УСТРОЙСТВО ПЕРЕГОВОРНОЕ ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ СВЯЗИ ЧЛЕНОВ ЭКИПАЖА, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ
NEGOTIATING DEVICE FOR INTERNAL COMMUNICATION OF CREW MEMBERS WORKING IN CONDITIONS OF INCREASED ACOUSTIC NOISE

Изобретение относится к технике телефонной связи и может быть использовано в качестве устройства для ведения телефонных переговоров членов экипажа между собой внутри подвижного объекта в условиях воздействия повышенных акустических шумов.
Известно, что при работе членов экипажа в закрытом помещении подвижного объекта на транспортной базе в условиях повышенных акустических шумов общение между ними затруднено и поэтому осуществляется короткими фразами в одно-два слова, особенно при возникновении аварийной ситуации в объекте. Поэтому каждому члену экипажа и особенно старшему должностному лицу, находящемуся на одном из рабочих мест подвижного объекта, важно четко определить говорящего. При этом по голосу трудно определить, кто же конкретно говорит в данный момент времени. Положение усложняется еще и тем, что каждый из членов экипажа работает в шлемофоне, используемом для защиты органов слуха от повышенных акустических шумов до 120 дБ.
Для обеспечения внутренней телефонной связи между членами экипажа могут быть использованы различные абонентские аппараты, обеспечивающие ведение телефонной связи в условиях воздействия шумов от работающих двигателей подвижных объектов. В качестве такого аппарата может быть использован телефонный аппарат с громкоговорящим приемом типа АТГ-70 или локальная система громкоговорящей связи, оборудование которой состоит из пульта служебной связи (центрального диспетчерского пульта) и аппаратов громкоговорящей связи [1]. Такие аппараты и системы обеспечивают ведение внутренней связи только в условиях воздействия шумов до 60 дБ.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство переговорное Р-124, структурная схема и технические возможности которого приведены в техническом описании на него [2]. Это устройство содержит пять абонентских аппаратов, каждый из которых включает в себя коммутационную часть, ларингофонный усилитель и усилитель оконечный, пять шлемофонов, каждый из которых состоит из головного убора, в котором замонтированы два низкоомных телефона, и двух электромагнитных ларингофонов (или микрофон с усилителем), укрепленных в кожаных мешках на ремешках с затяжной пряжкой, нагрудный переключатель с четырехжильным шнуром, предназначенным для соединения с ларинго-телефонной гарнитурой, вращающееся контактное (коммутационное) устройство и колодку дополнительного абонента.
Устройство переговорное по прототипу служит для обеспечения членов экипажа подвижного объекта внутренней телефонной связью в условиях повышенных шумов до 120 дБ и возможности выхода членов экипажа на внешнюю радиосвязь при наличии радиостанций, подключенных к устройству.
Основным недостатком известного устройства является недостаточная узнаваемость говорящего члена экипажа особенно при ведении телефонной связи между несколькими абонентами одновременно.
Целью изобретения является создание устройства для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов, обеспечивающего повышение узнаваемости говорящего в подвижном объекте.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве переговорном для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов, содержащем пять абонентских аппаратов, пять однотипных шлемофонов, каждый из которых состоит из левого и правого головных телефонов, микрофона с усилителем, нагрудный переключатель с соединительным шнуром и коммутационный блок, в состав каждого из абонентских аппаратов, выполненных в виде формирователей сигналов, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), линия задержки (ЛЗ), переключатель времени задержки сигналов, два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) и кнопочный переключатель, при этом выход микрофона с усилителем каждого из пяти шлемофонов через нормально разомкнутые контакты нагрудного переключателя соединен с первым входом коммутационного блока, первый выход которого через первые нормально замкнутые контакты нагрудного переключателя соединен с входом левого головного телефона шлемофона, вход правого головного телефона через вторые нормально замкнутые контакты нагрудного переключателя соединен со вторым выходом коммутационного блока, третий выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя формирователя сигналов, выход АЦП подключен параллельно к входу линии задержки, к первому входу переключателя времени задержки и к входу второго цифроаналогового преобразователя, первый и второй выходы линии задержки подключены соответственно ко второму и третьему входам переключателя времени задержки сигналов, выход которого соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход которого через первые нормально замкнутые контакты кнопочного переключателя соединен со вторым входом коммутационного блока, третий вход которого через вторые нормально замкнутые контакты кнопочного переключателя соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя, при этом первые выходы коммутационного блока соединены параллельно с аналогичными первыми выходами нагрудных переключателей у всех пяти шлемофонов и подключены к первым нормально разомкнутым и ко вторым нормально замкнутым контактам кнопочного переключателя, вторые выходы коммутационного блока соединены параллельно с аналогичными вторыми выходами нагрудных переключателей у всех пяти шлемофонов и подключены к первым нормально замкнутым и ко вторым нормально разомкнутым контактам кнопочного переключателя у всех пяти формирователей сигналов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство переговорное для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов, отличается наличием новых блоков в составе каждого из абонентских аппаратов, выполненных в виде формирователя сигналов, включающего в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП), линию задержки (ЛЗ), переключатель времени задержки сигналов, два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) и кнопочный переключатель, а также изменением связей между известными блоками схемы, что способствовало повышению узнаваемости говорящего члена экипажа подвижного объекта при работе в условиях повышенных акустических шумов за счет реализации в устройстве стереофонического эффекта.
Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение с известными техническими решениями показывает, что предложенная совокупность блоков с их соответствующими связями способствует достижению поставленной цели, а именно повышению узнаваемости говорящего в данный момент времени члена экипажа подвижного объекта. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «существенные отличия». Оно явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень. Кроме того, оно промышленно применимо, что подтверждается изготовлением макета предлагаемого устройства переговорного для внутренней связи членов экипажа с использованием существующих серийно выпускаемых блоков, узлов и стандартной элементной базы.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов.
1
5
1
5
Устройство для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов, содержит пять 1 (1-1) однотипных шлемофонов, каждый из которых состоит из микрофона 2 с усилителем, левого 3 и правого 4 головных телефонов, нагрудный переключатель 5 с соединительным шнуром, коммутационный блок 6 и пять 7 (7-7) формирователей сигналов абонентских аппаратов, каждый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, линию 9 задержки (ЛЗ), переключатель 10 времени задержки сигналов, первый 11 и второй 12 цифроаналоговые преобразователи и кнопочный переключатель 13.
1
5
Каждый из пяти однотипных шлемофонов 1 (1-1), предназначенных для защиты органов слуха абонента от воздействия внешних акустических шумов и головы от ударов при движении объекта, состоит из головного убора (зимнего на меху или летнего на байке), в котором в специальных резиновых держателях (заглушках), закрывающихся снаружи резиновым колпачком и матерчатым клапаном, замонтированы левый 3 и правый 4 головные телефоны.
Для соединения шлемофона 1 с нагрудным переключателем 5 из него выходит соединительный четырехжильный шнур, заканчивающийся четырехконтактным штырьковым разъемом, вторая половина которого (гнездная) находится в нагрудном переключателе.
В качестве микрофона 2 может быть использован электродинамический микрофон типа МД-281А или конденсаторный электретный микрофон типа МКЭ-156, а в качестве левого 3 и правого 4 головных телефонов могут быть использованы телефоны типа ДЭМК-6А или ДЭМК-71 [3].
Конструктивно нагрудный переключатель 5 представляет собой пластмассовую коробку, с одного торца которой выходит соединительный четырехжильный шнур, оканчивающийся вставкой разъема, который подключается к колодке шлемофона. На нагрудном переключателе имеется переключатель на два положения, в одном из которых (включено) обеспечивается подключение выхода микрофона в сеть внутренней связи, а в другом положении (выключено) осуществляется прием сигналов из сети на левый 3 и правый 4 головные телефоны.
Коммутационный блок 6 предназначен для подключения разговорных цепей каждого из шлемофонов 1 и формирователей сигналов 7 к левой и правой шинам, находящимся внутри коммутационного блока 6.
В качестве аналого-цифрового преобразователя 8 может быть использован серийно выпускаемый промышленностью шестнадцатиразрядный аналого-цифровой преобразователь.
В качестве первого 11 и второго 12 цифроаналоговых преобразователей может быть использован серийно выпускаемый промышленностью шестнадцатиразрядный цифроаналоговый преобразователь.
Кнопочный переключатель 13 представляет собой переключатель на два положения, имеющий одну контактную группу на замыкание и вторую - на размыкание. Он предназначен для выбора левого или правого головных телефонов шлемофонов 1.
Работа предлагаемого устройства переговорного для внутренней связи членов экипажа, работающих в условиях повышенных акустических шумов, происходит следующим образом.
Устройство переговорное обеспечивает следующие виды связи:
внутреннюю телефонную связь между пятью членами экипажа (с прослушиванием собственной речи). При этом передачу может вести один из членов экипажа, а остальные принимают речевые сигналы на головные телефоны шлемофонов;
циркулярную телефонную связь между всеми пятью членами экипажа подвижного объекта, когда один из членов экипажа передает сообщение для всех членов экипажа, а остальные члены экипажа это сообщение принимают на головные телефоны своих шлемофонов. При этом любой из членов экипажа может вести передачу и также принимать речевое сообщение от любого члена экипажа.
Ведение передачи речевых сообщений осуществляется от каждого из пяти членов экипажа (абонентов) путем перевода нагрудного переключателя 5 из положения прием в положение передача. При этом аналоговый сигнал с выхода микрофона 2 шлемофона 1 говорящего через замкнутые контакты нагрудного переключателя 5 и коммутационный блок 6 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8 всех пяти формирователей 7 сигналов. В аналого-цифровом преобразователе 8 происходит превращение аналогового сигнала от микрофона 2 в цифровую последовательность. Это преобразование необходимо для подготовки двух взаимно сдвинутых во времени сигналов для последующей раздельной подачи на левый 3 и правый 4 головные телефоны каждого из пяти шлемофонов 1. Этим самым обеспечивается впечатление прихода сигнала с определенного пространственного направления.
Сдвиг сигнала осуществляется за счет задержки цифрового сигнала с выхода АЦП 8 линией 9 задержки. Линия 9 задержки с помощью переключателя 10 позволяет устанавливать два значения времени задержки 25 и 50 мс. Задержанный сигнал с выхода переключателя 10 и прямой сигнал с выхода АЦП 8 с помощью первого 11 и второго 12 ЦАП вновь преобразуются в аналоговую форму и через кнопочный переключатель 13, коммутационный блок 6 и контакты переключателя 5 подаются соответственно на левый 3 и правый 4 головные телефоны шлемофона 1. В зависимости от положения переключателя 10 времени задержки сигналов создается пять комбинаций разницы задержек сигналов на левый 3 и правый 4 головные телефоны шлемофона 1, указанных ниже в таблице:
Исходя из приведенных в таблице значений видно что, если говорит, например, первый абонент, то у него сигналы на левый и правый головные телефоны приходят без задержки. Для второго абонента сигнал приходит с задержкой на 25 мс на левый головной телефон и без задержки - на правый головной телефон. Аналогично можно определить и для других абонентов.
Для достижения этого эффекта в коммутационном блоке 6 сделаны две раздельные цепи (внутри блока): левая шина, объединяющая все цепи, идущие на левые 3 головные телефоны шлемофонов 1, и правая шина, объединяющая все цепи, идущие на правые 4 головные телефоны шлемофонов 1.
В этом случае, за счет стереофонического эффекта в сети внутренней связи обеспечивается закрепление за голосом направления на расположение места говорящего на внутреннем пространстве объекта (по левому или правому борту). Индивидуальность каждому говорящему придается за счет разделения речевого сигнала от его микрофона на две копии, сдвинутые на заранее выбранный временной интервал относительно друг друга. Эти копии подаются на отдельно соединенные (внутри коммутационного блока 6) между собой правые или левые головные телефоны всех шлемофонов.
Пространственная локализация обеспечит значительные удобства при пользовании переговорным устройством. Определение направления позволит, настраиваясь на направление говорящего, выделять его речь на фоне шумов. Сориентировавшись по направлению прихода звука, можно выделить нужный голос при одновременном разговоре нескольких человек.
Так называемый бинауральный эффект придаст каждому слушающему впечатление, что звук приходит строго с определенного направления. Использовав две различные задержки (25 и 50 мс), можно локализовать четыре направления прихода звука. От члена экипажа, расположенного по левому борту, необходимо задерживать копию сигнала от его микрофона, которая приходит на правые головные телефоны остальных членов экипажа. Им будет казаться, что речь прозвучала слева. И наоборот, от члена экипажа, расположенного по правому борту, необходимо задерживать копию сигнала, приходящую на левые головные телефоны остальных членов экипажа. Им будет казаться, что речь прозвучала справа.
Если копии сигнала от микрофона не сдвинуты во времени, то всем членам экипажа будет казаться, что говорящий расположен прямо перед ними. Величина задержки изменяет угол кажущегося расположения говорящего по отношению к голове слушающего. Чем большая задержка, тем кажущийся угол расположения говорящего будет ближе к 90 градусам.
Реализация указанного принципа в предлагаемом устройстве для внутренней связи членов экипажа подвижного объекта достигается за счет разделения головных телефонов шлемофона на два: левый 3 и правый 4 головные телефоны, а также сдвига приходящих сигналов от своего микрофона 2 и подачи сдвинутого сигнала на один из двух головных телефонов.
Для сдвига сигналов от микрофона используется формирователь 7 сигналов, имеющий в своем составе один аналого-цифровой (АЦП) 8 и два цифроаналоговых (ЦАП) 11 и 12 преобразователей, линию 9 задержки и переключатель 10 времени задержки, на второй и третий входы которого с линии 9 задержки подаются сдвинутые на 25 или 50 мс сигналы от микрофона 2. На первый вход переключателя 10 сигнал от микрофона 2 поступает без сдвига.
Достоинством предлагаемого устройства является реализация принципа работы на основе стереофонического эффекта, который обладает повышенной акустической помехоустойчивостью. Это дает возможность уменьшить уровень передаваемого и принимаемого сигналов при ведении внутренней телефонной связи и соответственно снизить утомляемость членов экипажа при длительных поездках в подвижном объекте.
1
5
Прием речевых сообщений осуществляется по тракту, включающему: выходы кнопочных переключателей 13, коммутационный блок 6, входы нагрудного переключателя 5 и с его выхода сигнал поступает на входы левого 3 и правого 4 головных телефонов однотипных шлемофонов 1 (1-1).
Циркулярная связь осуществляется аналогично внутренней связи. При этом все члены экипажа могут вести между собой переговоры.
Технический эффект от предлагаемого изобретения заключается в повышении узнаваемости говорящего члена экипажа, достигаемый за счет введения в состав каждого из абонентских аппаратов, выполненных в виде формирователя сигналов, новых блоков и узлов, разделения головных телефонов шлемофона на левый и правый телефоны, сдвига приходящих сигналов от своего микрофона, говорящего в данный момент времени члена экипажа, и подачи сдвинутого сигнала на один из двух головных телефонов: левый или правый головные телефоны.
Достоинством предлагаемого устройства является также и то, что при его использовании повышается удобство пользования внутренней телефонной связью в подвижном объекте за счет введения стереофонического эффекта в голоса членов экипажа, позволяющего узнавать каждого из них по кажущемуся направлению в пространстве подвижного объекта.
Особенностью предлагаемого переговорного устройства является то, что оно обеспечивает ведение внутренней телефонной и циркулярной связи членов экипажа в условиях повышенных акустических шумов в 120 дБ при работе подвижного объекта как на стоянке, так и в движении.
Источники информации
1. Военные системы коммутации и телефония. Б.А. Гордиенко, В.Н. Филиппов, Л.П. Щербина. / Под ред. Б.А. Гордиенко. - ВАС, 1984, с. 24-36.
2. Устройство переговорное Р-124. ЖФ 1.201.002 ТО (Техническое описание), 1972, (прототип).
3. Акустика: Справочник. А.П. Ефимов, А.В. Никонов, М.А. Сапожков, В.И. Шоров. / Под ред. М.А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1989, с. 61-99, 109-157.