УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО ПРОГРАММИРУЕМОГО АКУСТИЧЕСКОГО МЕТАМАТЕРИАЛА
DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING ACTIVE PROGRAMMABLE ACOUSTIC METAMATERIAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение в целом относится к модифицированию звука. В частности настоящее изобретение относится к материалам, содержащим отдельные ячейки, работающие совместно для модифицирования звуковых волн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] При многих обстоятельствах требуется модифицирование звука, например, уменьшение звука с помощью наушников, которые подавляют окружающий шум. Устройства для использования в крупных объектах, например, на воздушном летательном аппарате и других транспортных средствах, для уменьшения или перенаправления звука, широко применяются при решении военных и коммерческих задач.
[0003] Известны способы пассивного уменьшения шума в воздушном летательном аппарате и других транспортных средствах. Например, конструкции транспортных средств могут быть снабжены пассивными средствами в виде пеноматериалов, бусинок, акустических покрытий или иных материалов для поглощения энергии звука. При этом, такие устройства обычно приводят к значительному нежелательному утяжелению и не способны регулировать количество передаваемого или принимаемого звука. Способы активного подавления шума, например наушниками, описанными выше, нельзя признать практичными для использования с крупными конструкциями, такими как воздушный летательный аппарат и транспортные средства. Таким образом, существует потребность в способах и устройствах для модифицирования количества звука, производимого транспортными средствами и другими устройствами, с использованием только легких и прочных материалов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Иллюстративные варианты реализации изобретения могут иметь много различных форм. Например, иллюстративные варианты реализации изобретения обеспечивают акустический метаматериал, содержащий ячейки для цифровой обработки входящего звукового волнового сигнала и для генерирования соответствующего ответного звукового волнового сигнала в зависимости от частоты и фазы входящего звукового волнового сигнала для генерирования общего ответного звукового волнового сигнала, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом модифицирует входящий звуковой волновой сигнал.
[0005] Иллюстративные варианты реализации изобретения также обеспечивают создание конструкционного метаматериала, содержащего ячейки, каждую ячейку, содержащую микрофон для обнаружения входящих звуковых волновых сигналов, громкоговоритель и процессор, выполненный с возможностью анализа признаков входящего звукового волнового сигнала и принуждения громкоговорителя издавать ответный волновой сигнал, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом в указанной данной соответствующей ячейке модифицирует входящий звуковой волновой сигнал.
[0006] Иллюстративные варианты реализации изобретения также обеспечивают создание способа. Согласно способу принимают звуковой волновой сигнал в ячейках, при этом каждая ячейка принимает соответствующую часть звукового волнового сигнала, и при этом каждая ячейка содержит микрофон, процессор и громкоговоритель. Кроме того согласно способу моделируют каждым процессором часть звукового волнового сигнала, чтобы сформировать модель. Кроме того согласно способу излучают каждым громкоговорителем под управлением каждого процессора ответный волновой сигнал, основанный на модели, который при комбинировании с указанной частью звукового волнового сигнала модифицирует указанную часть звукового волнового сигнала.
[0007] Кроме того, настоящий документ содержит варианты реализации в соответствии со следующими пунктами:
[0008] Пункт 1. Акустический метаматериал, содержащий:
ячейки, которые обнаруживают и цифровым образом обрабатывают входящий звуковой волновой сигнал в трех измерениях и генерируют соответствующий ответный звуковой волновой сигнал в зависимости от частоты и фазы входящего звукового волнового сигнала для генерирования ответного звукового волнового сигнала в трех измерениях, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом генерирует модифицированный звуковой волновой сигнал.
[0009] Пункт 2. Акустический метаматериал по пункту 1, в котором каждая ячейка содержит по меньшей мере один микрофон, процессор обработки сигналов и громкоговоритель.
[0010] Пункт 3. Акустический метаматериал по пункту 1, в котором ячейки соединены друг с другом, причем акустический метаматериал, кроме того, содержит:
соответствующие электронные компоненты, электрически соединенные с каждой ячейкой, для преобразования входящего звукового волнового сигнала в цифровые сигналы.
[0011] Пункт 4. Акустический метаматериал по пункту 3, в котором указанные соответствующие электронные компоненты кроме того содержат соответствующий процессор обработки сигналов, который вычисляет обнаруженную распространяющуюся акустическую энергию в трех измерениях и применяет заранее установленные коэффициенты временной задержки, фазового сдвига и усиления к входящему звуковому волновому сигналу в зависимости от частоты.
[0012] Пункт 5. Акустический метаматериал по пункту 4, в котором каждая ячейка запрограммирована с использованием временной задержки, фазового сдвига и коэффициентов усиления по частоте для выполнения активного подавления обнаруженного звука по мере распространения входящего звукового волнового сигнала через каждую из ячеек и за нее.
[0013] Пункт 6. Акустический метаматериал по пункту 5, в котором каждый из указанных соответствующих электронных компонентов кроме того содержит множество акустических преобразователей, которые направленно передают указанный соответствующий ответный волновой сигнал и, в целом, все из указанных соответствующих электронных компонентов направленно передают сумму соответствующих ответных звуковых волновых сигналов в качестве общего ответного звукового волнового сигнала.
[0014] Пункт 7. Акустический метаматериал по пункту 6, в котором каждый соответствующий процессор обработки сигналов электрически соединен с другим процессором обработки сигналов в другой ячейке.
[0015] Пункт 8. Акустический метаматериал по пункту 7, в котором центральный процессор программирует каждый соответствующий процессор обработки сигналов.
[0016] Пункт 9. Конструкционный метаматериал, содержащий:
ячейки, каждая из которых содержит микрофон для обнаружения входящих звуковых волновых сигналов, громкоговоритель и процессор, выполненный с возможностью анализа признаков входящего звукового волнового сигнала и принуждения громкоговорителя издавать ответный волновой сигнал, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом в данной соответствующей ячейке, модифицирует по меньшей мере часть входящего звукового волнового сигнала.
[0017] Пункт 10. Конструкционный метаматериал по пункту 9, в котором анализируемые признаки входящего звукового волнового сигнала выбраны из группы, состоящей из соответствующей фазы, соответствующего направления, соответствующей частоты и соответствующей амплитуды входящего звукового волнового сигнала в указанной данной соответствующей ячейке.
[0018] Пункт 11. Конструкционный метаматериал по пункту 9, в котором ячейки являются тетраэдрическими ячейками, а ячейка на кромке конструкционного метаматериала электрически соединена по меньшей мере с двумя другими ячейками, и при этом данная внутренняя ячейка внутри кромки электрически соединена по меньшей мере с четырьмя другими тетраэдрическими ячейками.
[0019] Пункт 12. Конструкционный метаматериал по пункту 9, кроме того содержащий:
центральный процессор, выполненный с возможностью управления процессором каждой ячейки.
[0020] Пункт 13. Конструкционный метаматериал по пункту 12, в котором центральный процессор кроме того выполнен с возможностью перепрограммирования процессора каждой ячейки для дополнительного модифицирования входящего звукового волнового сигнала.
[0021] Пункт 14. Конструкционный метаматериал по пункту 9, в котором каждая из ячеек содержит:
центральное ядро, в котором размещен процессор каждой ячейки и громкоговоритель каждой ячейки;
совокупность из четырех стрежней, каждый из которых содержит твердый материал и кроме того содержит линию цифровой связи; и
совокупность из четырех датчиков, подсоединенных на соответствующих концах к совокупности из четырех стрежней, напротив центрального ядра каждой ячейки.
[0022] Пункт 15. Конструкционный метаматериал по пункту 14, в котором центральное ядро каждой ячейки содержит множество дополнительных отдельных процессоров и множество дополнительных отдельных громкоговорителей.
[0023] Пункт 16. Способ модифицирования звука, согласно которому:
принимают звуковой волновой сигнал в ячейках, при этом каждая ячейка принимает соответствующую часть звукового волнового сигнала, и при этом каждая ячейка содержит микрофон, процессор и громкоговоритель;
моделируют каждым процессором часть звукового волнового сигнала, чтобы сформировать модель; и
излучают каждым громкоговорителем под управлением каждого процессора ответный волновой сигнал, основанный на модели, который при комбинировании с указанной частью звукового волнового сигнала модифицирует указанную часть звукового волнового сигнала.
[0024] Пункт 17. Способ по пункту 16, согласно которому кроме того:
управляют каждым процессором посредством центрального процессора для модифицирования каждого ответного волнового сигнала.
[0025] Пункт 18. Способ по пункту 16, согласно которому кроме того: модифицируют звуковой волновой сигнал посредством по меньшей мере частичного подавления звукового волнового сигнала.
[0026] Пункт 19. Способ по пункту 16, согласно которому кроме того: модифицируют звуковой волновой сигнал посредством усиления звукового волнового сигнала или изменения звукового волнового сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0027] Признаки иллюстративных вариантов реализации изобретения, обеспечивающие новизну по сравнению с уровнем техники, изложены в прилагаемой формуле изобретения. При этом иллюстративные варианты реализации изобретения, а также предпочтительный режим их применения, дополнительные цели и преимущества будут лучше поняты из следующего подробного описания иллюстративного варианта реализации изобретения при рассмотрении вместе с сопровождающими чертежами, на которых:
[0028] ФИГ. 1 иллюстрирует суперпозицию волн;
[0029] ФИГ. 2 иллюстрирует отдельную ячейку, пригодную для модифицирования входящей звуковой волны, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0030] ФИГ. 3 иллюстрирует массив ячеек, пригодный для модифицирования различных частей входящей звуковой волны, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0031] ФИГ. 4 иллюстрирует пример ячейки, содержащей центральное ядро, содержащее процессор и громкоговоритель, совокупность из четырех стрежней, каждый из которых содержит твердый материал и, кроме того, содержит линию цифровой связи;
[0032] ФИГ. 5 иллюстрирует входящую звуковую волну, начинающую ударяться о ячейку, показанную на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0033] ФИГ. 6 иллюстрирует входящую звуковую волну, прошедшую полпути за ячейку, показанную на ФИГ. 5, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0034] ФИГ. 7 иллюстрирует звуковую волну, модифицированную относительно входящей звуковой волны, показанной на ФИГ. 5, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0035] ФИГ. 8 иллюстрирует абстрактное отношение между ячейками, чтобы продемонстрировать возможность соединения между ячейками, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0036] ФИГ. 9 иллюстрирует массив ячеек, таких как ячейка, показанная на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0037] ФИГ. 10 иллюстрирует еще один вид массива ячеек, показанных на ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0038] ФИГ. 11 иллюстрирует еще один вид массива ячеек, показанных на ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0039] ФИГ. 12 иллюстрирует компоненты, используемые в ячейке, такой как ячейка, показанная на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0040] ФИГ. 13 иллюстрирует применение массива ячеек, показанных на ФИГ. 3 или ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0041] ФИГ. 14 иллюстрирует акустический метаматериал в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0042] ФИГ. 15 иллюстрирует конструкционный метаматериал в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения;
[0043] ФИГ. 16 иллюстрирует способ модифицирования звука в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения; и
[0044] ФИГ. 17 является иллюстрацией системы обработки данных в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0045] Иллюстративные варианты реализации изобретения обеспечивают несколько полезных функций. Например, в иллюстративных вариантах реализации изобретения принимается во внимание и учитывается сложность активного модифицирования звука, издаваемого крупными объектами, такими как транспортные средства, в том числе воздушные летательные аппараты. В иллюстративных вариантах реализации изобретения также принимается во внимание и учитывается, что способы пассивного модифицирования звука от крупных объектов, таких как воздушный летательный аппарат, часто являются неадекватными, приводят к утяжелению или иным нежелательным последствиям. Иллюстративные варианты реализации изобретения обеспечивают альтернативы этим решениям путем создания конструкции, образованной из множества ячеек, которые модифицируют или подавляют звук. Каждая ячейка выполнена с возможностью обнаружения, измерения и последующего модифицирования по меньшей мере части звуковой волны, ударяющейся об указанную конструкцию или перемещающуюся через указанную конструкцию, посредством изменения звуковых волн, отраженных от указанной конструкции или прошедших через нее. Термин "часть звуковой волны" может относиться к части звуковой волны, содержащейся в ограниченной секции трехмерного пространства, в которой находится часть звуковой волны, но не вся звуковая волна. Каждая отдельная ячейка может сообщаться беспроводным образом или по проводам друг с другом и/или с центральным процессором. Таким образом, ячейки могут быть программируемыми с возможностью регулирования входящего звука при ударе об указанную конструкцию ячеек.
[0046] Конструкция из ячеек может называться акустическим метаматериалом, конструкционным метаматериалом или может иметь другие наименования. Конструкция из ячеек может быть выполнена в виде обшивки воздушного летательного аппарата или иного транспортного средства, панели, стенки или любой другой подходящей формы и может быть согнутой, криволинейной или иметь иные формы. Конструкция может быть гибкой или жесткой.
[0047] Поскольку акустический метаматериал включает в себя множество различных ячеек и может иметь множество необходимых форм, акустический метаматериал обладает способностью модифицирования звука, ударяющегося о любую часть покрытой конструкции. Таким образом, например, весь воздушный летательный аппарат или его часть может быть покрыт/покрыта частично или полностью акустическим метаматериалом. В конкретном не ограничивающем примере акустический метаматериал может быть выполнен для подавления звука, генерируемого воздушным летательным аппаратом в процессе работы, что облегчает соблюдение правил и требований, установленных в отношении шума.
[0048] При этом, иллюстративные варианты реализации изобретения не ограничены воздушным летательным аппаратом. Иллюстративные варианты реализации изобретения могут применяться для любого типа транспортного средства, в том числе автомобилей, водных судов, вертолетов, танков, подводных судов и иных транспортных средств. Иллюстративные варианты реализации изобретения также могут применяться к зданиям или конкретным помещениям в зданиях для активного модифицирования звука, генерируемого внутри или снаружи здания. При реализации иллюстративные варианты реализации изобретения также могли бы быть использованы для модифицирования звука, сгенерированного человеком или подвижным автоматическим устройством. Таким образом, иллюстративные варианты реализации изобретения не обязательно ограничены воздушным летательным аппаратом или конкретными транспортными средствами.
[0049] Модифицирование распространения звуковых волн в материалах может также являться дополнительным преимуществом при вещательном распространении звука, при котором осуществляют тонкую настройку для усиления и передачи звукового луча на переднюю сторону от точки на обратной стороне, так же как оптическая лампа может иметь коллимирующую линзу на своей лицевой стороне. Этот материал может быть запрограммирован на месте с тем, чтобы обеспечивать градуированный "индекс преломления" для звуковых волн, также как оптическая градиентная линза может быть приспособлена для световых волн. Еще в одном практическом применении данное изобретение может оказаться полезным для усовершенствования излучающего и измерительного устройства, такого как ультразвуковое томографическое устройство, для иных нетрадиционных форм средств покрытия головной части преобразователя.
[0050] ФИГ. 1 иллюстрирует суперпозицию волн. В данной области техники хорошо известно, что звук состоит из волн, распространяющихся сквозь среду, такую как воздух или вода. В свою очередь, звуковые волны могут быть модифицированы с использованием принципа суперпозиции. Согласно принципу суперпозиции известно, что если система подвергается множеству независимых воздействий, результирующее воздействие составляет сумму отдельно взятых воздействий, действующих по отдельности. В случае звуковых волн, когда две волны наложены одна на другую, они объединяются. В результате появляется объединенная отличающаяся волна.
[0051] Этот принцип является обычным в музыке, когда две различных ноты (звука) могут комбинироваться для генерирования совершенно другого звука, который может быть гармоничным или диссонантным. В другом примере, звуки, которые имеют противоположные волновые сигналы, могут подавлять друг друга, что приводит к тишине или почти тишине. В другом примере, звуки, которые имеют одинаковые волновые сигналы, могут усиливать друг друга с генерированием более громкого (имеющего большую энергию) звука.
[0052] Таким образом, как показано на ФИГ. 1, звук 100 имеет первый волновой сигнал, звук 102 имеет второй волновой сигнал, а звук 104 имеет третий волновой сигнал. Эти три звуковых волновых сигнала при наложении друг на друга генерируют комбинированный звуковой волновой сигнал 106. Необходимо отметить, что комбинированный звуковой волновой сигнал 106 имеет вид, отличающийся от вида любого из трех других звуковых волновых сигналов, и человек будет слышать звуковой волновой сигнал 106 иначе, чем любой из трех других звуковых волновых сигналов.
[0053] ФИГ. 2 иллюстрирует отдельную ячейку, пригодную для модифицирования входящей звуковой волны, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Неограничивающие примеры звуковых волн показаны на ФИГ. 1. В иллюстративных вариантах реализации изобретения используется преимущество принципа суперпозиции, описанного в отношении ФИГ. 1. В частности, в иллюстративных вариантах реализации изобретения используется массив ячеек, таких как ячейка 200, для модифицирования локальных областей (областей возле отдельных ячеек) даже сложных звуковых волновых сигналов. Результирующий выходящий или отраженный волновой сигнал может быть активным образом модифицирован посредством излучаемых звуковых волновых сигналов, вычисленных для модифицирования входящего звукового волнового сигнала, чтобы иметь необходимое свойство.
[0054] Ячейка 200 показана в качестве абстрактного представления, ячейка 200 может быть выполнена в виде множества различных форм. Конкретный пример ячейки 200 показан на ФИГ. 4.
[0055] Ячейка 200 может быть названа блоком корпусной центральной кубической ячейки. Ячейка 200 включает в себя множество микрофонов, множество громкоговорителей и множество процессоров обработки сигналов. Некоторые из этих устройств могут быть скомбинированы в одном устройстве, хотя в одном иллюстративном варианте реализации, по меньшей мере микрофоны и другие устройства, содержащиеся в ячейке 200, разделены физическим расстоянием. Микрофоны, в одном иллюстративном варианте реализации изобретения, могут быть ближе к an exterior ячейки 200 относительно других компонентов ячейки 200.
[0056] В иллюстративном варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, показаны восемь микрофонов, в том числе микрофон 202, микрофон 204, микрофон 206, микрофон 208, микрофон 210, микрофон 212 и микрофон 214. Может быть использовано большее или меньшее количество микрофонов.
[0057] Каждый из этих микрофонов сообщается беспроводным образом или по проводам с процессором 216 обработки сигналов. Процессор 216 обработки сигналов может быть системой 1700 обработки данных согласно ФИГ. 17 или может являться любым другим компьютером или специализированной интегральной схемой (ASIC). Процессор 216 обработки сигналов не обязательно должен быть размещен в физическом центре ячейки 200, хотя, как показано на ФИГ. 2, процессор 216 обработки сигналов находится в физическом центре ячейки 200. Может быть использовано большее количество процессоров обработки сигналов. В некоторых случаях процессор 216 обработки сигналов может быть размещен вне ячейки 200.
[0058] В дополнение к этому, ячейка 200 включает в себя множество громкоговорителей. В неограничивающем примере согласно ФИГ. 2 представлено шесть громкоговорителей, в том числе громкоговоритель 218, громкоговоритель 220, громкоговоритель 222, громкоговоритель 224, громкоговоритель 226 и громкоговоритель 228. Эти громкоговорители могут быть частью "стенки", показанной на ФИГ. 2, хотя они не обязательно должны быть выполнены в виде стенки. Например, как показано на ФИГ. 4, громкоговорители могут быть частью центрального ядра, к которому относится процессор 216 обработки сигналов.
[0059] При эксплуатации и как показано также в отношении ФИГ. 5-7, когда входящая звуковая волна ударяется о ячейку 200, она сначала ударится об один или большее количество микрофонов. Микрофоны преобразуют принятую энергию звука в сигналы. Каждый микрофон генерирует свои собственные сигналы. Комбинацию всех сигналов от микрофонов принимают на процессоре 216 обработки сигналов. В свою очередь, процессор 216 обработки сигналов анализирует комбинацию всех сигналов и выдает математические характеристики участка звуковой волны, ударяющейся о ячейку 200.
[0060] Затем процессор 216 обработки сигналов передает команды на громкоговорители для излучения излученной звуковой волны, имеющей характеристики, определенные процессором 216 обработки сигналов. Эти характеристики излученной звуковой волны сконфигурированы так, чтобы комбинироваться с характеристиками входящего звукового волнового сигнала, согласно принципу суперпозиции для генерирования общего волнового сигнала, который имеет необходимые характеристики.
[0061] Следует отметить, что общее время, необходимое сигналам, для того чтобы пройти от микрофона в процессор обработки сигналов, плюс время, необходимое для обработки сигналов процессором 216, плюс время, необходимое командам для того, чтобы пройти в громкоговорители, в сумме составляет меньшее время, чем время, необходимое для прохода звуковой волной этого расстояния через ячейку 200. Даже для небольших ячеек, например размером с ноготь пальца взрослого человека, скорость, с которой в настоящее время, обрабатывают сигналы, достаточна для отправки и приема сигналов и для выполнения всех обработок быстрее, чем звук может пройти через ячейку 200.
[0062] Модифицирование входящего звукового волнового сигнала может иметь различные варианты. Например, если необходимо подавление звука, тогда излучаемый звуковой волновой сигнал может быть таким же, что и входящий звуковой волновой сигнал, но не совпадать с ним по фазе, так что два волновых сигнала стремятся подавить друг друга. Если необходимо усиление звука, тогда излучаемый звуковой волновой сигнал может быть таким же, что и входящий звуковой волновой сигнал, и совпадать с ним по фазе, так что два волновых сигнала стремятся усилить друг друга с генерированием более громкого звука. Если необходимо модифицирование звука, тогда излучаемый звуковой волновой сигнал может быть сконфигурирован так, что полученный в результате комбинированный звуковой волновой сигнал имеет необходимые характеристики. Например, рев реактивного двигателя может быть модифицирован с получением звука наподобие гудения. В другом примере, конкретный воздушный летательный аппарат может иметь характеристический звук, который модифицируют, так что его звуки похожи на звуки другого воздушного летательного аппарата. Например, звук, производимый реактивной струей является отличительным; этот звук может быть модифицирован, так что реактивная струя звучит больше как вертолет или, пожалуй, как стая птиц. Возможно множество различных модифицирований звука; и поэтому эти примеры не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения или любой другой иллюстративный вариант осуществления, описанный в данном документе.
[0063] ФИГ. 3 иллюстрирует массив ячеек, пригодный для модифицирования различных частей входящей звуковой волны, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Каждая из ячеек, показанная в массиве 300, может представлять собой, например, ячейку 200, показанную на ФИГ. 2. Таким образом, например, ячейка 302 и ячейка 304, а также любая другая из ячеек на ФИГ. 3, может быть ячейкой 200 согласно ФИГ. 2.
[0064] Массив 300 может включать в себя большее или меньшее количество ячеек, чем те, которые показаны на ФИГ. 3. При этом, пример массива 300 включает в себя массив из одной ячейки в глубину, как показано скобками 306, из двух ячеек в ширину, как показано скобками 308. Может использоваться большее или меньшее количество рядов и столбцов ячеек. Массив 300 не должен иметь ряд соприкасающихся ячеек, как показано на ФИГ. 3, а может включать в себя множество ячеек, которые не соприкасаются одна с другой, однако communicate беспроводным образом друг с другом и/или с центральным процессорным блоком. Массив 300 может иметь множество различных форм; например, ячейки, показанные в массиве 300, могут быть расположены кольцом, в виде спиралевидного рисунка, одной стенки или иметь любую необходимую конфигурацию.
[0065] Массив 300 может быть покрыт обшивкой, одной или большим количеством панелей, или иными объектами, так что с массивом 300 можно работать как с единым объектом. Таким образом, массив 300 может формировать часть внешнего фюзеляжа воздушного летательного аппарата.
[0066] При эксплуатации массив 300 работает почти так же, как описано в отношении ячейки 200 согласно ФИГ. 2. Использование массива 300 может отличаться в некоторых отношениях. Например, центральный процессорный блок может согласовывать все из указанных различных процессоров обработки сигналов отдельных ячеек. Однако процессоры обработки сигналов могут сообщаться друг с другом, и поэтому центральный процессорный блок следует рассматривать как необязательный.
[0067] Использование массива 300 имеет несколько преимуществ по сравнению с использованием одной ячейки. Во-первых, несколько ячеек могут быть расположены с получением необходимой формы, что является полезным при изготовлении транспортного средства или помещения. Во-вторых, несколько ячеек могут получать характеристики отдельных локальных областей сложного входящего звука, который охватывает большую площадь. Например, для входящего звука, который является сложным и охватывает большую площадь, локальная ячейка массива 300 модифицирует только компонент указанного входящего звука в области, окружающей эту локальную ячейку. При этом, комбинация всех ячеек работающих вместе, может модифицировать, подавлять или усиливать даже сложные звуки, которые распространяются по большой площади.
В-третьих, массивы ячеек могут увеличивать, или по меньшей мере не уменьшать, прочность конструкции. Этот признак может найти применение в транспортных средствах, а также в зданиях.
[0068] ФИГ. 4 иллюстрирует конкретный пример ячейки, пригодной для модифицирования входящей звуковой волны, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Ячейка 400 может представлять собой конкретный пример ячейки 200 согласно ФИГ. 2. Однако возможно множество различных конструкций ячейки и конфигураций компонентов внутри ячейки, и поэтому пример ячейки 400 не обязательно ограничивает заявленные изобретения или другие примерные варианты реализации, описанные в настоящем документе. Ячейка 400 может называться тетраэдрической субъячейкой, так как она имеет четыре вывода. Ячейка 400 может также называться алмазоподобной субъячейкой.
[0069] Ячейка 400 включает в себя четыре микрофона, в том числе микрофон 402, микрофон 404, микрофон 406 и микрофон 408. Каждый из этих микрофонов может быть каким-либо другим датчиком, выполненным с возможностью измерения звука.
[0070] Каждый из этих микрофонов размещен на расстоянии в наружном направлении от центрального ядра 410. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения каждый микрофон физически соединен с центральном ядром 410 посредством цифровой линии связи. Таким образом, микрофон 402 соединен с центральном ядром 410 посредством цифровой линии 412 связи; микрофон 404 соединен с центральном ядром 410 посредством цифровой линии 414 связи; микрофон 406 соединен с центральным ядром 410 посредством цифровой линии 416 связи; а микрофон 408 соединен с центральным ядром 410 посредством цифровой линии 418 связи. Однако в других иллюстративных вариантах реализации изобретения эти микрофоны не обязательно должны быть физически соединены с центральным ядром 410. Вместо этого один или большее количество этих микрофонов могут сообщаться беспроводным образом с центральным ядром 410. Может использоваться большее или меньшее количество микрофонов и линий цифровой связи.
[0071] В иллюстративном варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 4, центральное ядро 410 включает в себя множество процессоров цифровой обработки сигналов, по одному для каждого микрофона и громкоговорителя. Таким образом, центральное ядро 410 включает в себя процессор 420 цифровой обработки сигналов, процессор 422 цифровой обработки сигналов, процессор 424 цифровой обработки сигналов и процессор 426 цифровой обработки сигналов. Каждый процессор цифровой обработки сигналов принимает сигналы от соответствующего микрофона и посылает команды на свой соответствующий громкоговоритель. Однако в других иллюстративных вариантах реализации изобретения будет использоваться большее или меньшее количество процессоров цифровой обработки сигналов. В некоторых случаях может использоваться один процессор обработки сигналов. В некоторых случаях процессор обработки сигналов будет находиться вне ячейки 400.
[0072] Как указано выше, в центральном ядре 410 размещено четыре громкоговорителя, в том числе громкоговоритель 428 (размещенный на противоположной стороне центрального ядра 410 относительно передней части страницы), громкоговоритель 430, громкоговоритель 432 и громкоговоритель 434. В этом примере каждый громкоговоритель соответствует процессору цифровой обработки сигналов. Однако может использоваться большее или меньшее количество громкоговорителей. Громкоговорители не обязательно должны быть частью центрального ядра 410, и один или большее количество громкоговорителей могут быть размещены на расстоянии от центрального ядра 410.
[0073] При эксплуатации ячейка 400 работает почти так же, как описано в отношении ячейки 200 согласно ФИГ. 2. Эта работа описана также в отношении ФИГ. 5-7. Говоря кратко, при этом каждый отдельный процессор цифровой обработки сигналов принимает сигналы от каждого отдельного микрофона. В свою очередь, каждый отдельный процессор цифровой обработки сигналов передает команды соответствующему громкоговорителю, чтобы излучать звуковые волны для модифицирования входящей звуковой волны, обнаруженной на конкретном микрофоне. В известном смысле, ячейка 400 может содержать четыре мини-ячейки, каждая из которых содержит один микрофон, один процессор цифровой обработки сигналов и один громкоговоритель.
[0074] При этом, в других иллюстративных вариантах реализации изобретения, ячейка 400 является ячейкой взаимодействия, поскольку, например, различные процессоры цифровой обработки сигналов могут управлять различными громкоговорителями. Например, процессор 420 цифровой обработки сигналов может управлять громкоговорителем 432 после измерения звука в микрофоне 404. В самом общем виде, каждый процессор цифровой обработки сигналов может принимать сигналы от любого микрофона или датчика или всех из них и затем передавать команды любым или всем громкоговорителям.
[0075] ФИГ. 4 иллюстрирует пример ячейки, содержащей центральное ядро, содержащее процессор и громкоговоритель, совокупность из четырех стрежней, каждый из которых содержит твердый материал и кроме того содержит линию цифровой связи. Ячейка также включает в себя совокупность из четырех датчиков, подсоединенных на соответствующих концах совокупности из четырех стрежней, напротив центрального ядра каждой ячейки. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения центральное ядро содержит множество дополнительных отдельных процессоров и множество дополнительных отдельных громкоговорителей.
[0076] ФИГ. 5-7 иллюстрируют пример ячейки 400 согласно ФИГ. 4 в процессе использования. Таким образом, на всех трех Фигурах каждое изображение ячейки 500 соответствует одной ячейке в трех различных моментах времени. Ячейка 500 может представлять собой, например, ячейку 400 согласно ФИГ. 4 или ячейку 200 согласно ФИГ. 2. В частности, ФИГ. 5 иллюстрирует входящую звуковую волну, начинающую ударяться о ячейку, показанную на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. В свою очередь, ФИГ. 6 иллюстрирует входящую звуковую волну, прошедшую полпути за ячейку, показанную на ФИГ. 5, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. В свою очередь, ФИГ. 7 иллюстрирует звуковую волну, модифицированную относительно входящей звуковой волны, показанной на ФИГ. 5, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения.
[0077] ФИГ. 5-7 описаны вместе. И поэтому аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным объектам, общим для этих трех Фигур.
[0078] В примерах, показанных на ФИГ. 5-7, входящая звуковая волна 502 (которая может быть названа входящим звуковым импульсом) попадает в микрофон 504. Микрофон 504 измеряет входящую звуковую волну 502 и передает эти измерения в виде сигналов по цифровой линии 506 связи на процессор 508 цифровой обработки сигналов в центральном ядре 510. При прохождении волнового сигнала через ячейку 500, как показано на ФИГ. 6 и ФИГ. 7, входящая звуковая волна 502 будет ударяться о другие микрофоны и вследствие этого другие измерения могут быть переданы на один или большее количество других процессоров цифровой обработки сигналов.
[0079] На ФИГ. 6 показан первый ответный сигнал, который ведет к испусканию излученной звуковой волны 602 из громкоговорителя 604. Излученная звуковая волна 602 генерирует фазу подавления поступающего сигнала, сгенерированного в результате входящей звуковой волны 502, ударяющейся о микрофон 504. Излученная звуковая волна 602 будет модифицировать входящую звуковую волну 502 согласно принципу суперпозиции.
[0080] ФИГ. 7 показывает второй ответный сигнал, который ведет к испусканию излученной звуковой волны 700 из громкоговорителя 604. Излученная звуковая волна 700 может излучаться для того, чтобы учесть изменение индекса преломления между материалом, в котором расположена ячейка 500, и окружающей средой, такой как воздух или вода. Излученная звуковая волна 700 будет продолжать модифицировать входящую звуковую волну 502.
[0081] Индекс преломления является количественной мерой степени, с которой вещество замедляет волну по мере прохождения волны через него. Индекс преломления вещества пропорционален отношению скорости волны в первой среде к ее скорости во второй среде. Значение индекса преломления определяет степень преломления волны при входе в вещество или выходе из этого вещества.
[0082] Общепонятным примером демонстрации индекса преломления, в случае световых волн, является внешний вид карандаша, помещенного в прозрачный стакан, наполовину наполненный водой. Половина карандаша находится в воде, а половина карандаша находится вне воды и прислонена к одному краю стакана. Если посмотреть на стакан снаружи на уровне середины карандаша, карандаш будет казаться "согнутым" или "прерывистым", как будто он размещен в различных местах внутри и снаружи границы воды. Однако в действительности карандаш не является ни согнутым, ни прерывистым, он только кажется таким, поскольку свет, отраженный карандашом, преломляется в результате изменения скорости света в двух средах (воздух относительно воды). Этот эффект обусловлен индексом преломления, созданного границей воздуха и воды. Следует отметить, что хотя скорость света в вакууме всегда постоянна, скорость света в такой среде, как воздух или вода, не является постоянной и будет медленнее относительно скорости света в вакууме. Свет перемещается через воду немного медленнее, чем через воздух, и изменение скорости света в этих двух средах приводит к преломлению света различным образом в каждой среде, создавая подобие "изгиба" или "разрыва" карандаша на границе между водой и воздухом.
[0083] Этот принцип применим и к звуковым волнам. Скорость звука различна в различных средах и стремится к уменьшению в плотных средах. Таким образом, для того чтобы учесть изменение индекса преломления между окружающей средой и акустическим метаматериалом, какового окружающая среда и акустический метаматериал, частью которого является ячейка 500, процессор 508 цифровой обработки сигналов учитывает изменение звука, возникающее вследствие изменения индекса преломления. Таким образом, один или большее количество процессоров цифровой обработки сигналов в ячейке 500 будет подавать команды на один или большее количество громкоговорителей, таких как громкоговоритель 604, для излучения излученной звуковой волны 700, чтобы учесть изменение индекса преломления между акустическим метаматериалом, частью которого является ячейка 500, и окружающей средой. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения излученная звуковая волна 602 может быть модифицирована, чтобы учесть изменение индекса преломления. При этом излученная звуковая волна 700 может оказаться пригодной для учета изменения фазовых задержек между звуковыми волнами, возникающих на границе между двумя материалами.
[0084] Теперь будет рассмотрено техническое, однако при этом теоретическое (в противоположность математическому) описание алгоритма модифицирования звуковых волн. Первоначально один или большее количество микрофонов обнаруживают входящую акустическую волну. Значения датчика микрофона оцифровывают по времени для дальнейшей цифровой обработки сигналов процессором. Процессор цифровой обработки сигналов преобразует этот сигнал в частотно-пространственный вид. Процессор цифровой обработки сигналов добавляет фазовые сдвиги (временные задержки) посредством элемента разрешения по частоте соответственно, чтобы получить необходимый модифицированный звуковой волновой сигнал для конкретных метаматериальных характеристик акустического метаматериала. Процессор цифровой обработки сигналов может также создавать отдельный волновой сигнал, специально выполненный для подавления распространения исходной волны. Процессор цифровой обработки сигналов затем преобразует частотно-пространственные характеристики модифицированных волн обратно в пространственно-временной вид и передает в громкоговорители волны, имеющие пространственно-временные характеристики. В свою очередь, громкоговорители выдают сумму активного подавления волны и подвергнутый обработке ответный метасигнал.
[0085] В конечном счете, каждый процессор цифровой обработки сигналов выполняет быстрое преобразование Фурье (FFT) для входящего сигнала, выполняет цифровую фильтрацию, применяет алгоритм пеленгации, два фазовых сдвига и обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) прежде чем первоначальный аудиосигнал распространяется от микрофона к плоскости громкоговорителя. Это время составляет примерно порядка микросекунд. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения для одного дюйма (2,54 см) ячейки и на основании примерной скорости звука, время, отведенное для выполнения этих расчетов, может составлять около 77 микросекунд, однако может варьироваться между примерно 50 и 100 микросекундами. Это отведенное время может быть пропорционально увеличено для более толстых ячеек. В любом случае, современные миниатюрные процессоры цифровой обработки сигналов способны выполнять требуемые расчеты на такой скорости.
[0086] Таким образом, алгоритм можно резюмировать следующим образом: Во-первых, преобразуют образцы входящего звука из пространственно-временного вида в частотно-пространственный вид. Это преобразование может быть выполнено с использованием стандартного быстрого преобразования Фурье, или ускорено с использованием логарифмического быстрого преобразования Фурье. Во-вторых, выполняют цифровую фильтрацию с соответствием полосе пропускания ответного сигнала громкоговорителя. В-третьих, выполняют определение направления для определения трехмерной направленности входящей звуковой волны и соответствующей составляющей, подлежащей транслированию каждым громкоговорителем, выполненным далее по технологической цепочке. В-четвертых, вычисляют фазовый сдвиг для излученного волнового сигнала вдоль трехмерного направления входящей звуковой волны, которая при комбинировании с входящим волновым сигналом приведет к получению необходимого преломленного волнового сигнала согласно принципу суперпозиции. В-пятых, преобразуют сдвинутый по фазе волновой сигнал обратно в пространственно-временной вид. В-шестых, выдают команды на один или большее количество громкоговорителей для излучения сдвинутого по фазе пространственно-временного волнового сигнала.
[0087] Этот алгоритм может быть повторен при необходимости или с необходимым далее временным приращением для новых входящих звуковых волн. Каждое временное приращение может составлять, например, время, затраченное на распространение сигнала от микрофона к центральному ядру. Таким образом, каждое временное приращение может составлять порядка одной микросекунды или менее. Соответственно, любой данный процессор цифровой обработки сигналов может непрерывно обрабатывать множество входящих или изменяющихся звуковых волновых сигналов и выдавать команды на громкоговорители для излучения испускаемых звуков соответственно для достижения необходимого общего вывода звука по времени.
[0088] Далее внимание будет уделено математическим описаниям, используемым в указанном выше алгоритме. Способ удобно реализовать с помощью быстрого преобразования Фурье или аналогичным образом преобразованием Лапласа. Способ на основе сверточных фильтров и логарифмического преобразования Фурье или быстрого преобразования Ханкеля (FHT) может быть дополнительно использован для ускорения времени расчета путем уменьшения количества частотно-пространственных элементов разрешения, необходимых для данного вычисления. Такой подход приводит к точному аналитическому выражению полной частотно-пространственной версии функции с временной выборкой. Когда логарифмическое преобразование Фурье используют для оптимизации алгоритма скорости, указанный выше алгоритм который, для функции, определенной численно на логарифмической сетке в радиальных координатах, осуществляет сферическое преобразование Бесселя, или Ханкеля, на логарифмической сетке в переменной преобразования. Так достигается точность результатов для больших значений переменной преобразования, недостижимая иным путем. Указанный выше алгоритм рассматривает эту математическую задачу как свертывание. Указанный расчет использует затем два применения способа быстрого преобразования Фурье. Эта процедура наиболее подходит для сглаживания функций, определенных на (0, ∞) с ограниченным количеством узлов.
n
m
[0089] Логарифмический алгоритм быстрого преобразования Фурье для осуществления по Ханкелю дискретного преобразования последовательности из N логарифмически расположенных точек определяется следующим образом (в соответствии с методикой Talman, J. Comp. Phys. 29 (1978) p 35): Быстрое по Фурье преобразование a для получения коэффициентов Фурье c:
m
m
m
m
умножают на u для получения произведения cu, где U:
где μ - порядок преобразования Ханкеля, q - параметр преобразования Ханкеля, а k - волновое число входящего волнового сигнала.
m
m
[0090] Затем осуществляют быстрое преобразование Фурье cu обратно для получения дискретного преобразования Ханкеля, :
m
m
[0091] Обратное дискретное преобразование Ханкеля осуществляют посредством того же ряда этапов, за исключением того, что c делят, а не умножают на u.
[0092] В иллюстративных вариантах реализации изобретения предполагается трехмерная природа распространения звука. Таким образом, звуковые волны обладают свойствами в направлениях X (горизонтальном), Y (поперечном горизонтальному) и Z (вертикальном). В случае, когда звуковые волны преимущественно распространяются в направлении X, звуковые волны следуют от точки "-Х" (такой, как микрофон) к точке "+Х" (такой как громкоговоритель) относительно центральной точки (такой как центральное ядро). Аудиосигналы, принятые в момент времени "Т" от направлений Y или Z, являются исходными синфазными сигналами, которые подлежат вычитанию в последовательные моменты времени. Эту информацию вычитают, так что характеристики входящей волны вдоль каждого направления известны максимально точно. Следует отметить, что процедуры, аналогичные описанным ниже, могут быть выполнены для волн, распространяющихся преимущественно в направлениях Y или Z.
[0093] Вычисление быстрого преобразования Фурье обнаруженных сигналов в каждом из микрофонов в одной ячейке выполняют стандартным образом. Независимо от используемого преобразования частоты, определим обнаруженные и отфильтрованные входящие сигналы как F(t) при выражении в виде функции времени и f(s) при преобразовании в частоту. В одном варианте реализации "f(s)" представляет собой быстрое преобразование по Фурье "F(t)", которое представляет собой обнаруженный волновой сигнал.
c
[0094] Составляющая входящей волны по любой одной конкретной оси направления может быть получена в алгоритме нахождения направления следующим образом. Предположим, что два микрофона расположены вдоль этой оси, по одному на каждом конце мета-ячейки. Назовем это направлением 'х'. В любой момент времени акустическая волна, распространяющаяся через ячейку, будет иметь составляющие вдоль этой оси и перпендикулярные ей. Поскольку ячейка предполагается "малой" по сравнению с длиной волны, акустические составляющие, распространяющиеся перпендикулярно этой приведенной в качестве примера оси, будут - на протяжении времени последовательности аудиообразцов - добавляться к общим исходным характеристикам обоих из этих распложенных по оси микрофонов. Составляющие в направлениях 'у' и 'z' будут действовать в качестве синфазного сигнала относительно сигнатуры оси 'x' по времени. Назовем этот синфазный сигнал F(t). Предположим, для этого примера, что время 't' является таким, что (t=0) является моментом, в который фронт волны проходит центр, и "а" представляет собой временную разность от микрофона центра ячейки для акустической волны, распространяющейся по оси. Фронт волны может перемещаться вдоль любого направления вдоль оси X. Предположим, что два конца вдоль оси определены как "+" и "-" соответственно. В этом случае, для последовательности имеющих дискретизацию по времени сигналов на любом из этих микрофонов по этой примерной оси 'х':
В целом, для сигналов F1 и F2
[0095] где F1 представляет собой сигнал 1, перемещающийся от направления "-" в направлении "+" и
-as
F2 представляет собой сигнал 2, перемещающийся от направления "+" в направлении "-". Следует отметить, что сигнал, распространяющийся по оси от 1 к 2, будет измерен дважды: сначала с помощью 1 и затем с помощью 2. Разница будет составлять временной сдвиг 'а'. Преобразование Лапласа будет отличаться на коэффициент e; преобразование Фурье будет аналогичным. Следовательно, уравнения могут затем быть преобразованы в частотно-пространственный вид следующим образом:
[0096] Из указанного выше можно вывести, что:
[0097] Аналогично, можно вывести, что:
[0098] Уравнения (21) и (22) позволяют найти F1, которое представляет собой сигнал 1, перемещающийся от направления "-" в направлении "+", а также найти F2, которое представляет собой сигнал 2, перемещающийся от направления "+" в направлении "-". На основе F1 и F2 могут быть определены соответственно направленные ответные сигналы громкоговорителя вдоль этой представленной оси 'х'. Тот же самый алгоритм применяют для двух других осей таким же образом, и соответственно может быть вычислен полный направленный ответный сигнал. Поправки применяют на промежуточных этапах расчета (где дискретизированный волновой сигнал был преобразован в частотно-пространственный вид), чтобы учесть частотную характеристику микрофонов и громкоговорителей и любые явные частотные или фазовые сдвиги для внеосевых направлений распространения волновых сигналов.
[0099] На ФИГ. 8 проиллюстрировано абстрактное отношение между ячейками, чтобы продемонстрировать возможность соединения между ячейками, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. ФИГ. 8 показывает массив ячеек 800. Массив ячеек 800 может представлять собой массив 300 согласно ФИГ. 3. Массив ячеек 800 включает в себя ячейку 802. Ячейка 802 может быть, например, ячейкой 500 согласно ФИГ. 5-7, ячейкой 400 согласно ФИГ. 4 или ячейкой 200 согласно ФИГ. 2.
[0100] Дополнительные ячейки окружают ячейку 802. Эти дополнительные ячейки имеют сходные свойства с ячейкой 802, хотя здесь для простоты изображены в виде простых коробчатых объектов. Таким образом, например, массив, показанный на ФИГ. 8 может включать в себя не только ячейку 802, но также ячейку 804, ячейку 806, ячейку 808, ячейку 810, ячейку 812, ячейку 814, ячейку 816 и ячейку 818. Может использоваться большее или меньшее количество ячеек.
[0101] Ячейка 802, а также указанные другие ячейки, включает в себя один или большее количество процессоров цифровой обработки сигналов, таких как процессоры 820 цифровой обработки сигналов. Несмотря на упоминание процессоров цифровой обработки сигналов, в некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения также могут быть использованы аналоговые процессоры обработки сигналов. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения используется один процессор цифровой обработки сигналов для каждой ячейки в каждой координатной оси; таким образом, ячейки, показанные на ФИГ. 8, каждые могут иметь по три процессора цифровой обработки сигналов. Каждый процессор цифровой обработки сигналов вдоль данной координатной оси может выполнять определение направления, как описано выше.
[0102] Ячейка 802, а также указанные другие ячейки, включает в себя один или большее количество громкоговорителей, таких как громкоговорители 822. Ячейка 802, а также указанные другие ячейки, включает в себя один или большее количество микрофонов, таких как микрофон 824, микрофон 826, микрофон 828 и микрофон 830. Следует отметить, что каждый из этих микрофонов может быть физически или беспроводным образом соединен с процессорами 820 цифровой обработки сигналов.
[0103] Как показано на ФИГ. 8, данные могут быть переданы с одного микрофона на процессоры цифровой обработки сигналов более чем одной ячейки. Например, микрофон 824 может передавать данные на процессоры цифровой обработки сигналов каждой ячейки из ячеек 802, 804, 806 и 818, а также возможно большего количества ячеек. Эти же данные могут быть переданы на центральный компьютер, который управляет всеми процессорами цифровой обработки сигналов указанных ячеек или программирует все эти процессоры. Микрофоны могут передавать данные на меньшее количество ячеек, чем здесь показано. Микрофоны могут передавать данные на процессоры цифровой обработки сигналов в ячейках, которые не смежны друг с другом в некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения.
[0104] Поскольку процессоры цифровой обработки сигналов различных ячеек совместно используют микрофонные данные, может быть улучшен ответный волновой сигнал в локальной области возле данной ячейки. Таким образом, общий ответный волновой сигнал, испускаемый всем массивом ячеек, может быть улучшен, с обеспечением, таким образом, наиболее необходимого модифицирования входящего волнового сигнала.
[0105] ФИГ. 9-11 иллюстрируют частные конфигурации массивов тетраэдрических ячеек. ФИГ. 9-11 описаны вместе. Таким образом, аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным объектам для этих трех фигур.
[0106] В частности, ФИГ. 9 иллюстрирует массив ячеек, таких как ячейка, показанная на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. ФИГ. 10 иллюстрирует еще один вид массива ячеек, показанных на ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. ФИГ. 11 иллюстрирует еще один вид массива ячеек, показанных на ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения.
[0107] На каждой из ФИГ. 9-11 массив 900 может быть массивом ячеек 800 согласно ФИГ. 8 или массивом 300 согласно ФИГ. 3. Массив 900 представляет собой в частности не ограничивающий пример массива тетраэдрических ячеек, таких как ячейка 400, показанная на ФИГ. 4.
[0108] ФИГ. 9 показывает увеличенный вид массива 900. Каждый микрофон, такой как микрофон 902, представляет собой также многоузловой элемент, соединяющий данную ячейку по меньшей мере с тремя другими ячейками. В иллюстративном варианте реализации изобретения согласно ФИГ. 9, каждый микрофон физически соединен с соответствующими ядрами четырех ячеек. Таким образом, в этом иллюстративном варианте реализации изобретения могут быть использованы четыре процессора цифровой обработки сигналов на ячейку для обработки данных для этой многоузловой конфигурации, однако может использоваться большее или меньшее количество процессоров цифровой обработки сигналов на ячейку. Вдоль кромок массива 900 каждая ячейка соединена по меньшей мере с двумя другими ячейками.
[0109] В любом случае, способность к физическому взаимному соединению указанных ячеек обеспечивает массиву 900 общую конструктивную целостность, который может быть легким и прочным. При необходимости, пеноматериал или иные материалы могут быть помещены в пустые пространства между ядрами узлов, с созданием, таким образом, твердого вещества. В альтернативном варианте реализации изобретения твердые панели могут покрывать ячеистую конструкцию, в которой расположены ядра.
[0110] При эксплуатации массив 900 работает почти так же, как описано для массива 300 согласно ФИГ. 3 или массива ячеек 800 согласно ФИГ. 8. Входящий звуковой волновой сигнал может ударяться о массив 900. В свою очередь, каждая ячейка массива 900 будет получать характеристики локальной области входящей звуковой волны, анализировать входящую звуковую волну в этой локальной области и затем излучать ответную звуковую волну. Ответная звуковая волна оказывается сконфигурирована с возможностью модифицирования входящей звуковой волны и с учетом любых различий в фазе, созданных индексом преломления между внешней средой и акустическим метаматериалом, образованным массивом 900. В этом иллюстративном варианте реализации изобретения, поскольку каждой ячейкой используются общие данные от микрофонов соседних ячеек, результирующая ответная звуковая волна будет во многих случаях приближена к входящей звуковой волне. В результате, при условии достаточности питания и возможностей выдачи звука для громкоговорителей указанных ячеек, входящий звуковой волновой сигнал может быть полностью или почти полностью подавлен. Таким образом, акустический метаматериал (материал, который включает в себя массив ячеек, такой как массив 900) может быть использован для обеспечения тишины в транспортных средствах, зданиях или помещениях зданий.
[0111] Например, в некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения, звук, издаваемый реактивным двигателем, может быть полностью или почти полностью подавлен формированием панельного покрытия двигателя из акустического метаматериала. Кроме того, звук воздуха, протекающего вокруг воздушного летательного аппарата, может быть подавлен формированием обшивки фюзеляжа из акустического метаматериала. Таким образом, в некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения воздушный летательный аппарат, имеющий акустический метаматериал, выполненный в виде части его фюзеляжа и корпусов двигателей, можно сделать почти бесшумным. Некоторые звуки могут выходить наружу вследствие воздуха, выпускаемого из реактивного двигателя; при этом, общий звук, издаваемый воздушным летательным аппаратом, может быть значительно уменьшен.
[0112] В случае зданий или помещений в зданиях, звуки, производимые внутри здания, могут быть приглушены. Таким образом, например, с использованием стенок из акустического метаматериала может быть выполнено помещение обеспечения безопасности, из которого звук по существу не может выйти. Аналогично, помещение для отдыха или развлечения может быть создано с использованием стенок или объектов в помещении, выполненных из акустического метаматериала, при этом некоторые звуки могут быть модифицированы и затем отправлены назад слушателю.
[0113] Массив 900 является примером конструкционного метаматериала, в котором ячейки являются тетраэдрическими ячейками, а ячейка на кромке конструкционного метаматериала электрически соединена по меньшей мере с двумя другими ячейками. Данная внутренняя ячейка внутри кромки электрически соединена по меньшей мере с четырьмя другими тетраэдрическими ячейками.
[0114] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения одна или большее количество ячеек в массиве 900 могут быть соединены с центральным процессором 904. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения, все из ячеек в массиве 900 соединены с центральным процессором 904. Центральный процессор 904 может быть соединен с ячейками в массиве 900 беспроводным образом или проводами. Центральный процессор 904 может быть соединен с ячейками в массиве 900 постоянно или только в необходимые промежутки времени. Центральный процессор 904 может быть выполнен с возможностью программирования или перепрограммирования работы процессоров цифровой обработки сигналов в указанных ячейках массива 900. Таким образом, то, как массив 900 модифицирует входящие звуковые волны, может быть изменено, с возможностью такого изменения в реальном времени. Таким образом, например, с использованием центрального процессора 904 вместе с массивом 900, воздушный летательный аппарат может быть запрограммирован на бесшумность в один момент времени и на производство даже более громкого шума или другого шума в другой момент времени. Таким образом, например, реактивный воздушный летательный аппарат может изменить свое состояние от тишины до звучания наподобие крупного реактивного воздушного летательного и до звучания наподобие вертолета, в реальном времени.
[0115] При использовании в настоящем документе термин "в реальном времени" означает выполнение действия без существенной задержки по времени, за которое входящие звуковые волны распространяются через массив 900. Пример реального времени является характеристикой входящей звуковой волны плюс выпуск излученной звуковой волны в пределах десятков микросекунд.
[0116] Можно привести множество примеров. Таким образом, иллюстративные варианты реализации изобретения не обязательно ограничены этими конкретными примерами, описанными выше или где-либо еще в настоящем документе.
[0117] ФИГ. 12 иллюстрирует компоненты, используемые в ячейке, такой как ячейка, показанная на ФИГ. 4, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Различные компоненты, показанные на ФИГ. 12, сравниваются с монетой 1200 в десять американских центов для иллюстрации размера компонентов, используемых при построении процессора цифровой обработки сигналов. Эти компоненты являются только примерами, и их размер может быть еще больше уменьшен.
[0118] Например, ячейка может включать в себя один или большее количество микрофонов, таких как микрофон 1202 или микрофон 1204. В конкретном не ограничивающем иллюстративном варианте реализации изобретения микрофоны могут быть чувствительными в диапазоне между примерно 20 Гц и 20 кГц, со встроенным аудио усилением и цифровым интерфейсом. Каждый такой микрофон является относительно недорогим, дешевле 10 долларов. Эти микрофоны могут быть заменены другими датчиками звука.
[0119] Ячейка также может включать в себя один или большее количество громкоговорителей, таких как громкоговоритель 1206 или громкоговоритель 1208. В конкретном иллюстративном варианте реализации изобретения эти громкоговорители могут представлять собой 10 мВт громкоговоритель с частотным ответным сигналом между примерно 200 Гц и 8 кГц. Частотный ответный сигнал может быть изменен, чтобы соответствовать частотному ответному сигналу микрофонов. Эти громкоговорители могут быть относительно недорогими, дешевле 10 долларов.
[0120] Ячейка также может включать в себя процессор 1210. Процессор 1210 может быть процессором цифровой обработки сигналов или процессором аналоговой обработки сигналов, в зависимости от предпочтительного применения данного процессора. В конкретном иллюстративном варианте реализации изобретения процессор 1210 может быть процессорной интегральной схемой dsPIC33F, которая является доступной на рынке и относительно недорогой, дешевле 10 долларов. Эта интегральная схема может иметь размещенную на плате математическую схему, USB или иные цифровые интерфейсы и может включать в себя признаки иных определенных аппаратных средств, направленных на выполнение описанной выше обработки математическими средствами.
[0121] Эти компоненты представляют собой неограничивающие примеры. Могут быть использованы другие компоненты. Компоненты могут быть большего или меньшего размера. Таким образом, иллюстративные варианты реализации изобретения, показанные на ФИГ. 12, не обязательно ограничивают заявленную формулу изобретения или другие иллюстративные варианты его реализации, описанные в настоящем документе.
[0122] ФИГ. 13 иллюстрирует применение массива ячеек, показанных на ФИГ. 3 или ФИГ. 9, в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. ФИГ. 13 взята из публикации 1258 "Аэроакустика летательных транспортных средств: Теория и практика", том 2: Контроль шума, Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration Publication 1258, Volume 2, WRDC Technical Report 90-3052 от августа 1991 года (Aeroacoustics of Flight Vehicles: Theory and Practice; Volume 2: Noise Control)). На ФИГ. 13 показаны примеры входящих звуковых волновых сигналов 1300 различных типов.
[0123] Иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные в отношении ФИГ. 2-12, обладают способностью подавления, модифицирования или усиления звуковых волновых сигналов 1300. Волновые сигналы 1300 могут быть модифицированы акустическим метаматериалом, размещенным в одной или большем количестве областей воздушного летательного аппарата 1302. Таким образом, например, акустический метаматериал, окружающий реактивные двигатели, может подавлять акустический волновой сигнал 1304 реактивной струи, хотя он также может подавлять другие волновые сигналы, поскольку ячейки акустического метаматериала будут анализировать общий полученный суперпозицией волновой сигнал, ударяющийся об этот акустический метаматериал. Аналогично, акустический метаматериал, который формирует обшивку фюзеляжа, может подавлять волновой сигнал 1306 основного корпуса воздушного летательного аппарата, однако он может подавлять и другие волновые сигналы, поскольку ячейки акустического метаматериала будут анализировать общий полученный суперпозицией волновой сигнал, ударяющийся об этот акустический метаматериал. Тем не менее, конкретные области воздушного летательного аппарата 1302 могут иметь иным образом запрограммированные акустические метаматериалы, чтобы способствовать подавлению или модифицированию доминантных волновых сигналов в волновых сигналах 1300. Кроме того, при этом, акустический метаматериал на любой данной части воздушного летательного аппарата 1302 может подавлять или модифицировать даже очень сложный звуковой волновой сигнал, который включает в себя суперпозицию любого или всех источников шума, показанных в волновых сигналах 1300.
[0124] ФИГ. 14 иллюстрирует акустический метаматериал в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Акустический метаматериал 1400 может быть выполнен посредством или из массива ячеек, такого как массив 300 согласно ФИГ. 3, массив ячеек 800 согласно ФИГ. 8, или массив 900 согласно ФИГ. 9. Эти массивы могут включать в себя ячейки, такие как ячейка 200 согласно ФИГ. 2, ячейка 400 согласно ФИГ. 4, ячейка 500 согласно ФИГ. 5-7 или ячейка 802 согласно ФИГ. 8. Акустический метаматериал 1400 может включать в себя дополнительные конструкции для обеспечения иных функций, таких как поддержка, прочность, способность к соединению или другие необходимые функции.
[0125] Акустический метаматериал 1400 включает в себя ячейки 1402 для цифровой обработки входящего звукового волнового сигнала 1404 и для генерирования соответствующего ответного звукового волнового сигнала 1406 в зависимости от частоты и фазы входящего звукового волнового сигнала 1404, для генерирования общего ответного звукового волнового сигнала 1408, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом 1404 модифицирует входящий звуковой волновой сигнал 1404. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения, ячейки 1402 обнаруживают и моделируют входящий звуковой волновой сигнал 1404 в трехмерных направлениях для создания трехмерного ответного сигнала звука независимо от угла падения входящего звукового волнового сигнала 1404.
[0126] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения каждая ячейка из ячеек 1402 содержит по меньшей мере один микрофон, процессор обработки сигналов и громкоговоритель. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения ячейки 1402 соединены друг с другом. В этом случае, соответствующие электронные компоненты электрически соединены с каждой ячейкой, для преобразования входящего звукового волнового сигнала в цифровые сигналы.
[0127] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения указанные соответствующие электронные компоненты кроме того содержат соответствующий процессор обработки сигналов, который вычисляет всю обнаруженную распространяющуюся акустическую энергию в трех измерениях и применяет заранее установленные коэффициенты временной задержки, фазового сдвига и усиления к входящему звуковому волновому сигналу в зависимости от частоты. В этом случае каждая ячейка запрограммирована с использованием временной задержки, фазового сдвига и коэффициентов усиления по частоте для выполнения активного подавления обнаруженного звука по мере распространения входящего звукового волнового сигнала через каждую из ячеек и за нее. Кроме того, каждый из указанных соответствующих электронных компонентов кроме того содержит множество акустических преобразователей, которые направленно передают указанный соответствующий ответный волновой сигнал и, в целом, все из указанных соответствующих электронных компонентов направленно передают сумму соответствующих ответных звуковых волновых сигналов в качестве общего ответного звукового волнового сигнала.
[0128] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения каждый соответствующий процессор обработки сигналов электрически соединен с другим процессором обработки сигналов в другой ячейке. Центральный процессор может программировать каждый соответствующий процессор обработки сигналов.
[0129] Иллюстративные варианты реализации изобретения, показанные на ФИГ. 14, могут быть различными. Например, хотя ФИГ. 14 может быть интерпретирована как иллюстрация того, что входящий звуковой волновой сигнал 1404 перемещается через ячейки 1402 и комбинируется с ответным звуковым волновым сигналом 1406 на другой стороне ячеек 1402, возможны иные истолкования. Например, входящий звуковой волновой сигнал может ударяться о ячейки 1402, подвергаться анализу и отражаться от ячеек 1402. В этом случае, ответный звуковой волновой сигнал 1406 излучался бы с той же стороны, что и входящий звуковой волновой сигнал 1404. Таким образом, ответный звуковой волновой сигнал 1406 мог бы находиться между ячейками 1402 и входящим звуковым волновым сигналом 1404. В другом иллюстративном варианте реализации изобретения может быть сгенерировано множество ответных волновых сигналов. Например, ячейки 1402 могут генерировать первый ответный волновой сигнал, который модифицирует первую часть входящего звукового волнового сигнала 1404, который отражается от ячеек 1402, а ячейки 1402 также могут генерировать второй ответный волновой сигнал, который модифицирует вторую часть входящего звукового волнового сигнала 1404, который проходит сквозь ячейки 1402.
[0130] ФИГ. 15 иллюстрирует конструкционный метаматериал в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Конструкционный метаматериал 1500 может быть выполнен посредством или из массива ячеек, такого как массив 300 согласно ФИГ. 3, массив ячеек 800 согласно ФИГ. 8 или массив 900 согласно ФИГ. 9. Эти массивы могут включать в себя ячейки, такие как ячейка 200 согласно ФИГ. 2, ячейка 400 согласно ФИГ. 4, ячейка 500 согласно ФИГ. 5-7 или ячейка 802 согласно ФИГ. 8. Конструкционный метаматериал 1500 может включать в себя дополнительные конструкции для обеспечения иных функций, таких как поддержка, прочность, способность к соединению или другие необходимые функции. Конструкционный метаматериал 1500 может быть разновидностью акустического метаматериала 1400 согласно ФИГ. 14.
[0131] Конструкционный метаматериал 1500 может включать в себя ячейки 1502, каждую ячейку 1504, содержащую микрофон 1506 для обнаружения входящих звуковых волновых сигналов, громкоговоритель 1508 и процессор 1510, выполненный с возможностью анализирования признаков входящего звукового волнового сигнала 1512 и принуждения громкоговорителя 1508 излучать ответный звуковой волновой сигнал 1514, который при комбинировании с входящим звуковым волновым сигналом 1512 в данной соответствующей ячейке 1504 модифицирует входящий звуковой волновой сигнал 1512.
[0132] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения анализируемые признаки входящего звукового волнового сигнала выбраны из группы, состоящей из соответствующей фазы, соответствующего направления, соответствующей частоты и соответствующей амплитуды входящего звукового волнового сигнала в указанной данной соответствующей ячейке. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения, ячейки 1502 являются тетраэдрическими ячейками, а ячейка на кромке конструкционного метаматериала электрически соединена по меньшей мере с двумя другими ячейками, и при этом данная внутренняя ячейка внутри кромки электрически соединена по меньшей мере с четырьмя другими тетраэдрическими ячейками.
[0133] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения конструкционный метаматериал 1500 может включать в себя центральный процессор 1516, выполненный с возможностью управления процессором 1510 каждой ячейки 1504. В этом случае, центральный процессор 1516 может быть кроме того выполнен с возможностью перепрограммирования процессора 1510 каждой ячейки 1504 для дополнительного модифицирования входящего звукового волнового сигнала 1512.
[0134] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения конструкционный метаматериал 1500 также может включать в себя центральное ядро 1518, в котором размещен процессор 1510 каждой ячейки 1504 и громкоговоритель 1508 каждой ячейки 1504. В этом случае конструкционный метаматериал 1500 также может включать в себя совокупность из четырех стрежней, каждый из которых содержит твердый материал и кроме того может содержать линию цифровой связи. Кроме того, конструкционный метаматериал 1500 может включать в себя совокупность из четырех датчиков, подсоединенных на соответствующих концах совокупности из четырех стрежней, напротив центрального ядра каждой ячейки. Датчики могут быть примерами выполнения микрофона 1506, или могут быть другими датчиками. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения центральное ядро 1518 каждой ячейки 1504 содержит множество дополнительных отдельных процессоров и множество дополнительных отдельных громкоговорителей.
[0135] Иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные в отношении ФИГ. 15, могут быть различными. Может использоваться большее или меньшее количество свойств. Ячейки 1502 могут быть выполнены в виде массива, такого как массив 300 согласно ФИГ. 3 или массив 900, показанный на ФИГ. 9-11. Таким образом, описание ФИГ. 15 не является обязательным ограничением заявленных изобретений.
[0136] ФИГ. 16 иллюстрирует способ модифицирования звука в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Способ 1600 может быть реализован с использованием массива ячеек, такого как массив 300 согласно ФИГ. 3, массив ячеек 800 согласно ФИГ. 8, или массив 900 согласно ФИГ. 9. Способ 1600 также может быть реализован с использованием ячеек, таких как ячейка 200 согласно ФИГ. 2, ячейка 400 согласно ФИГ. 4, ячейка 500 согласно ФИГ. 5-7 или ячейка 802 согласно ФИГ. 8. Способ 1600 может быть реализован с использованием акустического метаматериала 1400 согласно ФИГ. 14 или конструкционного метаматериала 1500 согласно ФИГ. 15.
[0137] В одном иллюстративном варианте реализации изобретения способ 1600 может быть начат с того, что принимают звуковой волновой сигнал в ячейках, при этом каждая ячейка принимает соответствующую часть звукового волнового сигнала, и при этом каждая ячейка содержит микрофон, процессор и громкоговоритель (операция 1602). Способ 1600 может также включать этапы, согласно которым моделируют каждым процессором часть звукового волнового сигнала, чтобы сформировать модель (операция 1604). Способ 1600 может также включать этапы, согласно которым излучают каждым громкоговорителем под управлением каждого процессора ответный волновой сигнал, основанный на модели, который при комбинировании с указанной частью звукового волнового сигнала модифицирует указанную часть звукового волнового сигнала (операция 1606). После чего процесс может быть завершен.
[0138] Способ 1600 может быть видоизменен. Например, способ 1600 может также включать в себя этап, на котором управляют каждым процессором посредством центрального процессора для модифицирования каждого ответного волнового сигнала. Способ 1600 может кроме того включать в себя этап, на котором модифицируют звуковой волновой сигнал посредством подавления звукового волнового сигнала. Способ 1600 может кроме того включать в себя этап, на котором модифицируют звуковой волновой сигнал посредством усиления звукового волнового сигнала или изменения звукового волнового сигнала. Таким образом, иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные в отношении ФИГ. 16, не обязательно ограничивают заявленные изобретения или другие иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные где-либо в настоящем документе.
[0139] Со ссылкой на ФИГ. 17 показана система обработки данных в соответствии с иллюстративным вариантом реализации изобретения. Система 1700 обработки данных на ФИГ. 17 является примером системы обработки данных, которая может быть использована для реализации иллюстративных вариантов изобретения, таких как способ 1600 согласно ФИГ. 16, получения характеристики флуороресцирующего света по ФИГ. 1-13, или любого другого модуля или системы или процесса, раскрытого в данном документе. В этом иллюстративном примере система 1700 обработки данных включает в себя многовходовую систему 1702 коммутации, которая обеспечивает сообщение между процессорным блоком 1704, запоминающим устройством 1706, устройством 1708 постоянного хранения, блоком 1710 связи, блоком 1712 ввода/вывода (I/O) и дисплеем 1714.
[0140] Процессорный блок 1704 служит для выполнения команд для программного обеспечения, которое может быть загружено в запоминающее устройство 1706. Процессорный блок 1704 может представлять собой множество процессоров, мультипроцессорное ядро и/или процессор какого-либо иного типа в зависимости от конкретной реализации. "Множество" при использовании в настоящем документе со ссылкой на элемент означает один или большее количество элементов. Кроме того, процессорный блок 1704 может быть реализован с использованием множества разнородных процессорных систем, в которых основной процессор выполнен вместе со вспомогательными процессорами в одной интегральной схеме. В качестве еще одного иллюстративного примера, процессорный блок 1704 может представлять собой симметричную многопроцессорную систему, содержащую множество процессоров одного и того же типа.
[0141] Запоминающее устройство 1706 и устройство 1708 постоянного хранения являются примерами устройств 1718 хранения. Устройство хранения представляет собой любую часть аппаратных средств, которое обладает способностью сохранения информации, такой как, например, без ограничения, данные, программный код в функциональной форме и/или иная подходящая информация на постоянной основе и/или временной основе. Устройства 1718 хранения в этих иллюстративных примерах могут также называться машиночитаемыми устройствами хранения. Запоминающее устройство 1706, в этих иллюстративных примерах, может представлять собой, например, оперативное запоминающее устройство или любое иное подходящее энергозависимое или энергонезависимое устройство хранения. Устройство 1708 постоянного хранения может быть выполнено в различных формах, в зависимости от конкретной реализации.
[0142] Например, устройство 1708 постоянного хранения может содержать один или большее количество компонентов или устройств. Например, устройство 1708 постоянного хранения может представлять собой жесткий диск, флэш-память, перезаписываемый оптический диск, перезаписываемую магнитную ленту или какую-либо комбинацию указанного выше. Носители, используемые устройством 1708 постоянного хранения, также могут быть съемными. Например, для устройства 1708 постоянного хранения может быть использован съемный жесткий диск.
[0143] Блок 1710 связи в этих иллюстративных примерах обеспечивает сообщение с другими системами или устройствами обработки данных. В этих примерах блок 1710 связи представляет собой сетевую интерфейсную плату. Блок 1710 связи может обеспечивать сообщение посредством использования физической или беспроводной линий связи или их обеих.
[0144] Блок 1712 ввода/вывода обеспечивает возможность ввода и вывода данных другими устройствами, которые могут быть соединены с системой 1700 обработки данных. Например, блок 1712 ввода/вывода может обеспечивать соединение для ввода пользователя с помощью клавиатуры, мыши и/или какого-либо иного подходящего устройства ввода. Кроме того, блок 1712 ввода/вывода может отправлять выходные данные на принтер. Дисплей 1714 обеспечивает механизм отображения информации для пользователя.
[0145] Команды для операционной системы, приложений и/или программ могут быть расположены в устройствах 1718 хранения, которые сообщаются с процессорным блоком 1704 через многовходовую систему 1702 коммутации. В этих иллюстративных примерах команды представлены в функциональной форме на устройстве 1708 постоянного хранения. Эти команды могут быть загружены в запоминающее устройство 1706 для выполнения процессорным блоком 1704. Процессы различных вариантов реализации изобретения могут быть выполнены процессорным блоком 1704 с использованием машинно-исполняемых команд, которые могут быть расположены в запоминающем устройстве, таком как запоминающее устройство 1706.
[0146] Эти команды упоминаются как программный код, используемый вычислительным устройством программный код или машиночитаемый программный код, который может быть считан или исполнен процессором в процессорном блоке 1704. Программный код в различных вариантах реализации изобретения может быть реализован на физическом или машиночитаемом носителе для хранения, таком как запоминающее устройство 1706 или устройство 1708 постоянного хранения.
[0147] Программный код 1718 находится в функциональной форме на машиночитаемом носителе 1720, который выполнен с возможностью съема по выбору и может быть загружен или перемещен в систему 1700 обработки данных для выполнения процессорным блоком 1704. Программный код 1718 и машиночитаемый носитель 1720 в этих иллюстративных примерах формируют компьютерный программный продукт 1722. В одном примере, машиночитаемый носитель 1720 может представлять собой машиночитаемый носитель 1224 хранения данных или машиночитаемый носитель 1726 сигнала. Машиночитаемый носитель 1224 хранения данных может включать в себя, например, оптический или магнитный диск, который вводят или помещают в привод или иное устройство, которое является частью устройства 1708 постоянного хранения для перемещения в устройство хранения, такое как жесткий диск, которое является частью устройства 1708 постоянного хранения. Машиночитаемый носитель 1224 хранения данных также может быть выполнен в виде устройства постоянного хранения, такого как жесткий диск, флэш-накопитель или флэш-память, которое соединено с системой 1700 обработки данных. В некоторых случаях, машиночитаемый носитель 1224 хранения данных может быть несъемным с системы 1700 обработки данных.
[0148] В альтернативном варианте реализации изобретения программный код 1718 может быть передан в систему 1700 обработки данных с использованием машиночитаемого носителя 1726 сигнала. Машиночитаемый носитель 1726 сигнала может представлять собой, например, распространяемый сигнал данных, содержащий программный код 1718. Например, машиночитаемый носитель 1726 сигнала может быть электромагнитным сигналом, оптическим сигналом и/или каким-либо иным подходящим типом сигнала. Эти сигналы могут быть переданы посредством линий связи, таких как беспроводные линии связи, оптико-волоконный кабель, коаксиальный кабель, провод и/или линия связи любого иного подходящего типа. Другими словами, линия связи и/или соединение могут быть физической/физическим или беспроводной/беспроводным в указанных иллюстративных примерах.
[0149] В некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения программный код 1718 может быть загружен по сети на устройство 1708 постоянного хранения из другого устройства или системы обработки данных через машиночитаемый носитель 1726 сигнала для использования внутри системы 1700 обработки данных. К примеру, программный код, сохраненный в машиночитаемом носителе для хранения в системе обработки данных сервера, может быть загружен по сети из сервера в систему 1700 обработки данных. Система обработки данных, обеспечивающая программный код 1718, может представлять собой серверный компьютер, клиентский компьютер или какое-либо иное устройство, выполненное с возможностью хранения и передачи программного кода 1718.
[0150] Различные компоненты, проиллюстрированные для системы 1700 обработки данных, не предназначены для наложения архитектурных ограничений на способ, которым могут быть реализованы варианты изобретения. Указанные различные иллюстративные варианты реализации изобретения могут быть реализованы в системе обработки данных, которая включает в себя компоненты в дополнение и/или вместо тех, которые показаны в виде иллюстраций для системы 1700 обработки данных. Другие компоненты, изображенные на ФИГ. 17, могут отличаться от показанных иллюстративных примеров. Различные варианты реализации изобретения могут быть реализованы с использованием любого устройства, выполненного на основе аппаратных средств, или системы, выполненной с возможностью запуска программного кода. В качестве одного примера система обработки данных может включать в себя органические компоненты, выполненные за одно целое с неорганическими компонентами, и/или может быть образована целиком из органических компонентов, за исключением человека. Например, устройство хранения может быть выполнено из органического полупроводника.
[0151] Еще в одном иллюстративном варианте реализации изобретения, процессорный блок 1704 может быть выполнен в виде блока аппаратных средств, имеющего схемы, которые произведены или выполнены для конкретного применения. Этот тип аппаратных средств может выполнять операции без необходимости загрузки программного кода в запоминающее устройство из устройства хранения для того, чтобы осуществить выполнение указанных операций.
[0152] Например, когда процессорный блок 1704 выполнен в форме блока аппаратных средств, процессорный блок 1704 может представлять собой систему замыкания, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемое логическое устройство или аппаратные средства какого-либо другого подходящего типа, выполненные для выполнения множества операций. С программируемым логическим устройством, рассматриваемое устройство может быть выполнено с возможностью выполнения указанного множества операций. Конфигурация рассматриваемого устройства может быть изменена позднее, или оно может иметь постоянную конфигурацию для выполнения указанного множества операций. Примеры программируемых логических устройств включают в себя, например, программируемый логический блок, программируемую матричную логическую схему, логическую матрицу с эксплуатационным программированием, логическую матрицу с эксплуатационным программированием и иные подходящие устройства на основе аппаратных средств. При таком типе реализации программный код 1718 может быть опущен, поскольку процессы для указанных различных вариантов реализации изобретения реализованы в блоке аппаратных средств.
[0153] Еще в одном иллюстративном примере процессорный блок 1704 может быть реализован с использованием комбинации процессоров, находящихся в компьютерах и блоках программных средств. Процессорный блок 1704 может иметь множество блоков программных средств и множество процессоров, которые выполнены с возможностью запуска программного кода 1718. В этом изображенном примере некоторые из процессов могут быть реализованы в множестве блоков программных средств, а другие процессы могут быть реализованы в множестве процессоров.
[0154] В качестве еще одного примера устройство хранения в системе 1700 обработки данных представляет собой любое устройство на основе аппаратных средств, которое может сохранять данные. Запоминающее устройство 1706, устройство 1708 постоянного хранения и машиночитаемый носитель 1720 являются примерами устройств хранения в осязаемой форме.
[0155] В другом примере для реализации многовходовой системы 1702 коммутации может быть использована система шин, которая может быть образована из одной или большего количества шин, таких как системная шина или шина ввода/вывода. Конечно, система шин может быть реализована с использованием архитектуры любого подходящего типа, которая обеспечивает перенос данных между различными компонентами или устройствами, прикрепленными к системе шин. Кроме того, блок связи может включать в себя одно или большее количество устройств, используемых для передачи и приема данных, таких как модем или сетевой адаптер. Кроме того запоминающее устройство может представлять собой, например, запоминающее устройство 1706 или сверхоперативное запоминающее устройство, например находящееся в интерфейсе и концентраторе контроллера запоминающего устройства, которое может находиться в многовходовой системе 1702 коммутации.
[0156] Система 1700 обработки данных может также включать в себя ассоциативное запоминающее устройство 1728. Ассоциативное запоминающее устройство 1728 может быть названо запоминающим устройством с адресацией по содержимому. Ассоциативное запоминающее устройство 1728 может сообщаться с многовходовой системой 1702 коммутации. Ассоциативное запоминающее устройство 1728 может также сообщаться с устройством 1718 хранения или, в некоторых иллюстративных вариантах реализации изобретения, рассматриваться как его часть. Хотя показано одно ассоциативное запоминающее устройство 1728, могут использоваться дополнительные ассоциативные запоминающие устройства. Ассоциативное запоминающее устройство 1728 может быть энергонезависимым машиночитаемым носителем хранения информации для использования при исполнении команд для любого реализуемого на компьютере способа, описанного в настоящем документе.
[0157] Различные иллюстративные варианты реализации изобретения могут быть выполнены полностью на основе аппаратных средств, полностью на основе программного обеспечения или варианта реализации изобретения, содержащего как элементы аппаратных средств, так и программного обеспечения. Некоторые варианты реализации изобретения реализованы в программном обеспечении, которое включает в себя, но не ограничено такими формами как, например, программно-аппаратные средства, резидентное программное обеспечение и микрокод.
[0158] Кроме того, указанные различные варианты реализации изобретения могут быть выполнены в виде компьютерного программного продукта, доступного посредством используемого на компьютере или машиночитаемого носителя с обеспечением программного кода для использования посредством или в связи с компьютером или любым устройством или системой, которая выполняет команды. Для целей настоящего раскрытия используемый на компьютере или машиночитаемый носитель может в целом представлять собой любое вещественное устройство, которое может содержать, хранить, communicate, распространять, или перемещать программу для использования посредством или в связи с командой исполняющей системой, устройством или приспособлением.
[0159] Используемый на компьютере или машиночитаемый носитель может представлять собой, например, без ограничения электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную, инфракрасную или полупроводниковую систему или среду распространения. Неограничивающие примеры машиночитаемого носителя включают в себя полупроводниковое или твердотельное запоминающее устройство, магнитную ленту, съемную компьютерную дискету, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), жесткий магнитный диск и оптический диск.
Оптические диски могут включать в себя компакт-диск CD-ROM только для чтения, компакт-диск CD-R/W для записи и перезаписи и DVD.
[0160] Кроме того, используемый на компьютере или машиночитаемый носитель может содержать или хранить используемый на компьютере или машиночитаемый программный код, так что когда машиночитаемый или используемый на компьютере программный код исполняют на компьютере, исполнение этого машиночитаемого или используемого на компьютере программного кода заставляет компьютер осуществлять передачу другого машиночитаемого или используемого на компьютере программного кода по линии связи. Эта линия связи может использовать среду, которая является, например, без ограничения, физической или беспроводной.
[0161] Система обработки данных, подходящая для хранения и/или исполнения машиночитаемого или используемого на компьютере программного кода будет включать в себя один или большее количество процессоров, соединенных непосредственно или опосредованно с запоминающими элементами через многовходовую систему коммутации, такую как системная шина. Запоминающие элементы могут включать в себя локальное запоминающее устройство, используемое во время фактического исполнения программного кода, устройство массовой памяти и сверхоперативные запоминающие устройства, которые обеспечивают временное хранение по меньшей мере какого-либо машиночитаемого или используемого на компьютере программного кода для уменьшения количества раз, которое этот код может быть извлечен из устройства массовой памяти во время исполнения кода.
[0162] Устройства ввода/вывода или I/O могут быть соединены с системой непосредственно или через промежуточные контроллеры входа/выхода. Эти устройства могут включать в себя, например, без ограничения, клавиатуры, сенсорные экраны дисплеев и координатно-указательные устройства. Различные адаптеры связи также могут быть соединены с системой для обеспечения возможности подключения системы обработки данных к другой системе обработки данных или удаленным принтерам или устройствам хранения через промежуточные частные или общедоступные сети. Неограничивающие примеры модемов и сетевых адаптеров являются лишь несколькими, доступными в настоящее время типами адаптеров связи.
[0163] Описание различных иллюстративных вариантов реализации изобретения было представлено в целях иллюстрации и это описание не является исчерпывающим или ограничивающимся раскрытыми формами реализации настоящего изобретения. Многие модификации и изменения будут очевидны специалистам в данной области техники. Кроме того, различные иллюстративные варианты реализации изобретения могут обеспечивать различные признаки по сравнению с другими иллюстративными вариантами реализации изобретения. Отдельный вариант или отдельные варианты реализации изобретения выбраны и описаны для того, чтобы лучше объяснить принципы его осуществления, практического применения и дать представление о различных вариантах с различными модификациями, которые подходят для конкретного использования изобретения другими специалистам в данной области техники.