаної (результуючої) частотної характеристики акустоелектричного перетворювача. У свою чергу, поліпшення результуючої частотної характеристики, що забезпечується за рахунок частотної фільтрації, дозволяє застосовувати простіші в технічному відношенні і дешевші акустоелектричні перетворювачі натомість складніших і дорожчих. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. суцільною лінією зображена частотна характеристика коригуючого фільтра, пунктирною лінією зображено відношення E ƒ  і P ƒ  штрих-пунктирною лінією зображена пряма c. 1 UA 70187 U 5 10 15 20 25 Вибір еталонного мікрофона залежить від призначення акустоелектричного перетворювача, що коригується. Так, наприклад, у разі, якщо мікрофон, що коригується, використовуватиметься для запису вокалу, то як еталонний мікрофон може використовуватися якісний вокальний мікрофон. При цьому звук коригованого мікрофона стане подібним до звуку еталонного мікрофона, записаного в подібних умовах. Джерелом звуку для запису і подальшого обчислення перетворювань Фур'є може стати або людина, або технічний звукогенеруючий пристрій. У разі, якщо акустоелектричним перетворювачем, що коригується, є звукознімач акустичного музичного інструмента, то як еталонний мікрофон може використовуватися якісний інструментальний мікрофон або, можливо, декілька мікрофонів, розташованих відносно музичного інструмента таким чином, щоб забезпечити найбільш якісний тембр звуку, при цьому тембр звуку звукознімача, після проходження сигналу через коригуючий фільтр, стане подібним до тембру звуку інструментального мікрофона (чи мікрофонів), отриманого в подібних умовах. При цьому збережуться переваги звукознімача перед мікрофоном, що полягають в меншій чутливості до навколишніх шумів, малих власних шумах і відсутності необхідності тримати музичний інструмент у фіксованому положенні відносно мікрофонів. Джерелом звуку для запису і подальшого обчислення перетворювання Фур'є може стати сам музичний інструмент. При цьому бажано відтворити звуки в повному частотному діапазоні інструмента. Це може бути виконано як звичайним методом звуковилучення, притаманним для цього музичного інструмента, так і, наприклад, за допомогою механічних ударів по корпусу інструмента. Тип звукознімача при цьому не має значення: це може бути п'єзоелектричний, електромагнітний, магнітострикційний, ємнісний, оптичний або будь-який інший звукознімач. У разі, якщо акустоелектричним перетворювачем, що коригується, є електромагнітний звукознімач електричної гітари, еталонним мікрофоном може стати призначений для цієї мети інструментальний мікрофон, розташований у безпосередній близькості від гітарного комбопідсилювача. Відкоригований звук електромагнітного звукознімача стане подібним до звуку комбопідсилювача, записаного в подібних умовах, у результаті чого відкриється можливість записувати звук електрогітари без комбопідсилювача. Відношення 30 40 45 50 55 є віртуальною частотною характеристикою акустоелектричного перетворювача, що коригується. Воно залежить від реальної частотної характеристики акустоелектричного перетворювача, але в той же час залежить від ряду інших чинників, таких як частотна характеристика еталонного мікрофона, умови розміщення еталонного мікрофона, акустичні властивості навколишнього приміщення, власні шумові властивості акустоелектричного перетворювача та ін. Відношення 35 E ƒ  P ƒ  E ƒ  P ƒ  є функцією, зворотною віртуальній частотній характеристиці E ƒ  P ƒ  акустоелектричного перетворювача, що коригується. Теоретично, використання цього відношення як частотної характеристики коригуючого фільтра робить звук акустоелектричного перетворювача подібним до звуку еталонного мікрофона, записаного в подібних умовах. Однак на практиці віртуальні частотні характеристики акустоелектричних перетворювачів можуть мати дуже малі значення на певних частотах. Відповідно, величина E ƒ  може набувати дуже великих значень на цих частотах. Це може P ƒ  призводити до значного посилення сигналу акустоелектричного перетворювача в певних частотних інтервалах. Даний випадок проілюстрований пунктирною лінією на кресленні. Навіть у тому випадку, якщо сумарна протяжність подібних інтервалів на частотній осі невелика, їх наявність може призводити до неприйнятно великих шумів на виході коригуючого фільтра, причому посилюватися будуть не лише власні шуми акустоелектричного перетворювача, але і шуми електронної схеми, що посилює і перетворює в цифрову форму сигнал акустоелектричного перетворювача. Значною мірою ослабити вплив шумів можна шляхом відповідного вибору коефіцієнта c. Як видно з креслення, реальна частотна характеристика фільтра (показана суцільною лінією), не перевищує величину коефіцієнта c. Таким чином, посилення фільтра на частотах, що відповідають областям низької чутливості акустоелектричного перетворювача, виявляється обмеженим. Відповідно, обмеженими за величиною виявляються і шуми. Оптимальне значення коефіцієнта c залежить від рівня власних шумів акустоелектричного перетворювача. Цей коефіцієнт повинен вибиратися із умов відсутності значимих шумів на виході коригуючого фільтра. При цьому, чим більше значення коефіцієнта c, тим вище буде точність частотної корекції. Отже, найкращі результати можуть бути отримані в результаті частотної корекції таких 2 UA 70187 U акустоелектричних перетворювачів, які мають максимальний за величиною вихідний сигнал і мінімальні власні шуми. 5 10 15 20 25 30 Як фільтр з амплітудно-частотною характеристикою K ƒ  може використовуватися, зокрема, цифровий фільтр. Цей цифровий фільтр може бути реалізований як у вигляді комп'ютерної програми, так і у вигляді окремого пристрою, що включає АЦП, цифровий обчислювальний пристрій і ЦАП. Цифровий фільтр із заданою частотною характеристикою може бути синтезований автоматично, за допомогою комп'ютерної програми або спеціалізованого обчислювального пристрою. Для цього може використовуватися будь-який з відомих алгоритмів розрахунку цифрових фільтрів з довільними амплітудно-частотними характеристиками. Реалізація цієї корисної моделі у вигляді програми для персонального комп'ютера дозволить скоротити і здешевити парк мікрофонів, що використовуються в звукозаписувальних студіях, оскільки один мікрофон буде здатний відтворювати якість звучання усіх інших. Використання цієї корисної моделі для поліпшення якості звуку різного типу звукознімачів, що використовуються з різними музичним інструментами, дозволить спростити і здешевити запис звуку музичних інструментів, а також зменшити вимоги до звукоізоляції приміщень, в яких робиться звукозапис. Ця корисна модель також може використовуватися для поліпшення тембру мікрофонів, що знаходяться в специфічних умовах. Наприклад, мікрофону, що знаходиться всередині корпусу музичного інструмента може бути наданий тембр мікрофона, що знаходиться зовні музичного інструмента. Аналогічним чином, мікрофону, що знаходиться всередині герметичного корпусу приладу (наприклад, всередині корпусу мобільного телефона, що не має отворів), може бути наданий тембр мікрофона, що знаходиться зовні. Це дозволить виконувати подібні прилади водонепроникними і підвищити їх надійність. Ця корисна модель також може використовуватися для надання мікрофону, розташованому далеко від музичного інструмента, тембру звучання мікрофона, що знаходиться поблизу музичного інструмента, і навпаки. Наведені приклади не вичерпують усіх можливостей застосування цієї корисної моделі. Джерела інформації: 1. Южаков М. Темброблок для электрогитары. - Радио, 1997. - С. 38-39. 2. Каоru Gyotoku and Takaaki Hashimoto, USA Patent Application No. 0220872 "Recording apparatus, recording method, audio signal correction circuit, and program", Int. Cl H03G 5/00, Published Sep. 2, 2010, 17 pages. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб частотної корекції акустоелектричних перетворювачів, при якому електричний звуковий сигнал акустоелектричного перетворювача пропускають через коригуючий фільтр з заданою амплітудно-частотною характеристикою, який відрізняється тим, що для визначення необхідної амплітудно-частотної характеристики фільтра, виконують одночасний запис звуку з виходу акустоелектричного перетворювача, що коригується, і з виходу еталонного мікрофона, після чого амплітудно-частотну характеристику фільтра в інтервалі звукових частот задають у відповідності з вираженням: Eƒ   c, при Pƒ   c,  K ƒ     Eƒ  , при Eƒ   c,  Pƒ  Pƒ   45 50 де K ƒ  - амплітудно-частотна характеристика фільтра, Eƒ  - модуль перетворювання Фур'є від записаного звукового сигналу еталонного мікрофона, Pƒ  - модуль перетворювання Фур'є від записаного звукового сигналу акустоелектричного перетворювача, що коригується, ƒ - частота, c - сталий коефіцієнт. 3 UA 70187 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4