СПОСОБ ЦВЕТОВОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ЗВУКОВЫХ СТЕРЕОСИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COLOUR-RENDERING OF AUDIO STEREO SIGNALS AND DEVICE TO THIS EFFECT

Изобретение относится к устройствам цветомузыки и может быть использовано для перевода двухканальной стереофонии в цветовые образы. Прототипом принята приставка “Спектр-10” [1 с.98] цветового сопровождения звука, воспроизводимого с носителей звука грампластинок и магнитных лент, включает предварительный усилитель, три активных полосовых фильтра звуковой частоты /ЗЧ/, три амплитудных детектора, три ключевых каскада, три тиристора и три группы ламп накаливания со светофильтрами из цветного стекла: красного, зеленого и синего. Способ цветового сопровождения, применяемый в прототипе, включает последовательно выполняемые операции: предварительное усиление входного сигнала, разделение полосы частот звукового сигнала на три диапазона тремя полосовыми активными фильтрами ЗЧ, детектирование сигналов трех диапазонов звуковых частот амплитудными детекторами, управление продетектированными сигналами тремя тиристорами, управляющими яркостью свечения трех групп ламп накаливания. Недостатки прототипа: осуществление цветового сопровождения монозвукового сигнала, а не цветовое его отображение, узкий диапазон цветового охвата.
Цель изобретения - осуществление объемного цветового отображения стереозвуковых сигналов с наибольшим диапазоном цветового охвата. Техническими результатами заявляемого способа цветового отображения звуковых стереосигналов и устройства его осуществления являются реализация объемного цветового отображения стереозвуков на двух плоскопанельных экранах с наибольшим диапазоном цветового охвата /наибольшего количества смешиваемых цветов/ привлечением для процесса смешивания семи хроматических цветов и двух нехроматических цветов: белого и желто-зеленого. Способ цветового отображения звуковых стереосигналов выполняется последовательным проведением операций параллельно двумя идентичными каналами по схеме на фиг.1:
1. предварительное усиление звуковых стереосигналов,
2. разделение полосы сигналов звуковой частоты /ЗЧ/ на девять диапазонов,
3. подиапазонное детектирование сигналов,
4. кодирование девяти продетектированных сигналов двоичным кодом,
5. сосредоточение кодов в периоде кадра в девяти накопителях кодов,
6. синхронная выдача кодов в параллельном виде в девять блоков импульсных усилителей,
7. отображение на левом и правом плоскопанельных экранах цветовых образов стереосигналов, воспринимаемых зрителем через очки раздельных полей зрения.
Сущность заявляемого способа в том, что цветовое отображение стереозвуков осуществляется на двух экранах последовательным выполнением в каждом канале операций кодирования кодов звуков в девяти диапазонах звуковой частоты, накоплением кодов за период кадра девятью накопителями кодов, синхронной выдачей всех кодов из накопителей кодов в девять блоков импульсных усилителей, управляющие импульсы с которых включают на излучение излучающие ячейки двух экранов, цветовые образы стереосигналов звука зритель воспринимает через очки раздельных полей зрения. Цветовой образ сигнала звука создается в каждом кадре смешиванием девяти цветов /аддитивное сложение цветов/, дающим наибольший цветовой охват. На правом экране отображается цветовой образ правого сигнала звука, на левом экране отображается цветовой образ левого стереосигнала.
Устройством, реализующим заявленный способ, является устройство цветового отображения музыки, представленное на фиг.2.
Сущность изобретения в том, что устройство выполняется по схеме двухканальной стереофонии, в каждый канал вводятся блок из девяти полосовых фильтров ЗЧ, последовательно соединенные девять АЦП, девять накопителей кодов, девять блоков импульсных усилителей и плоскопанельный экран, содержащий матрицу элементов по числу разрешения экрана, а каждый элемент матрицы формирует свой пиксел девятью излучающими ячейками, излучающими семь хроматических цветов и два нехроматических цвета /желто-зеленый и белый/, и вводятся очки раздельных полей зрения.
строк
отсчетов
Структурная схема устройства на фиг.2, структурная схема первого канала на фиг.3, схема второго канала на фиг.4, накопитель кодов на фиг.5, блок регистров на фиг.6 и 7, общий вид элемента матрицы на фиг.8, вид элемента матрицы сверху на фиг.9, излучающая ячейка на фиг.10. Видеорежим на экранах 1000×1000×25 Гц. Частота дискретизации кодов звуковых сигналов в АЦП составляет:
д
f=25 Гц×1000×1000=25 МГц.
где: 25 Гц - частота кадров, частота цветовых образов на экране,
1000 - число строк на экране /в кадре/,
c
1
9
1
9
1
9
1
9
1-9
6
6
1000 - число отсчетов в строке. Частота строк f=25 Гц×1000=25 кГц. Устройство цветового отображения музыки /фиг.2/ содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов и делитель 2 частоты, два идентичных канала, каркас 3 для размещения в нем двух плоскопанельных экранов и очки 4 раздельных полей зрения. Первый канал включает /фиг.3/ последовательно соединенные предварительный усилитель 5, вход которого является первым информационным входом устройства, блок 6 полосовых фильтров звуковой частоты, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ 6-6, диапазоны полос, выделяемые полосовыми фильтрами в таблице 1, включает блок 7 детекторов, содержащий девять амплитудных детекторов, вход каждого из которых подключен к выходу своего активного полосового фильтра ЗЧ в блоке 6, выходы девяти амплитудных детекторов являются первым-девятым выходами блока 7, включает девять АЦП 8-8, вход каждого АЦП подключен к своему выходу в блоке 7 детекторов, включает девять накопителей 9-9 кодов звука, первый-восьмой выходы каждого из них подключены соответственно к первому-восьмому выходам своего АЦП 8, девять блоков 10-10 импульсных усилителей, каждый из которых содержит по 10 импульсных усилителей и включает левый неподвижный плоскопанельный экран 11, входы которого подключены к выходам девяти блоков 10 импульсных усилителей, которые имеют 72×10 выходов:
блоков
разрядов
6
6
9×8×10=72×10.
1
9
1
9
1
9
1-9
6
6
Второй канал включает /фиг.4/ последовательно соединенные предварительный усилитель 12, вход которого является вторым информационным входом устройства, блок 13 полосовых фильтров ЗЧ, содержащий девять активных полосовых фильтров ЗЧ, диапазоны которых идентичны диапазонам полосовых активных фильтров блока 6 первого канала, включает блок 14 детекторов, содержащий девять амплитудных детекторов, вход каждого из которых подключен к выходу своего активного фильтра ЗЧ в блоке 13, выходы девяти амплитудных детекторов являются выходами блока 14, включает девять АЦП 15-15, вход каждого из которых подключен к своему выходу в блоке 14 амплитудных детекторов, девять накопителей 16-16 кодов звука, первый-восьмой входы каждого из них подключены соответственно к первому-восьмому выходам своего АЦП 15, девять блоков 17-17 импульсных усилителей, каждый из которых содержит по 10 импульсных усилителей, и включает правый подвижный плоскопанельный экран 18, входы которого с 1 по 72×10 подключены к стольким же выходам девяти блоков 17 импульсных усилителей. Вариант разделения полосы звуковых частот активными полосовыми фильтрами блоков 6 и 13 на девять диапазонов в таблице 1.
Таблица 1
Диапазоны Гц
20-300
300-900
900-1500
1500-3000
Цвет
красный
оранжевый
желтый
желто-зеленый
Диапазоны Гц
3000-5000
5000-8000
8000-10000
10000-13000
13000-16000
Цвет
зеленый
голубой
синий
фиолетовый
белый
6
1-8
1-8
1-8
1-8
Неподвижный левый 11 и подвижный правый 18 экраны размещены в каркасе 3 /фиг.2/, нижняя часть которого под правым экраном 18 имеет опорные ролики 19 для перемещения по ним правого экрана 18 влево и вправо на 15 см. Экраны 11, 18 идентичны, каждый содержит матрицу из элементов /фиг.8/, которых в экране по числу его разрешения 10 пикселов /1000×1000/. Каждый элемент матрицы формирует пиксел излучением девяти излучающих ячеек, которые излучают семь хроматических цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый и два нехроматических цвета желто-зеленый и белый. Общий вид элемента матрицы - на фиг.8, 9 и включает непрозрачный корпус 20, объединяющий в себе девять излучающих ячеек 21-29, расположенных в три ряда: верхний ряд - ячейки 21-23 излучают красный, оранжевый, желтый цвета, средний ряд - ячейки 24-26 излучают желто-зеленый, белый, зеленый цвета, нижний ряд - ячейки 27-29 излучают голубой, синий, фиолетовый цвета. По устройству излучающие ячейки идентичны, каждая содержит /фиг.10/ корпус 30, в переднем торце которого расположена микролинза 31, в выходном торце корпуса размещен соответствующего цвета цветной светофильтр 32, между микролинзой 31 и цветным светофильтром 32 расположен корпус 33 диафрагмы /фиг.9/ с восемью прорезями, в которых расположены по числу разрядов в коде восемь нейтральных микросветофильтров 34, прикрепленных к своим микропьезоэлементам 35, первые торцы которых с двумя управляющими входами жестко закреплены в корпусе 33 диафрагмы /фиг.10/, к вторым свободным концам микропьезоэлементов 35 прикреплены нейтральные микросветофильтры 34, которые при отсутствии управляющих импульсов с блоков 10, 17 /фиг.2/ полностью перекрывают поток излучения от микролинзы 31. Излучающие ячейки работают идентично, принцип их действия основан на том, что каждый нейтральный микросветофильтр 34 поглощает /ослабляет/ излучение потока после микролинзы 31 соответственно весу своего разряда в коде, коэффициенты поглощения - в таблице 2, значения которых соответствуют принципу двоичного кода.
Таблица 2
Номер разряда
Вес разряда в коде
Коэффициент поглощения излучения
1 - старший
2<sup>7</sup>
/127/
0,5
50%
2
2<sup>6</sup>
/64/
0,25
25%
3
2<sup>5</sup>
/32/
0,125
12,5%
4
2<sup>4</sup>
/16/
0,0625
6,25%
5
2<sup>3</sup>
/8/
0,03125
3,125%
6
2<sup>2</sup>
/4/
0,015625
1,56%
7
2<sup>1</sup>
/2/
0,078
0,78%
8
2<sup>0</sup>
/1/
0,039
0,39%
1-8
1-9
1-9
1-8
1
9
1
9
1-1000
к
1
д
выд
1000
1-8
1-8
1-9
1-9
от
д
выд
от
1-8
з
2
з
выд
1-9
1-9
1
9
1
9
1-9
1-9
6
6
6
6
Микросветофильтры 34 расположены по оптической оси микролинзы 31 друг за другом в порядке убывания значений коэффициентов поглощения нейтральными микросветофильтрами 34, нейтральный микросветофильтр с наибольшим коэффициентом поглощения расположен первым от микролинзы 31. Излучение от источника облучения /подсветки/ сверхяркого светодиода белого свечения микролинзой 31 направляется через нейтральные микросветофильтры 34 на цветной светофильтр 32, придающий излучению ячейки нужный цвет. Излучающая ячейка 25 /фиг.8/ излучает белый цвет, поэтому она не имеет цветного светофильтра, вместо него прозрачное стекло. Первый и второй управляющие входы микропьезоэлементов 35 /фиг.10/ являются управляющими входами элемента матрицы и подключены к выходам соответствующих импульсных усилителей в блоках 10 и 17 /фиг.2/. В отсутствие управляющих импульсов /сигналов единиц кодов/ микропьезоэлементы 25 находятся в ненапряженном состоянии, все микросветофильтры 34 расположены по оптической оси микролинзы 31 и полностью перекрывают поток излучения. С приходом управляющего импульса на микропьезоэлемент 35 его свободный конец изгибается и выводит свой нейтральный микросветофильтр 34 из потока излучения на длительность импульса 40 мс /длительность кадра 25 Гц/, чтобы не ослаблялся поток излучения, что соответствует “1” в разряде кода, не выведенный из потока микросветофильтр 34 соответствует “0” в разряде кода /фиг.10/. При поступлении кода из одних единиц 11111111 из потока выводятся все восемь микросветофильтров 34, в этом случае из ячейки идет максимальное излучение. При поступлении разных кодов из потока излучения выводятся микросветофильтры 34, соответствующие в коде единицам. В качестве микропьезоэлементов 35 применяются трубчатые пьезоэлементы, работающие на изгиб, прочные и пригодные для длительной работы [2, с.27]. Излучающие ячейки выполняются максимально миниатюрными для получения элементов матриц с минимальными размерами /например, 3×3 мм/. Излучающие ячейки изготавливаются отдельно, объединяются в корпусе 20 /фиг.8/, а из элементов матриц набирается экран 11 /18/. Ячейки выполняют преобразование “код - яркость цвета”. Излучение девяти ячеек смешивается на выходе элемента матрицы, и формируется пиксел яркостью и цветовым тоном соответственно кодам девяти цветов. Облучение /подсветка/ микролинз 31 всех элементов матриц производится сверхяркими светодиодами белого свечения, расположенными в соответствующем количестве и в соответствующем порядке на тыльной стороне внутри корпусов экранов 11, 18, чтобы каждый светодиод облучал несколько микролинз. Накопители 9-9, 16-16 идентичны, каждый содержит /фиг.5/ блоки 36 регистров по числу строк в кадре. Информационными первым-восьмым входами накопителя кодов являются поразрядно объединенные первый-восьмой входы всех 1000 блоков 36 регистров, выходами их являются параллельные выходы с первого по 8000 всех блоков 36 регистров, всего выходов с накопителя 9 /16/ кодов: 8000×1000=8×10. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход U 25 Гц первого блока 36 регистров /фиг.5/, вторым - объединенные вторые управляющие входы U 25 МГц блоков 36 регистров, третьим - объединенные третьи управляющие входы U 25 кГц блоков 36, четвертым - объединенные четвертые управляющие входы блоков 36 регистров, подключенные к выходу последнего блока 36 регистров. Управляющий выход каждого предыдущего блока 36 регистров является первым управляющим входом для каждого последующего блока 36 регистров. Блоки 36 идентичны, каждый включает /фиг.6, 7/ первый 37 и второй 38 ключи, распределитель 39 импульсов и восемь регистров 40, каждый из которых содержит по числу отсчетов в строке 1000 разрядов. Информационными входами блока 36 регистров являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров 40. Выходами являются параллельные выходы всех 1000 разрядов восьми регистров: 8000 /8×1000/. Выходы 1000 блоков регистров являются выходами каждого накопителя 9, 16 кодов, всего выходов в каждом канале 72×10 /9×8×1000×1000/. Управляющими входами блока 36 регистров являются: первым - первый управляющий вход U 25 Гц первого ключа 37, вторым - сигнальный вход U /25 МГц/ первого ключа 37, третьим - сигнальный вход U /25 кГц/ второго ключа 38, четвертым - первый управляющий вход U ключа 38. Выход первого ключа 37 подключен к входу распределителя 39 импульсов, выходы которого последовательно, начиная с первого, подключены к первым /тактовым/ входам разрядов параллельно восьми регистров 40, последний 1000-ый выход подключен к второму управляющему входу U первого ключа 37 и является управляющим выходом в следующий блок 36 регистров. Выход второго ключа 38 подключен параллельно к вторым входам разрядов параллельно восьми регистров 40 и к второму управляющему U входу второго ключа 38, прошедший один импульс U закрывает ключ 38. Выходы накопителей 9 /16/ кодов подключены к /фиг.2/ входам своих блоков 10-10 /17-17/ импульсных усилителей, каждый из которых включает импульсных усилителей по числу выходов с накопителя 9 /16/ кодов, т.е. 8×10 импульсных усилителей. Выходы девяти блоков 9 /16/ импульсных усилителей 72×10 подключены к стольким же входам своего плоскопанельного экрана 11 /18/.
Работа накопителей кодов, фиг.5, 6, 7.
к
1
д
1-8
з
2
1000
выд
1-9
1-9
1-9
1-9
6
6
Сигналы разрядов с АЦП 8 поступают на третьи /информационные/ входы разрядов восьми регистров 40 /фиг.6/. Заполнение регистров 40 кодами строки начинается с открытием сигналом U первого ключа 37 в первом блоке 36 /фиг.5/ регистров. Ключ 37 пропускает импульсы U на вход распределителя 39 импульсов, тактовые импульсы с которого последовательно поступают на тактовые входы разрядов восьми регистров 40. По заполнению регистров 40 с последнего выхода распределителя 39 импульсов сигнал U закрывает ключ 37 и управляющим сигналом открывает ключ 37 в следующем блоке 36 регистров, регистры 40 которого заполняются кодами второй строки. За период кадра 40 мс кодами последовательно заполняются регистры 40 всех блоков 36 регистров /фиг.5/. С последнего блока 36 выходной управляющий сигнал поступает параллельно на четвертые управляющие входы всех блоков 36 и открывает в них вторые ключи 38, которые пропускают импульс U, которые синхронно выдают из всех блоков 36 регистров коды в блоки 10 /17/ импульсных усилителей, каждый из которых содержит импульсные усилители по числу выходных сигналов /8×10/ с накопителя 9 /16/ кодов. Выходы девяти блоков 10, 17 подключены к 72×10 входам экранов соответственно 11, 18. Большое число необходимых соединений определяет необходимость исполнения накопителей 9, 16 кодов, блоков 10, 17 импульсных усилителей на тыльной стороне корпусов экранов 11, 18 в единой и неразборной конструкции.
Устройство содержит очки 4 раздельных полей зрения /фиг.2/, которые представляют оправу с дужками для ушей, окна очков без стекол, между собой окна очков соединены подвижно вертикальной осью для поворота окон очков относительно друг друга. Каждое окно имеет конусную бленду на конце прямоугольной формы под форму экрана. Каждая бленда состоит из двух частей: первая часть вкручивается в окно, вторая часть подвижная, выдвигается и вдвигается в первую для изменения длины бленды.
Работа устройства, фиг.2, 3, 4.
1-9
1-9
1-9
1-9
1-9
1-9
На входы предварительных усилителей 5, 12 поступают стереосигналы звука, которые после усиления поступают на входы блоков 6, 13 полосовых фильтров ЗЧ, выделяющие на 1-9 выходах блоков 6, 13 сигналы девяти диапазонов звуковой частоты соответственно таблицы 1, которые детектируются в блоках 7, 14 и поступают в свои АЦП 8 и 15, выдающие 8-и разрядные коды будущих цветов, поступающие в свои накопители кодов 9 и 16. В накопителях кодов коды звуковых сигналов сосредотачиваются в течение периода 40 мс кадра. С окончанием периода следует синхронная выдача кодов из всех накопителей кодов в блоки 10 и 17 импульсных усилителей, где импульсы формируются по амплитуде и длительности и поступают управляющими сигналами в ячейки элементов матриц экранов 11, 18. Излучение ячеек элементов матриц создает цветовые образы звуков на двух экранах. Зритель наблюдает через очки раздельных полей зрения цветовые образы звуков: левый глаз с левого экрана 11, правый глаз с правого экрана 18. Для просмотра цветовой музыки зритель надевает очки, перемещением экрана 18 в каркасе 3 подбирает расстояния между экранами так, чтобы экраны входили в поля зрения очков. Точная подстройка полей зрения выполняется поворотом окон очков и изменением длин их бленд. По цветовым и временным разницам двух цветовых образов звука мозг зрителя воспримет игру спектров с двух плоскостей экранов в цветовой и объемный по глубине образ музыкального момента с игрой двух спектров по глубине, оформится новый вид искусства - музыка цветов. Устройство может быть выполнено на огромных экранах в больших залах и на малых экранах для домашнего пользования, будет полезно для разгрузки космонавтов при длительном пребывании экипажей в космосе.
Использованные источники
1. Н.В.Громов, Т.Д.Залесов, Б.К.Карро-Эст. Радиоприемники, радиолы, электрофоны и магнитофоны. Справочная книга. Лениздат, 1983, с.98, прототип.
2. А.Ф.Плонский, В.И.Теаро. Пьезоэлектроника. М., 1979, с.26, 27.
3. Г.И.Ашкенази. Цвет в природе и технике. М., 4-е изд, 1985, с.13, 18, 88, 91.