УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕЧЕВОЙ СВЯЗИ ДАЙВЕРА
DEVICE PROVIDING SPEECH COMMUNICATION DIVER

Изобретение относится к водолазному оборудованию, а точнее к системам связи дайверов и водолазов, использующих полумаски и систему подачи воздуха для дыхания через загубник от дыхательного аппарата.
Использование автономных подводных дыхательных аппаратов существенно увеличилось за последние годы. Дайверы и профессиональные водолазы выполняют в море разнообразные работы, исследования, а также участвуют в индустрии подводного отдыха. В водной среде дайверы сталкиваются с рисками, связанными как с обитателями моря, так и с другими факторами, такими как дезориентация в пространстве, отказы элементов снаряжения, заливание маски водой и пр. Исходя из этого, в подавляющем большинстве случаев водолазы погружаются с напарниками, для обеспечения взаимного контроля и помощи в экстренных ситуациях. В процессе погружения возникает большая потребность в речевом общении для целей навигации, обсуждения деталей работы, предупреждения о возможной опасности.
Задачу коммуникации дайверов можно условно разделить на две части:
- формирование исходной акустической информации, голоса дайвера, с минимальными искажениями;
- доставка этой информации с приемлемыми искажениями до потребителя в водной среде, например, другого дайвера, обеспечивающего плавсредства, системы ретрансляции и т.п.
Решение второй части задачи в течение десятков лет с момента появления акваланга сводилось к попыткам трансляции речи дайвера в диапазоне частот голоса без применения дополнительных источников энергии, так называемые пассивные системы связи. На современном уровне развития техники, в том числе гидроакустических систем связи, работающих в ультразвуковом диапазоне частот с применением дополнительных источников энергии, так называемых активных систем связи, доставка информации до потребителя производится с помощью приемопередающей аппаратуры, в основном, гидроакустической, использующей различные методы обработки сигналов. Это позволяет получить дальность и помехоустойчивость связи на порядки больше чем в пассивных системах связи.
В настоящее время четкая артикуляция дайвера обеспечивается при использовании полнолицевой маски, внутри которой установлен чувствительный к звуковому полю элемент - микрофон. При этом, как правило, загубник отсутствует, что позволяет дайверу четко произносить фразы. Даже при наличии загубника в полнолицевой маске, дайвер имеет возможность произносить слова, выпустив загубник изо рта. Речевые колебания преобразуются микрофоном в электрический сигнал и поступают в станцию подводной связи, которая обеспечивает их трансляцию в воду. Однако полнолицевые маски не имеют широкого распространения по двум основным причинам:
- высокая стоимость, на порядок превосходящая стоимость полумаски;
- сложность продувания маски при ее заполнении водой.
Последняя причина, при отсутствии загубника в Маске, может привести к летальному исходу. Поэтому подавляющее большинство дайверов предпочитают дышать через загубник и использовать полумаску вместо полнолицевой маски.
Наличие загубника во рту дайвера делает невозможным смыкание губ и как следствие речь становится неразборчивой.
Несмотря на многочисленные попытки создать доступные, функциональные, и удобные механизмы для речевой связи дайверов в полумаске, такие механизмы до сих пор отсутствуют на рынке.
В патенте US 4031888, публикация 28.06.1977, «Breathing mouthpiece for underwater use» - «Дыхательный загубник для подводного использования» представлено устройство, позволяющее улучшить в некоторой степени артикуляцию дайвера, за счет выполнения загубника в виде тарельчатого корпуса, прижатого к лицу дайвера. Тарельчатый корпус удерживается в указанном положении с помощью двух пластин, зажимаемых молярами -коренными зубами дайвера. При этом воздуховод- патрубок от регулятора дыхательного аппарата или дыхательной трубки подключается к противоположной от лица дайвера стороне загубника. Дайвер может говорить, прижимая тарельчатый корпус к лицу, для создания герметичной воздушной полости. Разборчивость по сравнению с речью водолаза, использующего стандартный загубник, возрастает. Такое техническое решение имеет недостатки. Поскольку зубы дайвера все-таки сжаты, артикуляция недостаточно четкая, устройство не может использоваться дайверами у которых отсутствуют моляры. Крепление загубника без традиционных, закусываемых передними зубами пластин, очевидно менее надежно, постоянное трение тарельчатого корпуса загубника о лицо снижает удобство использования устройства.
В патенте US 4527657, публикация 09.07.1985, «Tapered tube impedance matching underwater voice communicator with bubble silencer», «Конические согласованные по импедансу трубки подводной речевой системы связи с глушением шума пузырьков», представлено устройство для речевой связи водолаза. Устройство состоит из полости с фланцем, притягиваемым к лицу водолаза поперечной планкой внутри фланца, которую водолаз держит в зубах, двух конических трубок, соединенных широкими концами с полостью, полого фартука для крепления на шее водолаза и соединенного с клапаном выдоха регулятора дыхательного аппарата. Конические трубки служат для сопряжения импеданса воздушной среды полости с импедансом воды с целью эффективного излучения речи в воду. Полые каналы фартука отводят продукты выдоха в район плеч водолаза. Можно определить два основных недостатка устройства:
а) устройство не реализует четкой артикуляции водолаза за счет того, что он вынужден держать в зубах поперечную планку, так называемые «удила»;
б) устройство не позволяет реализовать, при необходимости, непосредственный контакт с загубником регулятора, что является опасным, например, при заливании фланца водой.
В Патенте US 6253763, публикация 03.07.2001, «Mouthpiece and speaker assemblies for underwater speech», «Загубник и динамик для подводной речи», представлена пассивная система подводной голосовой связи, предназначенная для использования с регулятором второй ступени акваланга, либо с дыхательной трубкой. Устройство состоит из загубника в виде полусферы, содержащей выступающие элементы, удерживаемые зубами, как в US 4031888. Полусфера, прижатая ко рту, позволяет говорить водолазу в образовавшуюся полость. Когда разговоры не требуются, водолаз вставляет полусферу в рот.
Такое техническое решение имеет недостатки: артикуляция недостаточно четкая из-за того, что дайвер вынужден удерживать молярами- коренными зубами выступающие элементы; после сеанса связи дайвер вынужден вставить полусферу загубника в рот. Учитывая, что диаметр загубника- полусферы должен быть больше размеров рта, для обеспечения герметизации полусферы во время разговора, наличие такого большого предмета во рту является неудобным.
В Патенте US 5209226, публикация 11.05.1993, «Underwater respiratory device» «Подводное дыхательное устройство», представлено устройство для связи дайверов, которое состоит из длинной, около 8-10 см., полой трубки, закрепленной одним концом на патрубке второй ступени регулятора дыхательного аппарата. На трубке расположены две, одна над другой, коаксиальные чаши, внутри меньшей чаши находится эластичная (из резины или силикона) камера с фланцем, примыкающим к лицу дайвера. На втором конце полой трубки размещается стандартный загубник. Вся конструкция притягивается к лицу дайвера шейным ремнем. В исходном состоянии дайвер держит во рту загубник и дышит через него. При необходимости связи дайвер перемещает внешнюю чашу специальной ручкой в сторону регулятора, при этом связанная с внешней чашей полая трубка с загубником также сдвигаются, высвобождая загубник изо рта дайвера. Одновременно, связанная с внешней коаксиальной чашей эластичная камера также вытягивается, обеспечивая необходимый объем для трансляции голоса. Подача воздуха осуществляется, как и раньше через загубник, однако загубник не находится во рту дайвера, обеспечивая хорошую артикуляцию.
К недостаткам этого устройства можно отнести:
- сложность конструкции, состоящей из множества деталей, что приводит к снижению надежности и увеличению стоимости;
- длинная консоль во рту дайвера может приводить к травмам и деформациям челюстно-лицевой системы, например, при сильных течениях или ударах регулятора о препятствия;
- необходимость шейного крепления системы;
- неудобство, связанное с постоянным примыканием фланца эластичной камеры к лицу.
В заявке US 2004182641, публикация 23.09.2004, «Устройство и способ подводной голосовой связи», представлено пассивное устройство связи, обычно выполненное из пластмассы или другого материала, с акустическим импедансом близким к акустическому импедансу воды. Устройство имеет вид полости, воздушной камеры, соединенной с загубником в виде в виде воронки или трубки с фланцем, обеспечивающим плотное прилегание вокруг рта дайвера, исключающим попадание воды в полость. Внизу полости находится вентиляционная область, состоящая из множества небольших отверстий, препятствующих образованию шумящих пузырьковых полей. При разговоре достаточно небольшого количества воздуха, выдыхаемого дайвером в полость, чтобы образовалось пространство, обеспечивающее четкость речи и излучение ее в воду. Форма воздушной камеры выбирается такой, чтобы минимальное количество отраженной акустической энергии возвращалось назад в рот говорящего.
К недостаткам устройства можно отнести:
- невозможность длительного времени связи из-за того, что дайверу периодически нужно отделять устройство и дышать от регулятора акваланга;
-требуется специальное место хранения устройства на снаряжении.
В международной заявке WO 2017048145, публикация 23.03.2017, «Устройство для подводной голосовой связи», представлено пассивное устройство, которое может использоваться для связи между дайверами. Устройство состоит из твердого основания, к которому прикреплена акустическая головка для излучения звука в воду, причем последняя выполнена в виде тонкостенного полого блока, на стенках которого имеются изгибы. Внутренняя часть акустической головки соединена с внутренней частью корпуса через отверстие. Загубник прикреплен к основанию и плотно закрывает часть лица, которая окружает рот. В нижней части полого блока имеется отверстие или отверстия, предназначенные для вывода в воду газов, которые выдыхаются пользователем, когда он разговаривает при помощи устройства. Устройство также может быть снабжено крышкой для акустической головки в форме ажурной конструкции, защищающей акустическую головку от механических повреждений и рукояткой, обеспечивающей захват устройства. Указанное устройство имеет те же недостатки, что и устройство по заявке US 2004182641 и достаточно сложную конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте US 4183422, публикация 15.01.1980, «Underwater communications device», «Устройство подводной связи». Это пассивное устройство, предназначенное для осуществления подводной речевой связи, состоит из отдельного от системы дыхания базового цилиндрического элемента, соединенного с одной стороны с мягким фланцем, а с другой- с воздушным мешком. Для передачи речи дайвер прикладывает фланец мешка ко рту и говорит, при этом надувая мешок. Воздушный мешок может быть выполнен в виде, например, мягкой растяжимой оболочки типа воздушного шара, или тела, имеющего гофрированную поверхность, так называемого «трубчатого тела», способного изменять свои размеры под влиянием прикладываемой силы. В случае применения в качестве воздушного мешка трубчатого тела, оно предварительно растягивается дайвером, который держит одной рукой эластичный фланец трубчатого тела, предназначенный для прикладывания к ротовой полости, а другой рукой растягивает устройство, держась за специальную ручку на дне трубчатого тела. Устройство не имеет никаких отверстий, поэтому весь выдуваемый воздух попадает в мешок, исключая помехи от всплывающих пузырьков воздуха. После проведения связи устройство упаковывается и хранится в специальном кармане или сумке на снаряжении дайвера.
Указанное техническое решение обеспечивает передачу речи с хорошей артикуляцией, но имеет следующие недостатки:
Дайвер не может говорить длительное время, поскольку воздушный мешок не сообщается с дыхательным аппаратом и при заполнении мешка воздухом, необходимо прекратить разговор, вставить в рот загубник дыхательного аппарата, затем удалить воздух из воздушного мешка. Для продолжения разговора, необходимо сделать глубокий вдох от дыхательного аппарата, после чего снова продолжить разговор в воздушный мешок.
После окончания сеанса связи, необходимо свернуть воздушный мешок и поместить его в карман или сумку на снаряжении. Это существенно снижает удобство использования устройства, кроме того, мешок занимает место на снаряжении, а его складывание в воде неудобно. Применение вместо мешка трубчатого складывающегося тела в какой-то мере позволяет ускорить процесс сворачивания мешка.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемом изобретении, является создание устройства речевой связи дайвера в полумаске, позволяющего дайверу передавать речевую информацию с минимальными искажениями, без временных ограничений, при минимальном времени перехода к режиму связи и выходу из этого режима.
Устройство обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи включает гибкий полый элемент, содержащий, на одной стороне крепление для фиксации на патрубке регулятора дыхательного аппарата дайвера, на другой стороне фланец, выполненный с возможностью плотного прилегания вокруг рта дайвера. Гибкий полый элемент выполнен с возможностью складывания на патрубке регулятора дыхательного аппарата при отсутствии необходимости речевой связи и возможностью выдвижения за патрубок гибкого полого цилиндрического элемента с образованием внутренней воздушной камеры для осуществления речевой связи.
В частном случае, гибкий полый элемент имеет плоское дно, с отверстием для закрепления на патрубке регулятора дыхательного аппарата и карманом для размещения чувствительного к звуковому полю элемента.
При этом, гибкий полый элемент может быть выполнен в виде гибкого мешка. В частном случае гибкий полый элемент выполнен в виде нескольких, отличающихся по диаметру жестких колец, соединенных между собой тонкими гибкими перемычками.
Гибкий полый элемент может быть выполнен также из спирали, армированной гибким материалом.
Чувствительный к звуковому полю элемент может быть выполнен в виде микрофона. При этом, микрофон может быть установлен на устройстве, либо на шее или голове дайвера.
Чувствительный к звуковому полю элемент может быть выполнен в виде датчика вибрации.
Изобретения поясняется чертежами.
На Фиг. 1 приведен разрез устройства обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи по первому варианту реализации во время передачи сообщения.
На Фиг. 2 показано вид устройства на виде сзади, а на Фиг. 3 -на виде устройства спереди.
На Фиг. 4 приведен разрез устройства обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи, когда устройство не используется.
На Фиг. 5 приведен разрез устройства обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи на виде сверху.
На Фиг. 6 показан пример использования устройства во время сеанса передачи сообщения.
На Фиг. 7 показан пример использования устройства, когда сеанс связи не осуществляется.
На Фиг. 8 приведен разрез устройства обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи по второму варианту реализации, а на Фиг. 9 разрез устройства по второму варианту в сложенном состоянии.
Устройство обеспечения речевой связи дайвера с чувствительным к звуковому полю элементом системы подводной связи в первом варианте выполнения включает гибкий полый элемент 1 (Фиг. 1 - Фиг. 4), который может быть выполнен, как показано на рисунках, в виде нескольких, отличающихся по диаметру жестких колец, соединенных между собой тонкими гибкими перемычками. Гибкий полый элемент может быть также выполнен в виде гибкого мешка (на рисунках не показан).
Гибкий полый элемент 1 содержит, с одной стороны отверстие 2 на плоском дне 9 для закрепления на патрубке 3 регулятора 4 дыхательного аппарата дайвера, а с другой стороны мягкий фланец 5. Элемент крепления 10 с уплотнительным кольцом 12 обеспечивает поджим дна 9 к корпусу регулятора 4 и тем самым, герметичность устройства со стороны дна 9 полого элемента 1, а также служит удлинителем патрубка 3, на который одевается загубник 11. Удлинитель в данной конструкции необходим для того, чтобы обеспечить место для складывания гибкого полого элемента 1 на конструкции патрубка 3. В других конструкциях дыхательных аппаратов крепление устройства может быть обеспечено иначе. Вид фланца 5 на Фиг. 1 и Фиг. 3 показан условно и должен иметь форму, обеспечивающую плотное прилегание к лицу драйвера. Для обеспечения жесткости основания фланца 5, он может быть выполнен с армированием, например, жесткой проволокой. Гибкий полый элемент 1 имеет гофры 6, позволяющие складывать его на патрубке 3 регулятора 4 дыхательного аппарата (Фиг. 4, Фиг. 5).
Чувствительный к звуковому полю элемент системы подводной связи, в данном случае микрофон 7, может быть установлен на дне 9 гибкого полого элемента 1 (Фиг. 1), в частности, в кармане; внутри воздушной полости 8, образующейся при выдвижении гибкого полого элемента 1 (Фиг. 1), а также может быть закреплен на шее или голове дайвера. Микрофон 7 связан с системой подводной связи (на фигурах не показана), которая может быть выполнена, например, в виде станции гидроакустической связи или станции, использующей другой спектр колебаний несущей частоты (оптический, радиочастотный).
В состоянии хранения гибкий полый элемент 1 сложен (Фиг. 4, Фиг. 7), загубник 13 находится во рту у дайвера.
Для проведения речевой связи дайвер выпускает загубник 13 и, удерживая регулятор 4 одной рукой, вытягивает гибкий полый элемент 1, прижимает его к лицу так, чтобы мягкий фланец 5 плотно прилегал к лицу вокруг рта и подбородка, вытесняет воду из гибкого полого элемента 1 стандартной кнопкой продувки регулятора 4, после чего говорит в образовавшуюся воздушную полость 8. Для передачи голоса водолаза на станцию гидроакустической связи используется микрофон 7. Во время разговора дайвер дышит естественным образом, так как воздух поступает из регулятора 4. При этом во рту загубника 13 нет.При вдохе воздух поступает из патрубка регулятора, при выдохе избыток воздуха стравливается через регулятор в воду. После окончания сеанса связи дайвер возвращает гибкий полый элемент 1 складывая, в исходное положение, и дышит, удерживая во рту загубник 13.
Данный вариант был изготовлен и испытан.
Как показали испытания, которые проводились с устройством и малогабаритной станцией связи, обеспечивающей запись сигнала с микрофона 7 четкая речь дайвера обеспечивается примерно с одинаковым качеством при расположении микрофона на внешней стороне дна 9, путем приклеивания или поджатия к дну, либо внутри гибкого полого элемента 1, при этом кабель микрофона 7 проходит через фланец 5, либо на горле или голове дайвера, с прижимом к шее или к лицевым костям.
Второй вариант реализации изобретения, показанный на Фиг. 8 и Фиг. 10 не требует никаких изменений и дополнений в конструкцию регулятора дыхательного аппарата.
Гибкий полый элемент 1 выполнен из гибкого растягивающегося материала 15, например, резины с армированием гибкой спиралью 14, из стальной проволоки или пластика. Герметизация стыка дна полого элемента с патрубком регулятора дыхательного аппарата реализуется за счет увеличения его толщины в месте прилегания и заведомо меньшего чем размеры патрубка отверстия в дне 9 (на рисунках не показано). Фиксация полого тела в сложенном состоянии может быть реализована, например, с помощью ремешков из ленты «велкро» (на рисунках не показаны). Такая конструкция обеспечивает все те-же свойства устройству обеспечения речевой связи, что и в первом варианте, только при складывании занимает меньше места (Фиг. 9). Приведенные примеры реализации, не отражают всего спектра возможных технических решений на базе изобретения.
Устройство в первом варианте прошло испытания в бассейне, которые подтвердили его работоспособность и удобство в эксплуатации. В качестве гибкого полого элемента применялся силиконовое складное устройство объемом 300 мл. В сложенном состоянии устройство имело высоту 25 мм, в разложенном 140 мм. Фланец 5 изготовлен из пористого силиконового шнура, армированного жестким металлическим проволочным кольцом.
В процессе испытаний, которые производились с применением малогабаритной станции гидроакустической связи с цифровой регистрацией речи водолаза была показана хорошая разборчивость речи при любом положении дайвера в пространстве. Было также показано, что связь с хорошим качеством обеспечивается при расположении микрофона 7 на внешней стороне гибкого полого элемента 1, внутри и при использовании микрофона 7 в режиме ларингофона на шее водолаза. Время разворачивания, складывания гибкого полого устройства занимает несколько секунд. Испытания проводились с дыхательным аппаратом открытого типа.