УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА, ИМЕЮЩЕЕ МНОЖЕСТВО АКУСТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
SIGNAL PROCESSING DEVICE HAVING PLENTY OF ACOUSTIC-ELECTRIC TRANSDUCERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к обработке сигнала и в частности к способам и устройствам для генерации сигналов поддиапазонов согласно аудио сигналам.
Уровень техники
Технология разложения на поддиапазоны широко применяется в различных сферах обработки сигнала, таких как распознавание речи, подавление шумов или усиление сигнала, кодирование изображения или другие подобные задачи или комбинации таких задач. Аудио сигнал, принятый акустико-электрическим преобразователем, может быть далее обработан для генерации цифрового сигнала, на основе которого могут быть затем сформированы несколько сигналов поддиапазонов. Процедура генерации сигналов поддиапазонов из цифрового сигнала может требовать больших затрат времени из-за используемых при этом вычислительных процессов. Таким образом, желательно создать технологию и устройство для обработки аудио сигнала с целью генерации сигналов поддиапазонов более эффективным способом.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству для обработки аудио сигнала. Устройство может содержать первый акустико-электрический преобразователь и второй акустико-электрический преобразователь. Первый акустико-электрический преобразователь может иметь первую частотную характеристику и может быть конфигурирован для приема аудио сигнала и генерации первого сигнала поддиапазона в соответствии с принятым аудио сигналом. Второй акустико-электрический преобразователь может иметь вторую частотную характеристику, так что эта вторая частотная характеристика отличается от первой частотной характеристикой. Второй акустико-электрический преобразователь может быть конфигурирован для приема аудио сигнала и генерации второго сигнала поддиапазона в соответствии с принятым аудио сигналом.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь имеет первую ширину частотной характеристики, и второй акустико-электрический преобразователь имеет вторую ширину частотной характеристики, отличную от первой ширины частотной характеристики.
В некоторых вариантах, вторая ширина частотной характеристики может быть больше первой ширины частотной характеристики, а вторая центральная частота второго акустико-электрического преобразователя может быть выше первой центральной частоты первого акустико-электрического преобразователя.
В некоторых вариантах, устройство может далее содержать третий акустико-электрический преобразователь. Третья центральная частота третьего акустико-электрического преобразователя может быть выше второй центральной частоты второго акустико-электрического преобразователя.
В некоторых вариантах, первая частотная характеристика и вторая частотная характеристика пересекаются в точке, которая может находиться поблизости от точки уровня половинной мощности первой частотной характеристики и точки уровня половинной мощности второй частотной характеристики.
В некоторых вариантах, первая частотная характеристика и вторая частотная характеристика пересекаются в точке, которая может находиться поблизости от точки уровня половинной мощности первой частотной характеристики и точки уровня половинной мощности второй частотной характеристики.
В некоторых вариантах, устройство может далее содержать первый дискретизирующий модуль, соединенный с первым акустико-электрическим преобразователем и конфигурированный для дискретизации первого сигнала поддиапазона с целью генерации первого дискретизированного сигнала поддиапазона, и второй дискретизирующий модуль, соединенный со вторым акустико-электрическим преобразователем и конфигурированный для дискретизации второго сигнала поддиапазона с целью генерации второго дискретизированного сигнала поддиапазона.
В некоторых вариантах, по меньшей мере один из модулей – первый дискретизирующий модуль или второй дискретизирующий модуль, может представлять собой полосовой дискретизирующий модуль.
В некоторых вариантах, устройство может далее содержать модуль обратной связи, конфигурированный для регулирования по меньшей мере одного из преобразователей – первого акустико-электрического преобразователя и/или второго акустико-электрического преобразователя.
В некоторых вариантах, модуль обратной связи может быть конфигурирован для регулирования по меньшей мере одного из преобразователей – первого акустико-электрического преобразователя и/или второго акустико-электрического преобразователя, в соответствии по меньшей мере с одним из сигналов первым дискретизированным сигналом поддиапазона и/или вторым дискретизированным сигналом поддиапазона.
В некоторых вариантах, устройство может далее содержать модуль обработки сигнала, конфигурированный для соответственной обработки первого дискретизированного сигнала поддиапазона и второго дискретизированного сигнала поддиапазона с целью генерации первого обработанного сигнала поддиапазона и второго обработанного сигнала поддиапазона, где модуль обратной связи может быть конфигурирован для регулирования по меньшей мере одного из преобразователей – первого акустико-электрического преобразователя и/или второго акустико-электрического преобразователя, в соответствии с первым обработанным сигналом поддиапазона и/или вторым обработанным сигналом поддиапазона.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь может содержать акустический чувствительный компонент, конфигурированный для генерации электрического сигнала в соответствии с аудио сигналом, и акустический канальный компонент.
В некоторых вариантах, акустический канальный компонент может содержать компонент второго порядка, а акустический чувствительный компонент может содержать полосовую диафрагму кратного порядка.
В некоторых вариантах, полосовая диафрагма кратного порядка может содержать полосовую диафрагму второго порядка.
В некоторых вариантах, акустический канальный компонент может содержать полосовой кантилеверный элемент второго порядка.
В некоторых вариантах, полосовой кантилеверный элемент второго порядка может содержать пьезоэлектрический кантилеверный элемент.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь содержит полосовой фильтр первого порядка.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь может содержать полосовой фильтр кратного порядка.
В некоторых вариантах, полосовой фильтр кратного порядка может содержать полосовой фильтр второго порядка, полосовой фильтр четвертого порядка или полосовой фильтр шестого порядка.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь может содержать гамматоновый фильтр.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 10 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь первого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 20 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 20 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 20 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 30 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 20 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 40 акустико-электрических преобразователей четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 20 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 8 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь первого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 8 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 13 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 8 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 19 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 8 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 26 акустико-электрических преобразователей четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 8 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 4 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь первого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 4 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 8 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 4 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 12 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 4 кГц.
В некоторых вариантах, устройство может содержать не более 15 акустико-электрических преобразователей четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует частотному диапазону, ширина которого не превышает 4 кГц.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь может представлять собой акустико-электрический преобразователь с воздушной проводимостью, а второй акустико-электрический преобразователь может представлять собой акустико-электрический преобразователь с костной проводимостью.
В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразователь может представлять собой широкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка, а второй акустико-электрический преобразователь может представлять собой узкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка.
В некоторых вариантах, широкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка может содержать несколько акустических чувствительных компонентов с пониженным демпфированием, соединенных параллельно.
В некоторых вариантах, совокупность указанных нескольких акустических чувствительных компонентов с пониженным демпфированием содержит первый акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, имеющий четвертую частотную характеристику, второй акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, имеющий пятую частотную характеристику, и третий акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, имеющий шестую частотную характеристику. Пятая центральная частота второго акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием может быть выше четвертой центральной частоты первого акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием, и шестая центральная частота третьего акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием может быть выше пятой центральной частоты второго акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием. Четвертая частотная характеристика и пятая частотная характеристика пересекаются в точке, которая может располагаться рядом с точкой половинной мощности четвертой частотной характеристики и с точкой половинной мощности пятой частотной характеристики.
В некоторых вариантах, совокупность указанных нескольких акустических чувствительных компонентов с пониженным демпфированием содержит первый акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, имеющий четвертую частотную характеристику, и второй акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, имеющий пятую частотную характеристику. Четвертая частотная характеристика и пятая частотная характеристика пересекаются в точке, которая может располагаться рядом с точкой половинной мощности четвертой частотной характеристики и с точкой половинной мощности пятой частотной характеристики.
В некоторых вариантах, узкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка может содержать несколько акустических чувствительных компонентов с пониженным демпфированием, соединенных последовательно.
Дополнительные признаки будут установлены частично в последующем описании и частично станут понятны специалистам в рассматриваемой области после изучения последующего описания и прилагаемых чертежей или могут стать ясны в результате изготовления или эксплуатации приведенных здесь примеров. Эти признаки настоящего изобретения могут быть реализованы или достигнуты на практике или могут использовать различные аспекты методологии, инструментария и их комбинаций, установленные в подробных примерах, осуждаемых ниже.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее описано в терминах примерах вариантов. Эти примеры вариантов описаны со ссылками на чертежи. Эти варианты представляют собой неисчерпывающие примеры вариантов, где подобные цифровые позиционные обозначения представляют аналогичные структуры на нескольких чертежах и на которых:
фиг. 1 иллюстрирует известное устройство обработки сигнала;
фиг. 2 иллюстрирует пример устройства обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет логическую схему примера процедуры обработки аудио сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 4 представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 5A иллюстрирует пример акустического канального компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 5B иллюстрирует пример эквивалентной схемы модели акустического канального компонента, показанного на фиг. 5A согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 6A представляет упрощенную схему примера механической модели акустического чувствительного компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
Фиг. 6B представляет упрощенную схему примера механической модели акустического чувствительного компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
Фиг. 6C иллюстрирует пример эквивалентной схемы, соответствующей механической модели, показанной на фиг. 6A и 6B согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 7A представляет упрощенную схему механической модели примера акустического чувствительного компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 7B иллюстрирует примеры частотных характеристик, соответствующих различным акустическим чувствительным компонентам, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 7C иллюстрирует примеры частотных характеристик, соответствующих различным акустическим чувствительным компонентам, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 8A представляет упрощенную схему примера механической модели, соответствующей акустическому чувствительному компоненту 420, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 8B иллюстрирует примеры частотных характеристик, соответствующих различным акустическим чувствительным компонентам согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 9A иллюстрирует комбинационную структуру акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 9B представляет упрощенную схему примера эквивалентной схемы комбинационной структуры, показанной на фиг. 9A согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 9C иллюстрирует примеры частотных характеристик двух комбинационных структур согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 9D иллюстрирует пример частотной характеристики комбинационной структуры согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 10A иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 10B иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 10C иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 11A иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 11B иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 12 иллюстрирует частотные характеристики акустико-электрических преобразователей различного порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 13A иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 13B иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 14A представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 14B представляет упрощенную схему примера генератора акустической силы в акустико-электрическом преобразователе, показанном на фиг. 14A, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 14C представляет упрощенную схему примера генератора акустической силы в акустико-электрическом преобразователе, показанном на фиг. 14B, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 14D представляет упрощенную эквивалентную схему структуры, показанной на фиг. 14C, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 15 иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 16A представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 16B представляет упрощенную схему примера генератора акустической силы в акустико-электрическом преобразователе, показанном на фиг. 16A, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 17 представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 18 иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 19A представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 19B представляет упрощенную схему примера кантилеверного элемента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 19C представляет упрощенную схему примера механической модели, соответствующей акустическому чувствительному компоненту, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 19D представляет упрощенную эквивалентную схему примера механической модели, показанной на фиг. 19C, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 20A представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 20B представляет упрощенную схему примера узкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 20C представляет упрощенную схему примера широкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 21A представляет упрощенную схему примера устройство обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 21B представляет упрощенную схему примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 22 представляет упрощенную схему примера устройства обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 23 представляет упрощенную схему примера устройства обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения;
фиг. 24 представляет упрощенную схему примера устройства обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения; и
фиг. 25 представляет упрощенную схему, иллюстрирующую пример процедуры модуляции сигнала, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Для иллюстрации технических решений, относящихся к вариантам настоящего изобретения, ниже приведено краткое введение к чертежам, относящимся к изобретению, в описании вариантов. Очевидно, что чертежи, описываемые ниже, представляют собой только некоторые примеры или варианты настоящего изобретения. Согласно этим чертежам, даже рядовые специалисты в рассматриваемой области смогут применить настоящее изобретение к другим аналогичным сценариям. Если только противоположное не указано прямо или не является очевидным из контекста, одинаковое цифровое позиционное обозначение на чертежах присвоено одной и той же структуре и операции.
Как используется в настоящем описании и в прилагаемой Формуле изобретения, формы единственного числа охватывают также ссылки на множественное число, если только содержание четко не диктует противоположное. Также должно быть понятно, что термины «содержит», «содержащий», «включает (в себя)» и/или «включающий», когда они используются в настоящем описании, специфицируют присутствие утверждаемых этапов и элементов, но не препятствуют присутствию или добавлению одного или нескольких других этапов и элементов.
Ссылки на некоторые модули в системе могут осуществляться различными способами согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Однако в терминале клиента и/или в аппаратуре сервера может быть использовано любое число различных модулей. Эти модули предназначены служить иллюстрациями и не имеют целью ограничить объем настоящего изобретения. Различные модули могут быть использованы в разных аспектах системы и способа.
Согласно некоторым вариантам настоящего изобретения, для иллюстрации операций, выполняемых системой, используются логические схемы. Следует ясно понимать, что операции выше или ниже по схеме могут быть или не быть выполнены именно в этом порядке. Напротив, эти операции могут быть выполнены в обратном порядке или одновременно. Кроме того, к логическим схемам могут быть добавлены одна или несколько операций, либо из этих логических схем могут быть исключены одна или несколько операций.
Эти и другие признаки и характеристики настоящего изобретения, равно как способы работы и функции относящихся к этому элементов структуры и комбинации частей, а также экономические характеристики производства могут стать более очевидными из последующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые все составляют часть настоящего описания. Следует ясно понимать, однако, что эти чертежи служат только для целей иллюстрации и описания и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Следует также понимать, что чертежи выполнены не в масштабе.
Технические решения вариантов настоящего изобретения описаны со ссылками на чертежи, как указано ниже. Очевидно, что описанные здесь варианты не являются исчерпывающими и не ограничивают изобретение. Другие варианты, которые могут быть получены на основе вариантов, представленных в настоящем описании, даже рядовыми специалистами в рассматриваемой области без каких-либо творческих усилий, также попадают в пределы объема настоящего изобретения.
Здесь предложено устройство, содержащее несколько акустических преобразователей, имеющих различные частотные характеристики. Эти акустические преобразователи могут принимать аудио сигнал и генерировать несколько сигналов поддиапазонов соответственно. Устройство использует внутренние свойства акустических преобразователей для генерации сигналов поддиапазонов, что позволяет экономить время на обработке цифровых сигналов.
Фиг. 1 иллюстрирует известное устройство обработки сигнала. Известное устройство 100 обработки сигнала может содержать акустико-электрический преобразователь 110, дискретизирующий модуль 120, модуль 130 фильтрации поддиапазонов и модуль 140 обработки сигнала. Аудио сигнал 105 может быть сначала преобразован в электрический сигнал 115 посредством акустико-электрического преобразователя 110. Дискретизирующий модуль 120 может преобразовать электрический сигнал 115 в цифровой сигнал 125 для обработки. Модуль 130 фильтрации поддиапазонов может разлагать цифровой сигнал 125 на несколько сигналов поддиапазонов (например, сигналы 1351, 1352, 1353, … , 1354 поддиапазонов). Модуль 140 обработки сигнала может далее обрабатывать сигналы поддиапазонов.
В одном отношении, для дискретизации электрического сигнала 115 с более широкой полосой частот дискретизирующему модулю 120 может потребоваться более высокая частота дискретизации. В другом отношении, для генерации нескольких сигналов поддиапазонов фильтрующие схемы модуля 130 фильтрации поддиапазонов должны быть относительно сложными и иметь относительно высокий порядок. Кроме того, для генерации нескольких сигналов поддиапазонов модуль 130 фильтрации поддиапазонов может осуществлять цифровую обработку сигнала с использованием программного обеспечения, что может потребовать
много времени, а также в ходе такой цифровой обработки сигнала могут появиться дополнительные шумы. Таким образом, необходимо создать систему и способ для генерации сигналов поддиапазонов.
Фиг. 2 иллюстрирует пример устройства 200 обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, устройство 200 обработки сигнала может содержать акустико-электрический преобразовательный модуль 210, дискретизирующий модуль 220 и модуль 240 обработки сигнала.
Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько акустико-электрических преобразователей (например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213, …, 214, иллюстрируемые на фиг. 2). Эти акустико-электрические преобразователи могут быть соединены параллельно. Например, эти акустико-электрические преобразователи могут быть соединены электрически параллельно. В качестве другого примера, эти акустико-электрические преобразователи могут быть соединены топологически параллельно.
Акустико-электрический преобразователь (например, акустико-электрический преобразователь 211, 212, 213 и/или 214) акустико-электрического преобразовательного модуля 210 может быть конфигурирован для преобразования аудио сигналов в электрические сигналы. В некоторых вариантах, один или несколько параметров акустико-электрического преобразователя 211 могут изменяться в ответ на прием аудио сигнала (например, аудио сигнала 205). Примерами таких параметров могут быть электрическая емкость, заряд, ускорение, интенсивность света или другие подобные параметры либо их сочетания. В некоторых вариантах, изменения в одном или нескольких параметрах могут соответствовать частоте аудио сигнала и могут быть преобразованы в соответствующие электрические сигналы. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь такого акустико-электрического преобразовательного модуля 210 может представлять собой микрофон, гидрофон, акустооптический модулятор или другое подобное устройство, либо комбинацию таких устройств.
В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь может представлять собой акустико-электрический преобразователь первого порядка или акустико-электрический преобразователь кратного порядка (например, второго порядка, четвертого порядка, шестого порядка и т.д.). В некоторых вариантах, частотная характеристика акустико-электрического преобразователя высокого порядка может иметь более резкий срез.
В некоторых вариантах, совокупность акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 может содержать один или несколько пьезоэлектрических акустико-электрических преобразователей (например, микрофон) и/или один несколько пьезомагнитных акустико-электрических преобразователей. Просто в качестве примера, каждый из этих акустико-электрических преобразователей может представлять собой микрофон. В некоторых вариантах, совокупность акустико-электрических преобразователей может содержать один или несколько акустико-электрических преобразователей с воздушной проводимостью и один или несколько акустико-электрических преобразователей с костной проводимостью. В некоторых вариантах, совокупность акустико-электрических преобразователей может содержать один или несколько широкополосных акустико-электрических преобразователей высокого порядка и/или один или несколько узкополосных акустико-электрических преобразователей высокого порядка. Как используется здесь термин «широкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка» может обозначать широкополосный акустико-электрический преобразователь, имеющий порядок больше 1. Как используется здесь термин «узкополосный акустико-электрический преобразователь высокого порядка» может обозначать узкополосный акустико-электрический преобразователь, имеющий порядок больше 1. Подробные описания широкополосного акустико-электрического преобразователя и/или узкополосного акустико-электрического преобразователя могут быть понятны для специалистов в рассматриваемой области и могут не быть повторены здесь.
В некоторых вариантах, по меньшей мере два из нескольких акустико-электрических преобразователей могут иметь разные частотные характеристики, которые могут иметь разные центральные частоты и/или разные частотные полосы пропускания (также называемые шириной частотной характеристики). Например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213 и 214 могут иметь первую частотную характеристику, вторую частотную характеристику, третью частотную характеристику и четвертую частотную характеристику, соответственно. В некоторых вариантах, эти первая частотная характеристика, вторая частотная характеристика, третья частотная характеристика и четвертая частотная характеристика могут отличаться одна от другой. В альтернативном варианте, указанные первая частотная характеристика, вторая частотная характеристика и третья частотная характеристика могут отличаться одна от другой, тогда как четвертая частотная характеристика может быть такой же, как третья частотная характеристика. В некоторых вариантах, акустико-электрические преобразователи в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 могут иметь частотные полосы пропускания одинаковой ширины (как это иллюстрирует фиг. 11A и описания к нему) или частотные полосы пропускания разной ширины (как это иллюстрирует фиг. 11B и описания к нему). Фиг. 11A иллюстрирует частотную характеристику примера акустико-электрического преобразовательного модуля (также называемого здесь первым акустико-электрическим преобразовательным модулем). Фиг. 11B иллюстрирует частотную характеристику другого примера акустико-электрического преобразовательного модуля (также называемого здесь вторым акустико-электрическим преобразовательным модулем), отличную от частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля, показанной на фиг. 11A. Как иллюстрируют фиг. 11A и фиг. 11B, первый акустико-электрический преобразовательный модуль или второй акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать 8 акустико-электрических преобразователей. В некоторых вариантах, области наложения между частотными характеристиками акустико-электрических преобразователей можно подстраивать путем регулирования структурных параметров акустико-электрических преобразователей с целью изменения центральной частоты и/или полосы пропускания одного или нескольких из этих акустико-электрических преобразователей. В некоторых вариантах, первый акустико-электрический преобразовательный модуль или второй акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать определенное число акустико-электрических преобразователей, так что полосы частот сигналов поддиапазонов, генерируемых акустико-электрическими преобразователями, могут покрывать весь частотный диапазон, который нужно обработать. В некоторых вариантах, акустико-электрические преобразователи во втором акустико-электрическом преобразовательном модуле могут иметь разные центральные частоты. В некоторых вариантах, по меньшей мере один акустико-электрический преобразователь с узкой полосой пропускания может быть настроен для генерации сигнала поддиапазона в некотором диапазоне частот. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь с более высокой центральной частотой характеристики может быть настроен так, чтобы иметь более широкую полосу пропускания.
В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь с более высокой центральной частотой характеристики, чем другой акустико-электрический преобразователь, может иметь более широкую полосу пропускания, чем этот другой акустико-электрический преобразователь.
Акустико-электрические преобразователи в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 могут принимать аудио сигнал 205. Аудио сигнал 205 может исходить от акустического источника, способного генерировать аудио сигнал. Этот акустический источник может представлять собой живой объект, такой как пользователь устройства 200 обработки сигнала и/или неживой объект, такой как CD-плеер, телевизор или другой подобный объект, либо комбинацию таких объектов. В некоторых вариантах, аудио сигнал может также содержать внешний шумовой фон. Аудио сигнал 205 может иметь некоторую полосу частот. Например, аудио сигнал 205, генерируемый пользователем устройства 200 обработки сигнала может иметь полосу частот 10-30,000 Гц. Акустико-электрические преобразователи могут генерировать, в соответствии с аудио сигналом 205, несколько электрических сигналов поддиапазонов (например, электрические сигналы 2151, 2152, 2153, …, и 2154 поддиапазонов, иллюстрируемые на фиг. 2). Под электрическим сигналом поддиапазона, генерируемым в соответствии с аудио сигналом 205, здесь понимают сигнал с полосой частот уже полосы частот полного аудио сигнала 205. Полоса частот сигнала поддиапазона может находиться в пределах полосы частот соответствующего аудио сигнала 205. Например, аудио сигнал 205 может иметь полосу частот 10-30,000 Гц, а полоса частот аудио сигнала поддиапазона может составлять 100-200 Гц, что попадает в пределы полосы частот полного аудио сигнала 205, т.е. в полосу 10-30,000 Гц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь может принимать аудио сигнал 205 и генерировать один сигнал поддиапазона в соответствии с принятым аудио сигналом. Например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213 и 214 могут принимать аудио сигнал 205 и генерировать электрический сигнал поддиапазона 2151, электрический сигнал поддиапазона 2152, электрический сигнал поддиапазона 2153 и электрический сигнал поддиапазона 2154, соответственно, согласно принимаемому этими преобразователями аудио сигналу. В некоторых вариантах, по меньшей мере два из нескольких сигналов поддиапазонов, генерируемых указанными акустико-электрическими преобразователями, могут иметь разные полосы частот. Как иллюстрируется выше, по меньшей мере два из этих акустико-электрических преобразователей могут иметь разные частотные характеристики, результатом чего могут быть два разных сигнала поддиапазонов в соответствии с приемом одного и того же аудио сигнала 205 двумя разными акустико-электрическими преобразователями. Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может передавать генерируемые им сигналы поддиапазонов дискретизирующему модулю 220. Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может передавать эти сигналы поддиапазонов через один или несколько передающих компонентов (не показаны). Примерами таких передающих компонентов могут быть коаксиальный кабель, кабель связи (например, телекоммуникационный кабель, гибкий кабель, спиральный кабель, кабель в неметаллической оболочке, кабель в металлической оболочке, многожильный кабель, кабель типа «витая пара», ленточный кабель, экранированный кабель, двухпроводной кабель, оптоволокно или другой подобный объект или комбинация таких объектов). В некоторых вариантах, сигналы поддиапазонов могут быть переданы дискретизирующему модулю 220 через передающий компонент для сигнала. В некоторых вариантах, сигналы поддиапазонов могут быть переданы дискретизирующему модулю 220 через несколько передающих компонентов поддиапазонов, соединенных параллельно. Каждый из этих нескольких передающих компонентов поддиапазонов может быть соединен с одним из акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 и может передавать сигнал поддиапазон, генерируемый этим акустико-электрическим преобразователем, дискретизирующему модулю 220. Например, совокупность передающих компонентов поддиапазонов может содержать первый передающий компонент поддиапазона, соединенный с акустико-электрическим преобразователем 211, и второй передающий компонент поддиапазона, соединенный с акустико-электрическим преобразователем 212. Эти первый передающий компонент поддиапазона и второй передающий компонент поддиапазона могут быть соединены параллельно. Первый передающий компонент поддиапазона и второй передающий компонент поддиапазона могут передавать электрический сигнал 2151 поддиапазона и электрический сигнал 2152 поддиапазона дискретизирующему модулю 220, соответственно.
Частотная характеристика акустико-электрического преобразовательного модуля 210 может зависеть от частотных характеристик акустико-электрических преобразователей, входящих в этот акустико-электрический преобразовательный модуль 210. Например, «плоскостность» (равномерность) частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля 210 может быть связана с тем, где частотные характеристики акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 пересекаются одна с другими. Как иллюстрируют фиг. 10A-10C (и описания к этим чертежам ниже), когда частотные характеристики акустико-электрических преобразователей пересекаются поблизости от точки(ек) половинной мощности или в этой точке(ах), частотная характеристика акустико-электрического преобразовательного модуля 210, содержащего эти акустико-электрические преобразователи, может быть более плоской, чем характеристика такого акустико-электрического преобразовательного модуля 210, в котором характеристики составляющих его акустико-электрических преобразователей не пересекаются поблизости от точки(ек) половинной мощности или в этой точке(ах). Как используется здесь, под точкой половинной мощности для некоторой частотной характеристики понимают частотную точку (и) с уровнем мощности -3 дБ. Как используется здесь, две частотные характеристики можно считать пересекающимися поблизости от точки половинной мощности, когда они пересекаются в частотной точке поблизости от точки половинной мощности. Как используется здесь, частотную точку можно считать расположенной поблизости от точки половинной мощности, когда разность мощностей между этой частотной точкой и точкой половинной мощности не превышает 2dB. В некоторых вариантах, когда частотные характеристики акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 пересекаются одна с другой в некоторой частотной точке (например, в точке одной четверти мощности или в точке одной восьмой мощности и т.д.) с уровнем мощности более чем на 2 дБ ниже уровня в точке половинной мощности, область наложения между частотными характеристиками соседних акустико-электрических преобразователей может быть относительно низкой, вследствие чего уровень частотной характеристики комбинации соседних акустико-электрических преобразователей понижается в области наложения, таким образом, оказывая нежелательное воздействие на качество сигналов поддиапазонов с выходов соседних акустико-электрических преобразователей. В некоторых вариантах, когда частотные характеристики акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 пересекаются одна с другой в некоторой частотной точке (например, в точке трех четвертей мощности или в точке семи восьмых мощности и т.д.) с уровнем мощности на 1 дБ выше, чем в точке половинной мощности, область наложения между частотными характеристиками соседних акустико-электрических преобразователей может быть относительно высокой, порождая тем самым диапазон относительно высоких помех между сигналами поддиапазонов с выходов акустико-электрических преобразователей.
В некоторых вариантах, для определенного диапазона частот в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 может быть допустимо иметь лишь ограниченное число акустико-электрических преобразователей. В акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может быть включено большее число акустико-электрических преобразователей, когда эти акустико-электрические преобразователи имеют пониженное демпфирование по сравнению с преобразователями, не имеющими пониженного демпфирования. Просто в качестве примера, фиг. 13A иллюстрирует частотную характеристику акустико-электрического преобразовательного модуля 210, содержащего четыре акустико-электрических преобразователя (четыре штриховые линии показывают частотные характеристики четырех индивидуальных акустико-электрических преобразователей без пониженного демпфирования, если они работают по отдельности; и сплошная линия представляет частотную характеристику комбинации четырех акустико-электрических преобразователей без пониженного демпфирования). В некоторых вариантах, в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 может быть, допустимо иметь больше акустико-электрических преобразователей, когда один или несколько из этих акустико-электрических преобразователя находятся в состоянии пониженного демпфирования. Например, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать шесть или более акустико-электрических преобразователей с пониженным демпфированием. Просто в качестве примера, фиг. 13B иллюстрирует частотную характеристику акустико-электрического преобразовательного модуля 210, имеющего шесть акустико-электрических преобразователей с пониженным демпфированием.
Дискретизирующий модуль 220 может содержать несколько дискретизирующих блоков (например, дискретизирующие модули 221, 222, 223, …, 224, иллюстрирующие на фиг. 2). Эти дискретизирующие блоки соединены параллельно.
Дискретизирующий блок (например, дискретизирующий блок 221, дискретизирующий блок 222, дискретизирующий блок 223 и/или дискретизирующий блок 224) в дискретизирующем модуле 220 может осуществлять связь с одним из акустико-электрических преобразователей и быть конфигурирован для приема и дискретизации сигнала поддиапазона, генерируемого этим акустико-электрическим преобразователем. Дискретизирующий блок может осуществлять связь со своим акустико-электрическим преобразователем через передающий компонент поддиапазона. Просто в качестве примера, дискретизирующий блок 221 может быть соединен с первым передающим компонентом поддиапазона и конфигурирован для дискретизации электрического сигнала 2151 поддиапазона, принимаемого от этого передающего компонента, тогда как дискретизирующий блок 222 может быть соединен со вторым передающим компонентом поддиапазона и конфигурирован для дискретизации электрического сигнала 2152 поддиапазона, принимаемого от этого передающего компонента.
В некоторых вариантах, дискретизирующий блок (например, дискретизирующий блок 221, дискретизирующий блок 222, дискретизирующий блок 223 и/или дискретизирующий блок 224) в дискретизирующем модуле может дискретизировать принятый сигнал поддиапазона и генерировать цифровой сигнал на основе дискретизированного сигнала поддиапазона. Например, дискретизирующий блок 221, дискретизирующий блок 222, дискретизирующий блок 223 и дискретизирующий блок 224 могут дискретизировать сигналы поддиапазонов и генерировать цифровой сигнал 2351, цифровой сигнал 2352, цифровой сигнал 2353 и цифровой сигнал 2354, соответственно.
В некоторых вариантах, дискретизирующий блок может осуществлять дискретизацию сигнала поддиапазона с использованием технологии дискретизации в полосе частот. Например, дискретизирующий блок может быть конфигурирован для дискретизации сигнала поддиапазона с использованием дискретизации в полосе частот, где частоту дискретизации выбирают в соответствии с полосой частот сигнала поддиапазона. Просто в качестве примера, дискретизирующий блок может выполнять дискретизацию сигнала поддиапазон в полосе частот не меньше удвоенной ширины полосы частот сигнала поддиапазона. В некоторых вариантах, дискретизирующий блок может осуществлять дискретизацию сигнала поддиапазона в полосе частот не меньше удвоенной ширины полосы частот сигнала поддиапазона и не больше учетверенной ширины полосы частот сигнала поддиапазона. В некоторых вариантах, в результате использования дискретизации в полосе частот вместо дискретизации в полосе пропускания или способа дискретизации низких частот, дискретизирующий блок может осуществлять дискретизацию сигнала поддиапазона с относительно низкой частотой дискретизации, уменьшая сложность и стоимость процедуры дискретизации. Кроме того, при использовании способа дискретизации в полосе частот в процедуру дискретизации могут быть внесены лишь небольшие шумы или искажения сигнала. Как описано в связи с фиг. 1, система 100 обработки сигнала (например, модуль 130 фильтрации поддиапазонов) может осуществлять процедуру цифровой обработки сигнала с использованием программы для генерации сигналов поддиапазонов, которая может вносить искажения сигнала из-за влияния таких факторов, как алгоритмы, используемые в процессе обработки сигнала, способы дискретизации, применяемые в процессе дискретизации, и структуры компонентов в системе 100 обработки сигнала (например, акустико-электрический преобразователь 110, дискретизирующий модуль 120 и/или модуль 130 фильтрации поддиапазонов). По сравнению с модулем 130 фильтрации поддиапазонов, система 200 обработки сигнала может генерировать сигналы поддиапазонов на основе структур и характеристик акустико-электрических преобразователей.
Дискретизирующий блок может передавать сформированный им цифровой сигнал в модуль 240 обработки сигнала. В некоторых вариантах, цифровые сигналы могут передаваться через параллельные передающие компоненты. В некоторых вариантах, цифровые сигналы могут передаваться через передающий компонент согласно определенному протоколу связи. К примерам таких протоколов связи могут относиться протокол AES3 (общество аудио инженеров (audio engineering society)), протокол AES/EBU (Европейский вещательный союз (European broadcast union)), протокол EBU (Европейский вещательный союз), протокол ADAT (автоматическое накопление и передача данных (Automatic Data Accumulator and Transfer)), протокол I2S (звук между IC (Inter—IC Sound)), протокол временного уплотнения TDM (Time Division Multiplexing), протокол MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface)), протокол CobraNet, протокол Ethernet AVB (Этернет аудио/видео соединение (Ethernet Audio/VideoBridging)), протокол Dante, протоколы Международного союза электросвязи ITU (International Telecommunication Union) ITU-T G.728, ITU-T G.711, ITU-T G.722, ITU-T G.722.1, ITU-T G.722.1 Annex C (Приложение C), AAC (усовершенствованное аудио кодирование (Advanced Audio Coding))-LD, или другие подобные протоколы, либо их комбинации. Цифровой сигнал может быть передан в определенном формате, включая формат компакт-дисков CD(Compact Disc), формат WAVE, формат AIFF (файловый формат для обмена аудиоданными (Audio Interchange File Format)), форматы Группы экспертов по кинематографии MPEG (Moving Picture Experts Group) MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов), формат WMA (формат аудио файлов для Windows (Windows Media Audio)), формат RealAudio, формат VQF (взвешенное векторное квантование с перемежением в области преобразования (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization)), формат AMR (адаптивный многоскоростной (Adaptive Multi-Rate)),формат APE, формат FLAC (свободный аудио кодек без потерь (Free Lossless Audio Codec)), формат AAC (усовершенствованное аудио кодирование) или другой подобный формат, либо комбинация таких форматов.
Модуль 240 обработки сигнала может обрабатывать данные, принятые от других компонентов устройства 200 обработки сигнала. Например, модуль 240 обработки сигнала может обрабатывать цифровые сигналы, переданные от дискретизирующих блоков из дискретизирующего модуля 220. Модуль 240 обработки сигнала может обращаться и получать доступ к информации и/или данным, сохраненным в дискретизирующем модуле 220. В качестве другого примера, модуль 240 обработки сигнала может быть непосредственно соединен с дискретизирующим модулем 220 для доступа к информации и/или данным, сохраненным в последнем. В некоторых вариантах, модуль 240 обработки сигнала может быть реализован процессором, таким как микроконтроллер, микропроцессор, компьютер с уменьшенным набором команд (reduced instruction set computer (RISC)), специализированные интегральные схемы (application specific integrated circuit (ASIC)), процессор со специализированным набором команд (application-specific instruction-set processor (ASIP)), центральный процессор (central processing unit (CPU)), графический процессор (graphics processing unit (GPU)), физический процессор (physics processing unit (PPU)), блок микроконтроллера, цифровой процессор сигнала (digital signal processor (DSP)), программируемая пользователем вентильная матрица (field programmable gate array (FPGA)), усовершенствованная машина с сокращенным набором команд (advanced RISC machine (ARM)), программируемое логическое устройство (programmable logic device (PLD)) какая-либо схема или процессор, способный выполнять одну или несколько функций, или другое подобное устройство, либо комбинация таких устройств.
Следует отметить, что приведенное выше описание устройства 200 обработки сигнала дано просто для целей иллюстрации и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения. Даже рядовой специалист в рассматриваемой области может внести многочисленные изменения и модификации в соответствии с положениями настоящего изобретения. Однако эти изменения и модификации не отклоняются от объема настоящего изобретения. Например, устройство 200 обработки сигнала может далее содержать запоминающее устройство для сохранения сигналов, принятых от других компонентов этого устройства 200 обработки сигнала (например, акустико-электрического преобразовательного модуля 210 и/или дискретизирующего модуля 220). К примерам запоминающего устройства могут относиться запоминающее устройство большой емкости, сменное запоминающее устройство, энергозависимое устройство для чтения и записи информации, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ (read-only memory (ROM))) или другое подобное устройство, либо комбинация таких устройств. В качестве другого примера, один или несколько передатчиков могут быть исключены. Указанная совокупность нескольких сигналов поддиапазонов может быть передана посредством волн несущих, таких как инфракрасная волна, электромагнитная волна, звуковая волны или другая подобная волна, либо комбинация таких волн. В качестве другого примера, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать 2, 3 или 4 акустико-электрических преобразователя.
На фиг. 3 представлена логическая схема примера процедуры обработки аудио сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. По меньшей мере часть процедуры 300 может быть реализована в устройстве 200 обработки сигнала, иллюстрированном на фиг. 2.
На этапе 310, может быть принят аудио сигнал 205. Этот аудио сигнал 205 может быть принят несколькими акустико-электрическими преобразователями. В некоторых вариантах, эти акустико-электрические преобразователи могут иметь разные частотные характеристики. Эти несколько акустико-электрических преобразователя могут быть расположены в одном и том же устройстве 200 обработки сигнала, как это иллюстрирует фиг. 2. Аудио сигнал 205 может иметь некоторую полосу частот.
На этапе 320, в ответ на аудио сигнал 205 можно генерировать несколько сигналов поддиапазонов. Эти несколько сигналов поддиапазонов могут формироваться указанными несколькими акустико-электрическими преобразователями. По меньшей мере два из сформированных сигналов поддиапазонов могут иметь разные полосы частот. Каждый из сигналов поддиапазонов может иметь полосу частот, находящуюся в пределах полосы частот аудио сигнала 205.
Следует отметить, что приведенное выше описание относительно процедуры 300 дано только лишь для целей иллюстрации и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения. Даже рядовой специалист в рассматриваемой области сможет сделать многочисленные изменения и модификации в соответствии с положениями настоящего изобретения. Однако эти изменения и модификации не будут отклоняться от объема настоящего изобретения. В некоторых вариантах, одна или нескольких операций процедуры 300 могут быть исключены, либо одна или несколько дополнительных операций могут быть добавлены. Например, процедура 300 может дополнительно содержать операцию дискретизации сигналов поддиапазонов после операции 320.
На фиг. 4 представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. The акустико-электрический преобразователь 211 может быть конфигурирован для преобразования аудио сигнала в электрический сигнал. Этот акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430.
Акустический канальный компонент 410 может влиять на путь, по которому аудио сигнал передается к акустическому чувствительному компоненту 420 посредством акустической структуры указанного акустического канального компонента, каковой может обрабатывать аудио сигнал прежде, чем этот аудио сигнал достигнет акустического чувствительного компонента 420. В некоторых вариантах, аудио сигнал может представлять собой звуковой сигнал воздушной проводимости и тогда акустическая структура акустического канального компонента 410 может быть конфигурирована для обработки звукового сигнала воздушной проводимости. В качестве альтернативы, аудио сигнал может представлять собой звуковой сигнал костной проводимости и тогда акустическая структура акустического канального компонента 410 может быть конфигурирована для обработки звукового сигнала костной проводимости. В некоторых вариантах, акустическая структура может содержать одну или несколько камерных структур, одну или несколько трубчатых структур или другие подобные структуры, либо комбинацию таких структур.
В некоторых вариантах, акустическое полное сопротивление акустической структуры может изменяться в соответствии с частотой принимаемого аудио сигнала. В некоторых вариантах, акустическое полное сопротивление акустической структуры может изменяться в пределах определенного диапазона. Таким образом, в некоторых вариантах, частотный диапазон аудио сигнала может вызывать соответствующие изменения акустического полного сопротивления акустической структуры. Другими словами, акустическая структура может функционировать в качестве фильтра, обрабатывающего какой-либо поддиапазон принимаемого аудио сигнала. В некоторых вариантах, акустическая структура, содержащая главным образом камерную структуру, может функционировать в качестве фильтра верхних частот, тогда как акустическая структура, содержащая главным образом трубчатую структуру, в качестве фильтра нижних частот.
В некоторых вариантах, акустическое полное сопротивление акустической структуры, которая содержит главным образом камерную структуру, может быть определено в соответствии с Уравнением (1) следующим образом:
…(1),
α
0
0
0
Здесь Z обозначает акустическое полное сопротивление, ω обозначает угловую частоту (например, камерной структуры), j обозначает мнимую единицу, C обозначает акустическую емкость, ρ обозначает плотность воздуха, c обозначает скорость звука и V обозначает эквивалентный объем камеры.
В некоторых вариантах, акустическое полное сопротивление акустической структуры, которая главным образом содержит трубчатую структуру, может быть определено в соответствии с Уравнением (2) следующим образом:
…(2),
α
0
0
Здесь Z обозначает акустическое полное сопротивление, M обозначает акустическую массу, ω обозначает угловую частоту акустическую структуры (например, трубчатой структуры), ρ обозначает плотность воздуха, l обозначает эквивалентную длину трубки и S обозначает площадь поперечного сечения просвета трубки.
Структура камера-трубка представляет собой сочетание звуковой емкости и акустической массы, соединенных последовательно, например, резонатор Гельмгольца, так что может быть образован резонансный контур индуктивность-конденсатор (LC). Акустическое полное сопротивление структуры камера-трубка может быть определено в соответствии с Уравнением (3) следующим образом:
…(3).
Согласно Уравнению (3), структура камера-трубка может функционировать в качестве полосового фильтра. Центральная частота полосового фильтра может быть определена в соответствии с Уравнением (4) следующим образом:
…(4).
Если в структуре камера-трубка используется акустический резистивный материал, может быть образован последовательный контур резистор-индуктивность-конденсатор (RLC), а акустическое полное сопротивление этого последовательного RLC-контура может быть определено в соответствии с Уравнением (5) следующим образом:
…(5),
α
α
где R обозначает акустическое сопротивление последовательного RLC-контура. Структура камера-трубка может также функционировать в качестве полосового фильтра. Регулирование величины акустического сопротивления R может изменить полосу пропускания полосового фильтра. Центральная частота такого полосового фильтра может быть определена Уравнением (6) следующим образом:
…(6).
Акустический чувствительный компонент 420 может преобразовывать аудио сигнал, переданный акустическим канальным компонентом, в электрический сигнал. Например, этот акустический чувствительный компонент 420 может преобразовывать аудио сигнал в изменения электрических параметров, что может быть воплощено в электрический сигнал. Структура акустического чувствительного компонента 420 может содержать диафрагмы, пластинки, кантилеверные элементы и т.д. В некоторых вариантах, акустический чувствительный компонент 420 может содержать одну или несколько диафрагм. Подробности относительно структуры акустического чувствительного компонента 420, содержащего диафрагму, могут быть найдены в других местах настоящего описания (например, на фиг. 6A и 6B и в описаниях к ним). Подробности относительно структуры акустического чувствительного компонента 420, содержащего несколько диафрагму могут быть найдены в других местах настоящего описания (например, на фиг. 7A и 7B и в описаниях к ним). Диафрагмы, входящие в акустический чувствительный компонент 420, могут быть соединены параллельно (например, как это иллюстрирует фиг. 7A) или последовательно (например, как это иллюстрирует фиг. 8A). В некоторых вариантах, как показано на фиг. 7B и 7C и в описаниях к ним, полоса пропускания частотной характеристики акустического чувствительного компонента 420, имеющего несколько диафрагм, соединенных параллельно, может быть шире и более равномерной (плоской), чем полоса частотной характеристики акустического чувствительного компонента 420, имеющего одну диафрагму. В некоторых вариантах, как показано на фиг. 8B и в описаниях к нему, частотная характеристика акустического чувствительного компонента 420, имеющего несколько диафрагм, соединенных последовательно, в полосе пропускания может иметь более резкий край, чем частотная характеристика акустического чувствительного компонента 420, имеющего только одну диафрагму, в полосе пропускания. Совокупность материалов для изготовления акустического чувствительного компонента 420 может содержать пластмассы, металлы, композитные материалы, пьезоэлектрические материалы и т.п. Более подробное описание акустического чувствительного компонента 420 может быть найдено в других местах настоящего описания (например, на фиг. 6A-9D и в описаниях к ним).
Как описано в соединении с акустическим канальным компонентом 410, акустический канальный компонент 410 или акустический чувствительный компонент 420 может функционировать в качестве фильтра. Структура, содержащая акустический канальный компонент 410 и акустический чувствительный компонент 420, также может функционировать в качестве фильтра. Подробное описание такой структуры может быть найдено на фиг. 9A и фиг. 9B и в описаниях к ним.
В некоторых вариантах, модифицируя параметр (ы) (например, параметры структуры) акустического канального компонента 410 и/или акустического чувствительного компонента 420, можно соответствующим образом подстраивать частотную характеристику комбинации акустического канального компонента 410 и акустического чувствительного компонента 420. Например, фиг. 9C иллюстрирует пример частотных характеристик двух комбинированных структур согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Штриховая линия 931 представляет частотную характеристику комбинации акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента (называемой также первой комбинационной структурой). Один или несколько параметров (например, структурных параметров) акустического канального компонента или акустического чувствительного компонента могут быть модифицированы, результатом чего будет вторая комбинационная структура, отличная от первой комбинационной структуры. Сплошная линия 933 может обозначать частотную характеристику второй комбинационной структуры. Как иллюстрирует фиг. 9C, частотная характеристика второй комбинационной структуры (т.е. сплошная линия 933) может быть более равномерной (плоской, сглаженной) чем частотная характеристика первой комбинационной структуры (т.е. штриховая линия 931), в полосе частот 20 Гц-20,000 Гц.
В некоторых вариантах, частотная характеристика комбинации акустического канального компонента 410 и акустического чувствительного компонента 420 может быть связана с частотной характеристикой акустического канального компонента 410 и/или акустического чувствительного компонента 420. Например, резкость (крутизна спада) краев частотной характеристики комбинации акустического канального компонента 410 и акустического чувствительного компонента 420 может быть связана с расстоянием, на которое частота отсечки частотной характеристики акустического канального компонента 410 близка к частоте отсечки частотной характеристике акустического чувствительного компонента 420. Края частотной характеристики комбинации акустического канального компонента 410 и акустического чувствительного компонента 420 могут быть резче (круче), когда частота отсечки частотной характеристики акустического канального компонента 410 и частота отсечки частотной характеристики акустического чувствительного компонента 420 располагаются ближе одна к другой. Например, фиг. 9D иллюстрирует пример частотной характеристики комбинационной структуры согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Штриховая линия 941 представляет частотную характеристику акустического чувствительного компонента. Пунктирная линия 943 представляет частотную характеристику акустического канального компонента, и сплошная линия 945 может обозначать частотную характеристику акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента. Как иллюстрирует фиг. 9D, критическая частота (также называемая частотой отсечки) акустического канального компонента (т.е. пунктирной линии 943) может быть близка к или быть такой же, как критическая частота акустического чувствительного компонента (т.е. штриховой линии 941), результатом чего может быть то, что частотная характеристика комбинации акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента (т.е. сплошная линия 945) имеет более резкий (крутой) край.
В некоторых вариантах, один или несколько структурных параметров акустического канального компонента 410 и/или акустического чувствительного компонента 420 могут быть модифицированы или подстроены. Например, расстояние между различными элементами в акустическом канальном компоненте 410 и/или акустическом чувствительном компоненте 420 можно регулировать с помощью двигателя, управляемого модулем обратной связи, иллюстрируемом в других местах настоящего описания. В качестве другого примера, ток, текущий через акустический чувствительный компонент 420, можно регулировать в соответствии с командами, передаваемыми, например, модулем обратной связи. Результатом регулирования одного или нескольких структурных параметров акустического канального компонента 410 и/или акустического чувствительного компонента 420 могут быть изменения характеристик фильтрации этих компонентов.
Схемный компонент 430 может воспринимать изменения электрических параметров (например, электрический сигнал). В некоторых вариантах, схемный компонент 430 может осуществлять одну или несколько функций применительно к электрическим сигналам для дальнейшей обработки. Совокупность примеров функций может содержать усиление, модуляцию, простую фильтрацию и другие подобные функции или комбинацию таких функций. В некоторых вариантах, регулируя один или несколько параметров схемного компонента 430, можно подстраивать чувствительности в соответствующих полосах пропускания для согласования ее по полосам одних с другими. В некоторых вариантах, схемные компоненты 430 могут регулировать чувствительности в одной или нескольких полосах пропускания в соответствии с такими условиями, как предварительно заданная команда, сигнал обратной связи или сигнал управления, переданный контроллером, или другое подобное условие, либо комбинация таких условий. В некоторых вариантах, схемные компоненты 430 могут регулировать чувствительности в одной или нескольких полосах пропускания автоматически.
3
Фиг. 5A иллюстрирует пример акустического канального компонента 410 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Акустический канальный компонент 410 может содержать одну или несколько трубчатых структур. На фиг. 5A показаны три примера трубчатых структур, а именно, первая трубчатая структура 501, вторая трубчатая структура 502 и третья 503. Каждая трубчатая структура может содержать передний акустический резистивный материал для обнаружения или приема аудио сигнала и задний акустический резистивный материал для передачи на выход сигнала в соответствии с аудио сигналом. Например, первая трубчатая структура 501 может содержать передний акустический резистивный материал 511 и задний акустический резистивный материал 512. Вторая трубчатая структура 502 может содержать передний акустический резистивный материал 513 и задний акустический резистивный материал 514. Третья трубчатая структура 503 может содержать передний акустический резистивный материал 515 и задний акустический резистивный материал 516. Когда звуковое давление P проходит через первую трубчатую структуру 501, вторую трубчатую структуру 502 и третью трубчатую структуру 503 последовательно, это звуковое давление P может превратиться в звуковое давление P. Пример схемы, соответствующей акустическому канальному компоненту 410 (или называемой акустической фильтрующей схемой), может быть иллюстрирован на фиг. 5B.
Фиг. 5B иллюстрирует пример модели эквивалентной схемы акустического канального компонента 410, показанного на фиг. 5A согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Эта схема может содержать первый резистор 541, второй резистор 542, третий резистор 543, четвертый резистор 544, первую индуктивность 551, вторую индуктивность 552, третью индуктивность 553, четвертую индуктивность 554, первый конденсатор 561, второй конденсатор 562 и третий конденсатор 563. Первый конец первого конденсатора 561 может быть соединен с первым концом первой индуктивности 551 и с первым концом второго резистора 542. Второй конец первой индуктивности 551 может быть соединен с первым концом первого резистора 541. Первый конец второго конденсатора 562 может быть соединен с первым концом второй индуктивности 552 и с первым концом третьего резистора 543. Второй конец второй индуктивности 552 может быть соединен со вторым концом второго резистора 542. Первый конец третьего конденсатора 563 может быть соединен с первым концом третьей индуктивности 553 и с первым концом четвертого резистора 544. Второй конец третьей индуктивности 553 может быть соединен со вторым концом третьего резистора 543. Первый конец четвертой индуктивности 554 может быть соединен со вторым концом четвертого резистора 544.
На фиг. 6A представлена упрощенная схема примера механической модели акустического чувствительного компонента 420 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Один или несколько элементов, составляющих акустический чувствительный компонент 420, могут колебаться в соответствии с падающим на компонент аудио сигналом. Этот аудио сигнал может быть передан от акустического канального компонента 410. В некоторых вариантах, колебания одного или нескольких элементов, составляющих акустический чувствительный компонент 420, могут вести к изменениям электрических параметров акустического чувствительного компонента 420. Акустический чувствительный компонент 420 может быть чувствителен в некоторой полосе частот аудио сигнала. Эта полоса частот аудио сигнала может вызвать соответствующие изменения электрических параметров акустического чувствительного компонента 420. Другими словами, акустический чувствительный компонент 420 может функционировать в качестве фильтра, обрабатывающего поддиапазон аудио сигнала.
В некоторых вариантах, акустический чувствительный компонент 420 может представлять собой диафрагму. Фиг. 6A иллюстрирует пример диафрагмы, которая может представлять собой диафрагму 611 и эластичный компонент 613. Первая точка диафрагмы 611 может быть соединена с первой точкой эластичного компонента 613. Вторая точка диафрагмы 611 может быть соединена со второй точкой эластичного компонента 613.
На фиг. 6B представлена упрощенная схема примера механической модели акустического чувствительного компонента 420 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Этот акустический чувствительный компонент 420 может представлять собой диафрагму. Как иллюстрирует фиг. 6B, эта диафрагма может содержать диафрагму 621, демпфирующий компонент 623 и эластичный компонент 625. Первый конец диафрагмы 621 может быть соединен с первым концом демпфирующего компонента 623 и первым концом эластичного компонента 625 (например, пружины). Второй конец демпфирующего компонента 623 может быть фиксированным. Второй конец эластичного компонента 625 может быть фиксированным.
На фиг. 6C представлена упрощенная схема примера модели эквивалентной схемы, соответствующей механической модели, показанной на фиг. 6A и 6B согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Схема может содержать резистор 631, индуктивность 633 и конденсатор 635. Первый конец индуктивности 633 может быть соединен с первым концом резистора 631. Второй конец индуктивности 633 может быть соединен с первым концом конденсатором 635. Эта схема может образовать последовательный RLC-контур, который может действовать в качестве полосового фильтра. Центральная частота полосового фильтра может быть определена согласно Уравнению (9) следующим образом:
…(9),
m
m
m
m
Здесь M обозначает массу диафрагмы, K обозначает коэффициент упругости диафрагмы, и R обозначает демпфирование диафрагмы. R можно регулировать для модификации полосы пропускания фильтра, реализованного в виде последовательной RLC-схемы. В некоторых вариантах, акустическая структура, которая может повлиять на путь прохождения аудио сигнала к акустическому чувствительному компоненту 420, или акустический чувствительный компонент 420, который может преобразовать аудио сигнал в электрический сигнал, может оказать воздействие на аудио сигнал и в частотной области, и во временной области. В некоторых вариантах, одну или несколько характеристик акустического чувствительного компонента 420 можно подстраивать, регулируя одну или несколько нелинейных изменяющихся во времени характеристик материалов акустического чувствительного компонента 420 для удовлетворения определенных требований к фильтрации. К примерам нелинейных изменяющихся во времени характеристик могут относиться гистерезисная задержка, ползучесть, неньютоновские характеристики или другие подобные параметры, либо комбинация таких характеристик.
На фиг. 7A представлена упрощенная схема механической модели примера акустического чувствительного компонента 420 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. В некоторых вариантах, несколько акустических чувствительных компонентов могут быть соединены для достижения определенных характеристик фильтрации.
Как показано на фиг. 7A, механическая модель может содержать несколько акустических чувствительных компонентов. Эти акустические чувствительные компоненты могут быть соединены параллельны. Механическая модель, соответствующая каждому акустическому чувствительному компоненту может содержать диафрагму 704, демпфирующий компонент 721 и эластичный компонент 723. Более подробное описание индивидуального акустического чувствительного компонента может быть найдено в других местах настоящего описания (например, фиг. 6B и 6C, и относящиеся к ним описания). В некоторых вариантах, акустический чувствительный компонент 420, содержащий несколько акустических чувствительных компонентов, может осуществлять фильтрацию с несколькими пиками характеристиками, фильтрацию с несколькими центральными частотами или многополосную фильтрацию.
Фиг. 7B иллюстрирует примеры частотных характеристик, соответствующих разным акустическим чувствительным компонентам, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Акустический чувствительный компонент 420 содержит первый акустический чувствительный компонент и второй акустический чувствительный компонент. Эти первый акустический чувствительный компонент и второй акустический чувствительный компонент могут быть соединены параллельно. Центральная частота первого акустического чувствительного компонента может отличаться от центральной частоты второго чувствительного компонента. Например, как показано на фиг. 7B, пунктирная линия 701 представляет частотную характеристику первого акустического чувствительного компонента, тогда как штриховая линия 702 представляет частотную характеристику второго акустического чувствительного компонента. Сплошная линия 703 может обозначать частотную характеристику комбинации первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента. Ширина полосы частотной характеристики комбинации первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента (т.е. сплошной линии 703) больше, а сама кривая 703 является более равномерной (плоской) по сравнению с частотной характеристикой первого акустического чувствительного компонента (т.е. пунктирной линией 701) или с частотной характеристикой второго акустического чувствительного компонента (т.е. штриховой линией 702).
В некоторых вариантах, частотные характеристики первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента могут пересекаться одна с другой. В некоторых вариантах, частотные характеристики первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента могут пересекаться в частотной точке, которая располагается не поблизости от точки половинной мощности. Как описано в связи с фиг. 10A-10C и с описаниями к ним, когда частотные характеристики акустико-электрических преобразователей пересекаются поблизости или в самой точке (ах) половинной мощности, частотная характеристика акустико-электрического преобразовательного модуля 210, содержащего эти акустико-электрические преобразователи, может быть более равномерной (плоской) по сравнению с акустико-электрическим преобразовательным модулем 210, в котором характеристики акустико-электрических преобразователей не пересекаются поблизости или в самой точке(ах) половинной мощности. Однако поскольку первый акустический чувствительный компонент и второй акустический чувствительный компонент располагаются в одном и том же акустическом чувствительном компоненте 420, и наложение частотных характеристик первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента может представлять собой наложение векторов, необходимо учитывать фазы выходных сигналов этих первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента. Таким образом, когда частотные характеристики первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента пересекаются в частотной точке, которая не находится поблизости от точки половинной мощности, частотная характеристика комбинации первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента может быть более равномерной (плоской) и иметь более широкую полосу пропускания, чем характеристика комбинации двух акустических чувствительных компонентов, имеющих частотные характеристики, пересекающиеся поблизости или в самой точке половинной мощности.
Фиг. 7C иллюстрирует пример частотных характеристик различных акустических чувствительных компонентов согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Как показано на фиг. 7C, акустический чувствительный компонент 420 может содержать первый акустический чувствительный компонент, второй акустический чувствительный компонент и третий акустический чувствительный компонент, соединенные параллельно. Эти первый акустический чувствительный компонент, второй акустический чувствительный компонент и третий акустический чувствительный компонент могут представлять собой акустические чувствительные компоненты с пониженным демпфированием и могут называться первый акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, второй акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием и третий акустический чувствительный компонент с пониженным демпфированием, соответственно. Центральная частота каждого акустического чувствительного компонента может отличаться от других компонентов. Например, как показано на фиг. 7C, пунктирная линия 711, штриховая линия 712 и штрихпунктирная линия 713 представляют частотные характеристики первого акустического чувствительного компонента, второго акустического чувствительного компонента и третьего акустического чувствительного компонента, соответственно. Сплошная линия 714 может обозначать частотную характеристику комбинации первого акустического чувствительного компонента, второго акустического чувствительного компонента и третьего акустического чувствительного компонента. Полоса пропускания частотной характеристики комбинации первого акустического чувствительного компонента, второго акустического чувствительного компонента и третьего акустического чувствительного компонента (т.е. сплошной линии) шире и равномернее частотной характеристики первого акустического чувствительного компонента (т.е. пунктирной линии 711, называемой также четвертой частотной характеристикой), частотной характеристики второго акустического чувствительного компонента (т.е. штриховой линии 712, называемой также пятой частотной характеристикой) или частотной характеристики третьего акустического чувствительного компонента (т.е. штрих-пунктирной линии 713, называемой также шестой частотной характеристикой).
Центральная частота второго акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием (также называемая пятой центральной частотой) выше центральной частоты первого акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием (также называемой четвертой центральной частотой), а центральная частота третьего акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием (также называемая шестой центральной частотой) выше центральной частоты второго акустического чувствительного компонента с пониженным демпфированием.
В некоторых вариантах, четвертая частотная характеристика и пятая частотная характеристика пересекаются в точке, расположенной поблизости от точки половинной мощности четвертой частотной характеристики и точки половинной мощности пятой частотной характеристики. Иными словами, четвертая частотная характеристика и пятая частотная характеристика пересекаются в точке с уровнем мощности не ниже -5 дБ и не выше -1 дБ.
Как описано в связи с фиг. 7B, когда частотные характеристики первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента и третьего акустического чувствительного компонента могут пересекаться в частотных точках, находящихся не поблизости от точки половинной мощности, частотная характеристика комбинации первого акустического чувствительного компонента и второго акустического чувствительного компонента и третьего акустического чувствительного компонента может быть более равномерной (плоской) и широкой, чем характеристика комбинации трех акустических чувствительных компонентов, частотные характеристики которых пересекаются в частотных точках поблизости или в точке половинной мощности.
На фиг. 8A представлена упрощенная схема примера механической модели, соответствующей акустическому чувствительному компоненту 420 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Механическая модель, соответствующая акустическому чувствительному компоненту 420, может содержать несколько акустических чувствительных компонентов. Эти несколько акустических чувствительных компонентов могут быть соединены последовательно. Например, как иллюстрирует фиг. 8A, акустический чувствительный компонент 420 может содержать два акустических чувствительных компонента, каждый из которых может иметь диафрагму 811, демпфирующий компонент 815 и эластичный компонент 813. Аудио сигнал (звуковое давление равно P) может падать на диафрагму 811 и побуждать акустический чувствительный компонент 420 генерировать электрический сигнал (не показан). Более подробное описание индивидуального акустического чувствительного компонента можно найти в других местах настоящего описания (например, на фиг. 6B и 6C и в описаниях к ним).
Фиг. 8B иллюстрирует примеры частотных характеристик, соответствующих разным акустическим чувствительным компонентам согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Сплошная линия 821 представляет частотную характеристику одного акустического чувствительного компонента. Штриховая линия 823 представляет частотную характеристику комбинации двух акустических чувствительных компонентов, соединенных последовательно. Пунктирная линия 825 представляет частотную характеристику комбинации трех акустических чувствительных компонентов, соединенных последовательно. Как иллюстрирует фиг. 8B, число акустических чувствительных компонентов может влиять на частотную характеристику акустического преобразовательного устройства, в котором они установлены. Частотная характеристика комбинации трех акустических чувствительных компонентов, соединенных последовательно, (т.е. пунктирная линия 825) может иметь более резкий (крутой) спад, чем частотная характеристика комбинации двух акустических чувствительных компонентов, соединенных последовательно, (т.е. штриховая линия 823). Частотная характеристика комбинации двух акустических чувствительных компонентов, соединенных последовательно, (т.е. штриховая линия 823) может иметь более резкий (крутой) спад, чем частотная характеристика одного акустического чувствительного компонента (т.е. сплошная линия 821). В некоторых вариантах, когда в одном и том же акустическом преобразовательном устройстве установлено большее число чувствительных компонентов, порядок этого акустического преобразовательного устройства может возрастать.
В некоторых вариантах, три акустических чувствительных компонента могут быть соединены последовательно. Как известно специалистам в рассматриваемой области, акустический чувствительный компонент может иметь нижнюю частоту отсечки и верхнюю частоту отсечки. В некоторых вариантах, центральная частота любого из трех акустических чувствительных компонентов может быть больше наименьшей частоты отсечки из нижних частот отсечки рассматриваемых трех акустических чувствительных компонентов и не больше наибольшей частоты отсечки из верхних частот отсечки этих трех акустических чувствительных компонентов.
Фиг. 9A иллюстрирует структуру комбинации акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Эта структура может быть реализована в виде мембранного (диафрагменного) микрофона с передней камерой и задней камерой. Как показано на фиг. 9A, аудио сигнал (звуковое давление равно P) может сначала попасть в звуковое отверстие 915 акустического канального компонента, который может содержать акустический резистивный материал, а затем попадает на диафрагму 914 и заднюю камеру акустического чувствительного компонента. Здесь P обозначает звуковое давление на микрофон, создаваемое аудио сигналом, а S обозначает эффективную площадь диафрагмы. Более подробное описание акустического канального компонента можно найти в других местах настоящего описания (например, на фиг. 5A и 5B и в описаниях к ним). Более подробные описания акустического чувствительного компонента можно найти в других местах настоящего описания (например, на фиг. 6A-6C и в описаниях к ним).
2
2
2
2
α
α
α1
α2
m
m
m
На фиг. 9B представлено упрощенное изображение примера схемы комбинационной структуры, показанной на фиг. 9A, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. В этой схеме резистор 922 (с сопротивлением SR) и катушка индуктивности 923 (с индуктивностью SR) могут обозначать акустическое сопротивление и акустическую массу звукового отверстия. Конденсатор 924 (с емкостью SC) может обозначать акустическую емкость передней камеры. Конденсатор 928 (с емкостью C/s) может обозначать акустическую емкость задней камеры. Резистор 925 (с сопротивлением R), катушка индуктивности 926 (с индуктивностью M) и конденсатор 927 (с емкостью C) могут обозначать сопротивление диафрагмы, массу диафрагмы и коэффициент упругости диафрагмы, соответственно.
Фиг. 10A-10C иллюстрируют частотные характеристики различных акустико-электрических преобразовательных модулей согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Фиг. 10A, фиг. 10B, фиг. 10C иллюстрируют частотную характеристику первого акустико-электрического преобразовательного модуля, второго акустико-электрического преобразовательного модуля и третьего акустико-электрического преобразовательного модуля, соответственно. Каждый из этих модулей – первого акустико-электрического преобразовательного модуля, второго акустико-электрического преобразовательного модуля и третьего акустико-электрического преобразовательного модуля, может содержать три акустико-электрических преобразователя. Как иллюстрирует фиг. 10A, первый акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать преобразователь 1, преобразователь 2 и преобразователь 3. Частотная характеристика преобразователя 1 пересекает частотную характеристику преобразователя 2 в частотной точке, расположенной не поблизости от точки половинной мощности, и частотная характеристика преобразователя 2 пересекает частотную характеристику преобразователя 3 в частотной точке, расположенной не поблизости от точки половинной мощности. Как иллюстрирует фиг. 10B, первый акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать преобразователь 4 (например, первый акустико-электрический преобразователь), преобразователь 5 (например, второй акустико-электрический преобразователь) и преобразователь 6 (например, третий акустико-электрический преобразователь). Преобразователь 4 имеет первую частотную полосу пропускания, а преобразователь 5 имеет вторую частотную полосу пропускания, отличную от первой частотной полосы пропускания. Вторая частотная полоса пропускания больше первой частотной полосы пропускания, а центральная частота преобразователя 5 выше центральной частоты преобразователя 4. Центральная частота преобразователя 6 выше центральной частоты преобразователя 5.
Частотная характеристика преобразователя 4 пересекает частотную характеристику преобразователя 5 в частотной точке поблизости от точки половинной мощности, а частотная характеристика преобразователя 5 пересекает частотную характеристику преобразователя 6 в частотной точке поблизости от точки половинной мощности. Например, частотная характеристика преобразователя 4 и частотная характеристика преобразователя 5 пересекаются в точке, находящейся поблизости от точки половинной мощности частотной характеристики преобразователя 4 и точкой половинной мощности частотной характеристики преобразователя 5. Как иллюстрировано, частотная характеристика преобразователя 4 и частотная характеристика преобразователя 5 пересекаются в точке с уровнем мощности не меньше -5 дБ и не больше -1 дБ.
Как иллюстрирует фиг. 10C, первый акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать преобразователь 7, преобразователь 8 и преобразователь 9. Частотная характеристика преобразователя 7 пересекает частотную характеристику преобразователя 8 в частотной точке, находящейся не поблизости от точки половинной мощности, а частотная характеристика преобразователя 8 пересекает частотную характеристику преобразователя 9 в частотной точке, находящейся не поблизости от точки половинной мощности. Как иллюстрируют фиг. 10A-10C, частотная характеристика второго акустико-электрического преобразовательного модуля может быть более равномерной (плоской) чем частотная характеристика первого акустико-электрического преобразовательного модуля, а частотная характеристика третьего акустико-электрического преобразовательного модуля показывает больше помех от соседних каналов, чем частотная характеристика второго акустико-электрического преобразовательного модуля. Приведенные ниже описания могут быть созданы для иллюстрации соотношения между частотной характеристикой акустико-электрического преобразовательного модуля и тем, где частотные характеристики акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле пересекают одна другую.
Частотные характеристики акустико-электрических преобразователей могут пересекать одна другую в некоторых частотных точках, результатом чего является некоторая область наложения между частотными характеристиками. Как используется здесь, термин «область наложения» относится частотной точке, в которой частотные характеристики пересекают одна другую. Такое наложение частотных характеристик акустико-электрических преобразователей может порождать помехи в соседних каналах, конфигурированных для передачи на выход электрических сигналов, генерируемых акустико-электрическими преобразователями в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210. В некоторых случаях, чем больше область наложения, тем больше может быть помех. Центральные частоты и полосы пропускания частотных характеристик акустико-электрических преобразователей можно регулировать для достижения более узкой области наложения между частотными характеристиками акустико-электрических преобразователей.
Например, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько акустико-электрических преобразователей первого порядка. Центральную частоту каждого из акустико-электрических преобразователей можно подстраивать, регулируя структурные параметры этих преобразователей, для достижения определенных областей наложения. Область наложения между двумя частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей может относиться к области интерференции (и помех) между сигналами поддиапазонов, поступающих на выход от акустико-электрических преобразователей. В идеальном сценарии между частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей области наложения нет. На практике, однако, определенная область наложения может существовать между двумя частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей, что может повлиять на качество выходных сигналов поддиапазонов от двух акустико-электрических преобразователей. Если между двумя частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей имеется относительно небольшая область наложения, уровень частотной характеристики комбинации двух соседних акустико-электрических преобразователей может быть уменьшен в пределах области наложения. Снижение уровня частотной характеристики в некоторой полосе частот может обозначать уменьшение уровня мощности в этой полосе частот. Как используется здесь, область наложения между двумя частотными характеристиками может считаться относительно малой, когда частотные характеристики пересекаются в частотной точке с уровнем мощности ниже -5 дБ. Если между двумя частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей имеется относительно большая область наложения, уровень частотной характеристики комбинации двух соседних акустико-электрических преобразователей может быть увеличен в пределах этой области наложения. Увеличение уровня частотной характеристики в некоторой полосе частот может обозначать более высокий уровень мощности в этой полосе частот по сравнению с другими полосами частот. Область наложения между двумя частотными характеристиками может считаться относительно малой, когда частотные характеристики пересекаются в частотной точке с уровнем мощности выше -1 дБ. Когда частотные характеристики двух соседних акустико-электрических преобразователей пересекаются поблизости или в точке половинной мощности, частотная характеристика каждого акустико-электрического преобразователя может вносить вклад в частотную характеристику комбинации двух соседних акустико-электрических преобразователей таким образом, что нет ни потерь, ни повторения энергий в определенных полосах частот, результатом чего является правильная полоса наложения между частотными характеристиками двух соседних акустико-электрических преобразователей. Частотные характеристики двух соседних акустико-электрических преобразователей могут считаться пересекающимися поблизости или в точке половинной мощности, когда эти частотные характеристики пересекаются в частотной точке с уровнем мощности не ниже -5 дБ и не больше -1 дБ. В некоторых вариантах, регулируя структурные параметры по меньшей мере одного акустико-электрического преобразователя из двух соседних акустико-электрических преобразователей, можно подстраивать центральную частоту и частотную полосу пропускания этого по меньшей мере одного акустико-электрического преобразователя из этих двух соседних акустико-электрических преобразователей, результатом чего является соответствующее регулирование областей наложения между акустико-электрическими преобразователями.
Фиг. 12 иллюстрирует частотные характеристики акустико-электрических преобразователей различного порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит несколько акустико-электрических преобразователей. Частотные характеристики акустико-электрического преобразователя могут накладываться одна на другую, вводя помехи между соседними каналами обработки сигналов в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210. Как иллюстрирует фиг. 12, сплошная линия 1201 представляет частотную характеристику акустико-электрического преобразователя первого порядка, штриховая линия 1202 представляет частотную характеристику акустико-электрического преобразователя второго порядка, тогда как штрихпунктирная линия 1204 представляет частотную характеристику акустико-электрического преобразователя четвертого порядка. Край (срез) полосы пропускания частотной характеристики акустико-электрического преобразователя четвертого порядка (т.е. штрихпунктирной линии 1204) может быть резче (круче) края полосы акустико-электрического преобразователя второго порядка (т.е. штриховой линии 1202). Край (срез) полосы пропускания частотной характеристики акустико-электрического преобразователя второго порядка (т.е. штриховой линии 1202) может быть резче (круче) края полосы акустико-электрического преобразователя первого порядка (т.е. сплошной линии 1201). В некоторых вариантах, чем выше порядок акустико-электрического преобразователя, тем больше может быть крутизна края полосы пропускания акустико-электрического преобразователя. Согласно результатам теоретического анализа крутизна характеристики на краю полосы пропускания акустико-электрического преобразователя первого порядка может составлять 6 дБ/октава, а при увеличении порядка акустико-электрического преобразователя на каждую 1 крутизна характеристики на краю полосы пропускания может увеличиваться на 6 дБ/октава. Таким образом, использование акустико-электрического преобразователя кратного порядка в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 может позволить включить в модуль больше акустико-электрических преобразователей, что обычно желательно для обеспечения охвата более широкой полосы частот принимаемого аудио сигнала.
В некоторых вариантах, акустико-электрические преобразователи в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 могут представлять собой полосовые акустико-электрические преобразователи с пониженным демпфированием. В некоторых вариантах, полосовой акустико-электрический преобразователь с пониженным демпфированием может иметь более крутой спад частотной характеристики, чем полосовой акустико-электрический преобразователь, не имеющий пониженного демпфирования, поблизости от резонансного пика частотной характеристики акустико-электрического преобразователя. В некоторых вариантах, максимальное число акустико-электрических преобразователей, допустимое в некоторой полосе частот, может быть определено в соответствии с характеристиками фильтрации полосовых акустико-электрических преобразователей. Например, если принять, что частотные характеристики акустико-электрических преобразователей пересекают одна другую в точках половинной мощности, тогда для некоторого частотного диапазона, максимальное число акустико-электрических преобразователей некоторого порядка, которое может быть разрешено для включения в один акустико-электрический преобразовательный модуль 210, может быть показано в таблице 1:
Таблица 1. Число акустико-электрических преобразователей для включения в модуль
Полоса частот
Порядок
20 Гц – 20 кГц
100 Гц – 8 кГц
300 Гц – 4000 Гц
1
10
7
4
2
20
13
8
3
30
19
12
4
40
26
15
Например, для полосы частот 20 Гц – 20 кГц, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать не более 10 акустико-электрических преобразователей первого порядка. В некоторых вариантах, посредством перестройки одного или нескольких акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 в состояние с пониженным демпфированием, этот акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может быть переведен в состояние более высокого порядка. Следует ясно понимать, однако, что Табл. 1 приведена исключительно для целей иллюстрации и описания и не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения. В некоторых вариантах, специалисты в рассматриваемой области могут внести разнообразные изменения, усовершенствования и модификации, хотя они и не установлены здесь в явном виде. Считается, что эти изменения, усовершенствования и модификации предполагаются настоящим изобретением и находятся в пределах смысла и объема настоящего изобретения. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько первых акустико-электрических преобразователей. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 10 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь первого порядка соответствует полосе частот шириной не более 20 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 20 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует полосе частот шириной не более 20 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 30 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует полосе частот шириной не более 20 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 40 акустико-электрических преобразователя четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует полосе частот шириной не более 20 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 8 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь первого порядка соответствует полосе частот шириной не более 8 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 13 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует полосе частот шириной не более 8 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 19 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует полосе частот шириной не более 8 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 26 акустико-электрических преобразователей четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует полосе частот шириной не более 8 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 4 акустико-электрических преобразователей первого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь соответствует полосе частот шириной не более 4 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 8 акустико-электрических преобразователей второго порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь второго порядка соответствует полосе частот шириной не более 4 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 12 акустико-электрических преобразователей третьего порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь третьего порядка соответствует полосе частот шириной не более 4 кГц. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 содержит не более 15 акустико-электрических преобразователя четвертого порядка, где каждый акустико-электрический преобразователь четвертого порядка соответствует полосе частот шириной не более 4 кГц.
Фиг. 13A и 13B иллюстрируют частотные характеристики примеров акустико-электрических преобразовательных модулей согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Фиг. 13A иллюстрирует частотную характеристику полосового акустико-электрического преобразовательного модуля первого порядка (называется как полосовой акустико-электрический преобразовательный модуль 1 первого порядка). Фиг. 13B иллюстрирует частотные характеристики полосового акустико-электрического преобразовательного модуля (называется как полосовой акустико-электрический преобразовательный модуль 2 первого порядка). Акустико-электрические преобразователи в полосовом акустико-электрическом преобразовательном модуле 1 первого порядка представляют собой акустико-электрические преобразователи без пониженного демпфирования, тогда как акустико-электрические преобразователи в полосовом акустико-электрическом преобразовательном модуле 2 первого порядка представляют собой акустико-электрические преобразователи с пониженным демпфированием. Как можно видеть, на фиг. 13A и фиг. 13B, в акустико-электрический преобразовательный модуль могут быть включены больше акустико-электрических преобразователей, когда эти акустико-электрические преобразователи обладают пониженным демпфированием, чем тогда, когда эти преобразователи не обладают пониженным демпфированием. Полосовой акустико-электрический преобразовательный модуль 1 первого порядка и полосовой акустико-электрический преобразовательный модуль 2 первого порядка содержат 4 полосовых акустико-электрических преобразователей первого порядка и 6 полосовых акустико-электрических преобразователей первого порядка, соответственно. Сплошная линия на фиг. 13A представляет частотную характеристику полосового акустико-электрического преобразовательного модуля 1 первого порядка. Показанные на фиг. 13A 4 штриховые линии представляют частотные характеристики 4 акустико-электрических преобразователей, соответственно. Сплошная линия фиг. 13B представляет частотную характеристику полосового акустико-электрического преобразовательного модуля 2 первого порядка. Показанные на фиг. 13B 6 штриховых линий представляют частотные характеристики 6 акустико-электрических преобразователей, соответственно.
В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль можно рассматривать в качестве фильтра, конфигурированного для достижения назначенного эффекта фильтрации. В некоторых вариантах, фильтр может представлять собой фильтр первого порядка или фильтр кратного порядка. В некоторых вариантах, фильтр может представлять собой линейный или нелинейный фильтр. В некоторых вариантах, фильтр может быть фильтром, изменяющимся во времени, или фильтром неизменным во времени. Такой фильтр может быть резонансным фильтром, Roex-фильтром, гамматоновым фильтром, Gamachirp-фильтром и т.п.
c
В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразовательный модуль может представлять собой гамматоновый фильтр. В частности, ширина полосы частот согласно частотным характеристикам разных акустико-электрических преобразователей в акустико-электрическом преобразовательном модуле может быть различной. Далее, акустико-электрический преобразователь, имеющий более высокую центральную частоту, может быть настроен на более широкую полосу пропускания. Далее, в некоторых вариантах, центральная частота f акустико-электрического преобразователя может быть определена в соответствии с Уравнением (1) следующим образом:
…(1),
H
где f обозначает частоту отсечки, и α обозначает коэффициент наложения.
Ширина B полосы пропускания акустико-электрического преобразователя может быть установлена в соответствии с Уравнением (2) следующим образом:
…(2).
На фиг. 14A представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя 211 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Этот акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430.
Акустический канальный компонент 410 может содержать компонент 1450 второго порядка. Акустический чувствительный компонент 420 может содержать полосовую диафрагму 1421 второго порядка и закрытую камеру 1422. Схемный компонент 430 может содержать емкостную детекторную схему 1431 и усилительную схему 1432.
Акустико-электрический преобразователь 211 может представлять собой акустико-электрический преобразователь с воздушной проводимостью, имеющий две камеры. Диафрагма из полосовой диафрагмы 1421 второго порядка может быть использована для преобразования изменения звукового давления, создаваемого аудио сигналом на поверхности диафрагмы, в механические колебания этой диафрагмы. Емкостная детекторная схема 1431 может быть использована для измерения изменений емкости между диафрагмой и пластиной, вызванных колебаниями диафрагмы. Усилительная схема 1432 может быть использована для регулирования амплитуды выходного напряжения. В первой камере может быть создано звуковое отверстие, в которое при необходимости может быть помещен акустический резистивный материал. Вторая камера может быть закрытой. Акустическое полное сопротивление звукового отверстия и окружающего воздуха может иметь индуктивный характер. Резистивный материал также может иметь акустическое полное сопротивление. Первая камера может иметь емкостное акустическое полное сопротивление. Вторая камера может иметь емкостное акустическое полное сопротивление. Как используется здесь, первая камера может называться передней камерой, а вторая камера может называться задней камерой.
На фиг. 14B представлена упрощенная схема примера генератора акустической силы в акустико-электрическом преобразователе, показанном на фиг. 14A, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Этот генератор акустической силы может принимать аудио сигнал 1401 и может содержать первую камеру 1404 и вторую камеру 1406. Первая камера 1404 может содержать звуковое отверстие 1402 и акустический резистивный материал 1403, погруженный в это звуковое отверстие 1402. Первая камера 1404 и вторая камера 1406 могут быть разделены диафрагмой 1407. Эта диафрагма 1407 может быть соединена с эластичным компонентом 1408.
α1
α1
α1
m
m
m
α2
На фиг. 14C представлена упрощенная схема примера структуры генератора акустической силы, показанного на фиг. 14B, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Как показано на фиг.14C, звуковое давление P может проходить сквозь акустический резистивный материал 1409, погруженный в звуковое отверстие 1410. Это звуковое давление P может быть преобразовано в колебания диафрагмы 1412. Давление P обозначает звуковое давление, действующее на микрофон, R обозначает акустическое сопротивление акустического материала 1409, M обозначает массу поблизости от звукового отверстия 1410, C обозначает акустическую емкость первой камеры, S представляет собой эффективную площадь диафрагмы 1412, R обозначает демпфирование диафрагмы 1412, M обозначает массу диафрагмы 1412, K обозначает модуль упругости диафрагмы 1412, и C обозначает акустическую емкость первой камеры.
2
2
2
2
α
α
α1
α2
m
m
m
На фиг. 14D представлено упрощенное изображение примера схемы структуры, показанной на фиг. 14B и фиг. 14C согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. На этой схеме резистор 1415 (с сопротивлением SR) и катушка индуктивности 1416 (с индуктивностью SM) могут обозначать акустическое сопротивление и акустическую массу звукового отверстия 1410. Конденсатор 1421 (с емкостью SC) может обозначать акустическую емкость первой камеры 1404. Конденсатор 1420 (с емкостью C/S) может обозначать акустическую емкость второй камеры 1406. Резистор 1417 (с сопротивлением R), катушка индуктивности 1418 (с индуктивностью M) и конденсатор 1419 (с емкостью C) могут обозначать сопротивление диафрагмы 1407, массу диафрагмы 1407 и коэффициент упругости этой диафрагмы 1407, соответственно.
Mm
В этой схеме, ток через схему соответствует скорости колебаний диафрагма 1412. Эта скорость ν колебаний может быть определена в соответствии с Уравнением (10) следующим образом:
…(10),
1
2
α1
α1
α1
где ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, структуры акустической силы, иллюстрируемой на фиг. 14C), j обозначает мнимую единицу, Z обозначает резистора 1415 и катушки индуктивности 1416, Z обозначает акустическое полное сопротивление резистора 1417, катушки индуктивности 1418, конденсатора 1419 и конденсатора 1420, описания величин P, S, R, M и C могут быть найдены на фиг. 14C и в описаниях к нему, а величина A может быть определена в соответствии с Уравнением (11) следующим образом:
…(11),
m
m
m
α2
где ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, структуры акустической силы, иллюстрируемой на фиг. 14C), j обозначает мнимую единицу, а описания величин R, M, K и C могут быть найдены на фиг. 14C и в описаниях к нему.
Далее, изменение емкости, передаваемое системой на выход, связано с расстоянием между диафрагмой и пластиной, а это расстояние между диафрагмой связано с деформацией диафрагмы (смещением этой диафрагмы). Поэтому смещение диафрагмы может быть определено в соответствии с Уравнением (12) следующим образом:
…
,
…(12),
α1
α1
α1
Здесь описания величин P, S, R, M и C могут быть найдены на фиг. 14C и в описаниях к нему.
Передаточная функция системы может быть определено в соответствии с Уравнением (13) следующим образом:
…(13) ,
α1
α1
α1
где ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, структуры акустической силы, иллюстрируемой на фиг. 14C), j обозначает мнимую единицу и описания величин R, M и C могут быть найдены на фиг. 14C и в описаниях к нему.
В результате применения преобразования Лапласа передаточная функция может быть выражена следующим образом:
…(14),
где
…(15),
…(16),
…(17),
…(18),
…(19).
В результате, комбинация первой камеры со звуковым отверстием может функционировать в качестве полосового фильтра кратного порядка (например, полосового фильтра второго порядка), и комбинация второй камеры, представляющей собой закрытую камеру, с диафрагмой может функционировать в качестве полосового фильтра второго порядка. Эта диафрагма, которая может функционировать в качестве акустически чувствительного элемента и может преобразовывать аудио сигнал в изменение емкости между диафрагмой и пластиной. В некоторых вариантах, система четвертого порядка может быть образована путем комбинирования акустического канального компонента и акустического чувствительного компонента.
Акустико-электрический преобразователь, построенный в соответствии с описанной выше конфигурацией, может функционировать в качестве полосового фильтра. Несколько акустико-электрических преобразователей с различными характеристиками фильтрации могут быть собраны в акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 для образования группы фильтров, которая может генерировать несколько сигналов поддиапазонов в соответствии с аудио сигналом. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь может быть настроен в состояние с пониженным демпфированием путем регулирования демпфирования в акустическом резистивном материале и диафрагме акустико-электрического преобразователя. Частотные полосы пропускания каждого акустико-электрического преобразователя могут быть установлены для расширения по мере увеличения центральной частоты.
Фиг. 15 иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать 11 акустико-электрических преобразователей. Изображенные на фиг. 15 11 штриховых линий представляют частотные характеристики индивидуальных 11 акустико-электрических преобразователей. Сплошная линия на фиг. 15 может показывать частотную характеристику акустико-электрического преобразовательного модуля. Как иллюстрировано выше, несколько акустико-электрических преобразователей, каждый из которых может функционировать в качестве полосового фильтра для аудио сигнала, могут быть установлены в одном и том же акустико-электрическом преобразовательном модуле и генерировать сигналы поддиапазонов в соответствии с аудио сигналом. Как показано на фиг. 15, частотные характеристики одиннадцати акустико-электрических преобразователей могут охватывать диапазон частот, слышимых человеческим ухом, а именно 20 Гц – 20 кГц, при этом на фиг. 15 показан только частотный диапазон 20 Гц – 10 кГц. Частотные характеристики 11 акустико-электрических преобразователей могут пересекаться в частотных точках с энергиями в пределах от -1 дБ до -5 дБ, а частотная характеристика акустико-электрического преобразовательного модуля может иметь флуктуации уровня мощности в пределах ±1 дБ.
На фиг. 16A представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя 211 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Этот акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430. Акустический канальный компонент 410 может содержать компонент 1610 второго порядка. Акустический чувствительный компонент 420 может содержать полосовую диафрагму 1621 кратного порядка и закрытую камеру 1622. Схемный компонент 430 может содержать емкостную детекторную схему 1631 и усилительную схему 1632.
Акустико-электрический преобразователь 211 может представлять собой акустико-электрический преобразователь с воздушной проводимостью, имеющий две камеры. Полосовая диафрагма 1621 кратного порядка может быть использована для преобразования изменений звукового давления, вызванных аудио сигналом 205, на поверхности диафрагмы в механические колебания этой диафрагмы. Емкостная детекторная схема 1631 может быть использована для измерения изменений емкости между диафрагмой и пластиной, вызванных колебаниями диафрагмы. Усилительная схема 1632 может быть использована для регулирования выходного напряжения до подходящей амплитуды. В первой камере может создано звуковое отверстие, куда по мере необходимости помещен акустический резистивный материал. Вторая камера может быть закрыта.
На фиг. 16B представлена упрощенная схема примера генератора акустической силы из акустико-электрического преобразователя, показанного на фиг. 16A, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Как описано в связи с фиг. 14A, первая камера со звуковым отверстием может функционировать в качестве полосового фильтра второго порядка. В некоторых вариантах, диафрагма конфигурирована в качестве составной колебательной системы. Система, содержащая эту диафрагму и вторую камеру (или называемой закрытой камерой) может функционировать в качестве полосового фильтра высокого порядка (больше второго порядка). В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь, иллюстрируемый на фиг. 16B, может иметь более высокий порядок, чем акустико-электрический преобразователь, иллюстрируемый на фиг. 14A.
На фиг. 17 представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430. Акустический чувствительный компонент 420 может содержать полосовой кантилеверный элемент 1721 второго порядка. Схемный компонент 430 может содержать детекторную схему 1731 и усилительную схему 1732.
Кантилеверный элемент может получить аудио сигналы, переданные кантилеверному элементу и вызывающие изменения электрических параметров материала кантилеверного элемента. Аудио сигнал может представлять собой сигнал воздушной проводимости, сигнал костной проводимости, гидравлический аудио сигнал, сигнал механических колебаний или другой подобный сигнал, либо комбинацию сигналов. Материал кантилеверного элемента может содержать пьезоэлектрический материал. Этот пьезоэлектрический материал может представлять собой пьезоэлектрическую керамику или пьезоэлектрические полимеры. Пьезоэлектрическая керамика может содержать цирконат-титанат свинца (PZT). Детекторная схема 1731 может измерять изменения электрических сигналов материала кантилеверного элемента. Усилительная схема 1732 могут регулировать амплитуды электрических сигналов.
Согласно схеме, соответствующей кантилеверному элементу, (которая аналогична схеме, соответствующей диафрагме, показанной на фиг. 6C), полное сопротивление кантилеверного элемента может быть определено в соответствии с Уравнением (20) следующим образом:
…(20),
Здесь Z обозначает полное сопротивление кантилеверного элемента, ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, кантилеверного элемента), j обозначает мнимую единицу, R обозначает демпфирование кантилеверного элемента, M обозначает массу кантилеверного элемента и K обозначает коэффициент упругости кантилеверного элемента.
В некоторых вариантах, кантилеверный элемент может функционировать в качестве системы второго порядка, а угловая частота может быть определена в соответствии с Уравнением (21) следующим образом:
…(21),
0
где ω обозначает угловую частоту, M обозначает массу кантилеверного элемента и K обозначает коэффициент упругости кантилеверного элемента.
Колебания кантилеверного элемента могут иметь резонансный пик на угловой частоте этого элемента. Таким образом, аудио сигнал может иметь резонансный пик на угловой частоте элемента. Таким образом, можно фильтровать аудио сигнал с использованием кантилеверного элемента. Например, при вычислении полосы пропускания в точке половинной мощности соответствующие частоты отсечки могут быть определены в соответствии с Уравнением (22) и Уравнением (23) следующим образом:
…(22),
…(23),
здесь R обозначает демпфирование кантилеверного элемента, M обозначает массу кантилеверного элемента, и K обозначает коэффициент упругости кантилеверного элемента.
Добротность фильтрующего кантилеверного элемента (обозначена Q ниже) может быть определена в соответствии с Уравнением (24) следующим образом:
…(24),
где R обозначает демпфирование в кантилеверном элементе, M обозначает массу кантилеверного элемента, и K обозначает коэффициент упругости кантилеверного элемента.
Можно видеть, что после определения угловой частоты (центральной частоты) фильтра на основе кантилеверного элемента добротность Q фильтрующего кантилеверного элемента можно изменять путем регулирования демпфирования R. Чем меньше демпфирование R, тем больше добротность Q, тем уже полоса пропускания фильтра и тем острее кривая частотной характеристики фильтра.
Фиг. 18 иллюстрирует пример частотной характеристики акустико-электрического преобразовательного модуля согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Этот акустико-электрический преобразовательный модуль может содержать 19 акустико-электрических преобразователей. Здесь 19 штриховых линий на фиг. 18 могут представлять собой частотные характеристики 19 акустико-электрических преобразователей, соответственно. Сплошная линия на фиг. 18 может обозначать частотную характеристику акустико-электрического преобразовательного модуля. Как иллюстрировано выше, несколько акустико-электрических преобразователей, каждый из которых может функционировать в качестве полосового фильтра для аудио сигнала, могут быть установлены в одном и том же акустико-электрическом преобразовательном модуле и генерировать сигналы поддиапазонов в соответствии с аудио сигналом. Как показано на фиг. 18, частотные характеристики 19 акустико-электрических преобразователей могут охватывать диапазон частот 300 Гц – 4000 Гц. Частотная характеристика акустико-электрического преобразовательного модуля может иметь флуктуации уровня мощности в пределах ±1 дБ.
На фиг. 19A представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Этот акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430. Акустический канальный компонент 410 может содержать передающий субкомпонент 1910 второго порядка. Акустический чувствительный компонент 420 может представлять собой полосовой кантилеверный элемент 1921 кратного порядка. Схемный компонент 430 может содержать детекторную схему 1931, фильтрующую схему 1932 и усилительную схему 1933.
Кантилеверный элемент может получить аудио сигнал, что приводит к изменению электрических параметров материала кантилеверного элемента. Аудио сигнал может представлять собой сигнал воздушной проводимости, сигнал костной проводимости, гидравлический аудио сигнал, сигнал механических колебаний или другой подобный сигнал, либо комбинацию сигналов. Материал кантилеверного элемента может содержать пьезоэлектрический материал. Этот пьезоэлектрический материал может представлять собой пьезоэлектрическую керамику или пьезоэлектрические полимеры. Пьезоэлектрическая керамика может содержать цирконат-титанат свинца (PZT). Детекторная схема 1931 может измерять изменения электрических сигналов материала кантилеверного элемента. Усилительная схема 1933 могут регулировать амплитуды электрических сигналов. В некоторых вариантах, структура подвески соединена с основанием через эластичный элемент, так что колебания аудио сигналов костной проводимости воздействуют на структуру подвески. Эта структура подвески и соответствующий эластичный элемент могут передавать колебания кантилеверного элемента и составляют акустический канал для передачи аудио сигнала, который (канал) может функционировать в качестве полосового фильтра второго порядка. Кантилеверный элемент, прикрепленный к структуре подвески, может также функционировать в качестве полосового фильтра второго порядка.
На фиг. 19B представлена упрощенная схема примера кантилеверного элемента согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Как показано на фиг. 19B, кантилеверный элемент 1902 может быть соединен с эластичным компонентом 1903. Аудио сигнал, поступивший к эластичному компоненту, (например, к эластичному компоненту 1903) может вызвать колебания этого эластичного компонента. Этот эластичный компонент может передавать колебания кантилеверного элемента 1902. Эластичный компонент и кантилеверный элемент 1902 могут быть установлены в одном и том же акустико-электрическом преобразовательном модуле 210, который может функционировать в качестве полосового фильтра второго порядка. Кантилеверный элемент может получать аудио сигнал 1900, что приводит к изменению электрических параметров материала кантилеверного элемента.
На фиг. 19C представлена упрощенная схема примера механической модели, соответствующей акустическому чувствительному компоненту 420 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Механическая модель может содержать первый кантилеверный элемент 1902, второй кантилеверный элемент 1901, первый эластичный компонент 1908, второй эластичный компонент 1909, первый демпфирующий компонент 1905 и второй демпфирующий компонент 1907. Один конец второго эластичного компонента 1909 может быть закреплен неподвижно. Один конец второго демпфирующего компонента 1907 может быть закреплен неподвижно.
На фиг. 19D представлен упрощенный вариант примера схемы механической модели, показанной на фиг. 19C, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Полное сопротивление системы (обозначенное Z ниже) для входного сигнала может быть определено в соответствии с Уравнением (25) следующим образом:
…(25),
1
2
1
2
1
2
1
2
Здесь ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, кантилеверного элемента), j обозначает мнимую единицу, Z обозначает полное сопротивление второго кантилеверного элемента 1901, Z обозначает полное сопротивление первого кантилеверного элемента 1902, R обозначает акустическое сопротивление второго кантилеверного элемента 1901, R обозначает акустическое сопротивление первого кантилеверного элемента 1902, M обозначает массу второго кантилеверного элемента 1901, M обозначает массу первого кантилеверного элемента 1902, K обозначает модуль упругости второго кантилеверного элемента 1901, и K обозначает модуль упругости первого кантилеверного элемента 1902.
2
M2
2
Амплитуда тока в схеме может соответствовать скорости колебаний кантилеверного элемента M; поэтому скорость ν колебаний кантилеверного элемента M может быть определена в соответствии с Уравнением (26) и Уравнением (27) следующим образом:
…(26),
…(27),
1
2
1
2
1
2
1
2
здесь F обозначает звуковую силу принимаемого аудио сигнала, ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, кантилеверного элемента), j обозначает мнимую единицу, Z обозначает акустическое полное сопротивление второго кантилеверного элемента 1901, Z обозначает акустическое полное сопротивление первого кантилеверного элемента 1902, R обозначает акустическое сопротивление второго кантилеверного элемента 1901, R обозначает акустическое сопротивление первого кантилеверного элемента 1902, M обозначает массу второго кантилеверного элемента 1901, M обозначает массу первого кантилеверного элемента 1901, K обозначает модуль упругости второго кантилеверного элемента 1901, и K обозначает модуль упругости первого кантилеверного элемента 1902.
M2
В некоторых вариантах, смещение S кантилеверного элемента под воздействием аудио сигнала может быть определено в соответствии с Уравнением (28) и Уравнением (29) следующим образом:
…(28),
…(29),
1
2
1
2
1
2
здесь F обозначает звуковую силу принимаемого аудио сигнала, ω обозначает угловую частоту акустической структуры (например, кантилеверного элемента), j обозначает мнимую единицу, R обозначает акустическое сопротивление второго кантилеверного элемента 1901, R обозначает акустическое сопротивление первого кантилеверного элемента 1902, M обозначает массу второго кантилеверного элемента 1901, M обозначает массу второго кантилеверного элемента 1901, K обозначает модуль упругости второго кантилеверного элемента 1901, и K обозначает модуль упругости первого кантилеверного элемента 1902.
В результате преобразования Лапласа передаточная функция может быть выражена следующим образом:
…(30),
и здесь
…(31),
…(32),
…(33),
…(34),
…(35).
Как можно определить по передаточной функции, эта система является системой четвертого порядка, а порядок полосового фильтра может быть увеличен описанным выше способом. В дополнение к этому, к схемному компоненту 430 может быть добавлена фильтрующая схема 1932, что позволит фильтровать соответствующий электрический сигнал. Приведенные выше настройки могут вызвать увеличение крутизны края (среза) частотной характеристики фильтрации аудио сигнала в акустико-электрическом преобразователе, чтобы улучшить эффект фильтрации.
На фиг. 20A представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразовательного модуля 210 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может генерировать сигналы поддиапазонов в соответствии с аудио сигналом с использованием нескольких акустико-электрических преобразователей. Акустико-электрические преобразователи могут функционировать в качестве полосовых фильтров. Для различных частотных полос, которые нужно обработать, соответствующие акустико-электрические преобразователи могут быть настроены так, чтобы иметь разные частотные характеристики. В некоторых вариантах, ширина полосы частот в разных акустико-электрических преобразователях в одном акустико-электрическом преобразовательном модуле 210 может быть разной. Ширина полосы пропускания акустико-электрического преобразователя может быть настроена таким образом, чтобы увеличиваться вместе с ростом центральной частоты преобразователя. В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь может представлять собой акустико-электрический преобразователь высокого порядка. В некоторых вариантах, для работы в диапазоне низких и средних частот соответствующий акустико-электрический преобразователь может быть узкополосным преобразователем высокого порядка. Для работы в диапазоне средних и высоких частот акустико-электрический преобразователь может быть широкополосным преобразователем высокого порядка.
Как показано на фиг. 20A, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать один или несколько широкополосных акустико-электрических преобразователей высокого порядка (например, широкополосные акустико-электрические преобразователи 2011, 2012 и т.п. высокого порядка) в диапазоне средних и высоких, и один или несколько узкополосных акустико-электрических преобразователей высокого порядка (например, узкополосные акустико-электрические преобразователи 2013, 2014 и т.п. высокого порядка) в диапазоне низких и средних частот.
Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов, например, электрических сигналов 2021, 2022, 2023, … , 2024 поддиапазонов.
На фиг. 20B представлена упрощенная схема примера узкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 20B, узкополосный акустико-электрический преобразователь 2013 высокого порядка может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430.
Акустический чувствительный компонент 420 может содержать несколько акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием (например, акустические чувствительные субкомпоненты 2010, 2030, …, 2050 с пониженным демпфированием). Указанные несколько акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием могут быть соединены последовательно. Центральные частоты этих акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием могут быть одинаковыми или близкими одна к другой. Несколько акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием, будучи соединены последовательно, могут увеличить порядок характеристики фильтрации акустического чувствительного компонента 420. Каждый акустический чувствительный субкомпонент с пониженным демпфированием может уменьшить ширину полосы пропускания и достигнуть узкополосной фильтрации. В некоторых вариантах, преобразователь может функционировать в качестве узкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка. Как показано на фиг. 20B, узкополосный акустико-электрический преобразователь 2013 высокого порядка может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход электрический сигнал 450 поддиапазона на основе аудио сигнала 205.
На фиг. 20C представлена упрощенная схема примера широкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка согласно некоторым вариантам настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 20C, широкополосный акустико-электрический преобразователь 2011 высокого порядка может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и схемный компонент 430. Акустический чувствительный компонент 420 может содержать несколько акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием (например, акустических чувствительных субкомпонентов 2020, 2040, …, 2060 с пониженным демпфированием). Несколько акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием могут быть соединены параллельно. Центральные частоты акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием могут быть различными. Параллельное соединение нескольких акустических чувствительных субкомпонентов с пониженным демпфированием может расширить полосу пропускания акустического чувствительного компонента 420. В некоторых вариантах, узкополосный акустико-электрический преобразователь 2011 высокого порядка может функционировать в качестве широкополосного акустико-электрического преобразователя высокого порядка. Как показано на фиг. 20C, узкополосный акустико-электрический преобразователь 2011 высокого порядка может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход соответствующий электрический сигнал 450 поддиапазона.
На фиг. 21A представлена упрощенная схема примера устройства 2100 обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Это устройство 2100 обработки сигнала может содержать акустико-электрический преобразовательный модуль 210, несколько дискретизирующих модулей (например, дискретизирующих блоков 221, 222, 223, … , 224), анализаторный модуль 230 обратной связи (называемый также модулем обратной связи) и модуль 240 обработки сигнала. Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько акустико-электрических преобразователей, (например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213, … , 214).
Как показано на фиг. 21A, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов (например, электрические сигналы 2152, 2152, 2153, … , 2154 поддиапазонов).
Каждый из нескольких акустико-электрических преобразователей может преобразовывать аудио сигнал 205 в электрический сигнал поддиапазона и передавать соответствующий электрический сигнал поддиапазона на выход.
Каждый из нескольких дискретизирующих модулей может дискретизировать соответствующий электрический сигнал поддиапазона, преобразовывать этот электрический сигнал поддиапазона в цифровой сигнал и передавать этот цифровой сигнал на выход.
Анализаторный модуль 230 обратной связи может получать несколько цифровых сигналов, передаваемых несколькими дискретизирующими модулями. Анализаторный модуль 230 обратной связи может анализировать каждый цифровой сигнал, соответствующий электрическому сигналу поддиапазона, формирует на выходе несколько сигналов обратной связи (например, сигналы обратной связи 1, 2, 3, … ,N) и передает каждый сигнал обратной связи соответствующему акустико-электрическому преобразователю. Этот соответствующий акустико-электрический преобразователь может подстраивать свои параметры на основе сигнала обратной связи.
Модуль 240 обработки сигнала может получать несколько цифровых сигналов (например, цифровых сигналов 2355, 2356, 2357, 2358), передаваемых модулем 230 анализа обратной связи. Эти цифровые сигналы могут передаваться на выход по отдельности по разным параллельным линиям, либо могут использовать совместно одну линию согласно некоторому конкретному протоколу передачи.
На фиг. 21B представлена упрощенная схема примера акустико-электрического преобразователя 211 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Этот акустико-электрический преобразователь 211 может содержать акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420, схемный компонент 430 и процессорный компонент 460 обратной связи.
Процессорный компонент 460 обратной связи может быть конфигурирован для получения сигнала 470 обратной связи от анализаторного модуля 230 обратной связи и регулирования параметров акустико-электрического преобразователя 211.
В некоторых вариантах, процессорный компонент 460 обратной связи может регулировать по меньшей мере один из компонентов – акустический канальный компонент 410, акустический чувствительный компонент 420 и/или схемный компонент 430.
В некоторых вариантах, процессорный компонент 460 обратной связи может регулировать параметры (например, размер, местонахождение или способ соединения) акустического канального компонента для подстройки характеристик фильтрации акустического канального компонента 410 с использованием электромеханических систем управления. К примерам таких электромеханических систем управления могут относиться пневматические механизмы, механизмы, приводимые в действие двигателями, гидравлические приводы или другие подобные механизмы, либо комбинации таких механизмов.
В некоторых вариантах, процессорный компонент 460 обратной связи может регулировать параметры (например, размер, местонахождение или способ соединения) акустического чувствительного компонента 420 для подстройки характеристик фильтрации этого акустического чувствительного компонента с использованием электромеханических систем управления.
В некоторых вариантах, процессорный компонент 460 обратной связи может содержать схему обратной связи, непосредственно соединенную со схемным компонентом 430 для подстройки этого схемного компонента 430.
На фиг. 22 представлена упрощенная схема примера устройства обработки сигнала 2200 согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Устройство 2200 обработки сигнала может содержать акустико-электрический преобразовательный модуль 210, несколько дискретизирующих блоков (например, дискретизирующие блоки 221, 222, 222, … , и 224), анализаторный модуль 230 обратной связи и модуль 240 обработки сигнала.
Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько акустико-электрических преобразователей, (например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213, …, 214).
Как показано на фиг. 22, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов (например, электрические сигналы 2152, 2152, 2153, …, 2154 поддиапазонов).
Каждый из нескольких акустико-электрических преобразователей может преобразовывать аудио сигнал 205 в соответствующий электрический сигнал поддиапазона и передавать этот соответствующий электрический сигнал поддиапазона на выход. Каждый из указанных нескольких дискретизирующих блоков может дискретизировать соответствующий электрический сигнал поддиапазона, преобразовывать этот электрический сигнал поддиапазона в цифровой сигнал и передавать этот цифровой сигнал на выход.
Модуль 240 обработки сигнала может получать несколько цифровых сигналов (например, цифровые сигналы 2351, 2352, 2353, 2354), передаваемые указанными несколькими дискретизирующими блоками. Цифровые сигналы могут быть переданы на выход по отдельности по параллельным линиям или могут совместно использовать одну линию в соответствии с конкретным протоколом передачи.
Анализаторный модуль 230 обратной связи может получать несколько цифровых сигналов (например, цифровых сигналов 2355, 2357, 2358), передаваемых модулем 240 обработки сигнала. Анализаторный модуль 230 обратной связи может анализировать каждый цифровой сигнал, соответствующий одному из электрических сигналов поддиапазонов, формировать несколько сигналов обратной связи (например, сигналы 1, 2, 3, …, N обратной связи) и передавать каждый сигнал обратной связи соответствующему акустико-электрическому преобразователю. Этот соответствующий акустико-электрический преобразователь может регулировать свои параметры на основе полученного им сигнала обратной связи.
Акустико-электрический преобразователь 211 в устройстве 2200 обработки сигнала может быть аналогичным акустико-электрическому преобразователю 211 в устройстве 2100 обработки сигнала. Более подробные описания акустико-электрического преобразователя 211 в устройстве 2200 обработки сигнала могут быть найдены в других местах настоящего описания (например, на фиг. 21B и в описаниях к нему).
На фиг. 23 представлена упрощенная схема примера устройства 2300 обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Устройство 2300 обработки сигнала может содержать акустико-электрический преобразовательный модуль 210, несколько полосовых дискретизирующих модулей (например, полосовые дискретизирующие модули 2321, 2322, 2323, …, 2324) и модуль 240 обработки сигнала.
Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать несколько акустико-электрических преобразователей (например, акустико-электрические преобразователи 211, 212, 213, …, 214).
Как показано на фиг. 23, акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может получать аудио сигнал 205 и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов. Каждый из указанных нескольких акустико-электрических преобразователей может преобразовывать аудио сигнал 205 в соответствующий электрический сигнал поддиапазона и передавать этот соответствующий электрический сигнал поддиапазона на выход. Каждый из указанных нескольких полосовых дискретизирующих модулей может дискретизировать соответствующий электрический сигнал поддиапазона, преобразовывать электрический сигнал поддиапазона в цифровой сигнал и передавать этот цифровой сигнал на выход. Модуль 240 обработки сигнала может получать несколько цифровых сигналов, передаваемых указанными несколькими полосовыми дискретизирующими модулями.
На фиг. 24 представлена упрощенная схема примера устройства 2400 обработки сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Акустико-электрический преобразовательный модуль 210 может содержать один или несколько акустико-электрических преобразователей 2410 с воздушной проводимостью (например, акустико-электрические преобразователи 2415, 2416 и 2417 с воздушной проводимостью) и один или несколько акустико-электрических преобразователей 2420 с костной проводимостью (например, акустико-электрические преобразователи 2418, 2419 с костной проводимостью). Акустико-электрический преобразователь с воздушной проводимостью может разлагать принимаемый аудио сигнал на один или несколько электрических сигналов поддиапазонов. Акустико-электрический преобразователь с костной проводимостью может разлагать принимаемый аудио сигнал на один или несколько электрических сигналов поддиапазонов.
Акустико-электрические преобразователи с воздушной проводимостью могут принимать аудио сигнал и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов. Каждый из акустико-электрических преобразователей с воздушной проводимостью может передавать на выход соответствующий электрический сигнал поддиапазона. Например, акустико-электрические преобразователи 2415, 2517, 2418 с воздушной проводимостью могут принимать аудио сигнал и соответственно передавать на выход электрические сигналы 2421, 2422, 2423 поддиапазонов.
Акустико-электрические преобразователи с костной проводимостью могут принимать аудио сигнал и передавать на выход несколько электрических сигналов поддиапазонов. Каждый из акустико-электрических преобразователей с костной проводимостью может передавать на выход соответствующий электрический сигнал поддиапазона. Например, акустико-электрические преобразователи 2418 и 2419 с воздушной проводимостью могут принимать аудио сигнал и соответственно передавать на выход электрические сигналы 2424 и 2415 поддиапазонов.
В некоторых вариантах, в одной и той же полосе частот, электрический сигнал поддиапазона с выхода акустико-электрического преобразователя с костной проводимостью может быть использован для повышения отношения сигнал/шум (signal-to-noise ratio (SNR)) электрических сигналов поддиапазонов, формируемых акустико-электрическим преобразователем с воздушной проводимостью. Например, электрический сигнал 2422 поддиапазона, генерируемый акустико-электрическим преобразователем 2416 с воздушной проводимостью, может быть наложен на электрический сигнал 2424 поддиапазона, генерируемый акустико-электрическим преобразователем 2418 с костной проводимостью. Электрический сигнал 2424 может иметь более высокое отношение SNR по сравнению с электрическим сигналом 2422 поддиапазона. Электрический сигнал 2423 поддиапазона, генерируемый акустико-электрическим преобразователем 2417 с воздушной проводимостью, может быть наложен на электрический сигнал 2425 поддиапазона, генерируемый акустико-электрическим преобразователем 2419 с костной проводимостью. Электрический сигнал 2425 может иметь более высокое отношение SNR по сравнению с электрическим сигналом 2423 поддиапазона.
В некоторых вариантах, акустико-электрический преобразователь 2401 с воздушной проводимостью может быть использован для дополнения полосы частот, которая не может быть охвачена электрическими сигналами поддиапазонов с выхода акустико-электрического преобразователя 2402 с костной проводимостью.
На фиг. 25 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая пример процедуры модуляции сигнала согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Как показано на фиг. 25, электрический сигнал поддиапазона может иметь огибающую 2501 в частотной области.
Каждый электрический сигнал поддиапазона можно рассматривать в качестве сигнала (называемого также модуляционным сигналом), имеющего огибающую в частотной области (каковая является такой же, как огибающая 2501 в частотной области), которая модулирует соответствующий сигнал с центральной частотой в качестве несущей для переноса на центральную частоту 2502. Иными словами, электрический сигнал поддиапазона может содержать две части. Одна часть представляет собой сигнал, имеющий огибающую в частотной области, (которая является такой же, как огибающая 2501 в частотной области) в качестве модуляционного сигнала, а другая часть представляет собой сигнал, имеющий центральную частоту (которая является такой же, как центральная частота 2502) в качестве несущей.
s
Главная информация электрического сигнала поддиапазона сконцентрирована в указанной огибающей в частотной области. Поэтому, когда осуществляется дискретизация электрического сигнала поддиапазона, необходимо обеспечить эффективную дискретизацию этой огибающей частотной области, так что частота дискретизации должна быть не менее чем в 2 раза больше ширины полосы частот электрического сигнала поддиапазона. После дискретизации второй сигнал, имеющий некоторую частоту, (которая является такой же, как центральная частота 2502) может быть использован в качестве несущей для восстановления электрического сигнала поддиапазона. Таким образом, дискретизацию электрического сигнала поддиапазона можно осуществлять с использованием полосового дискретизирующего модуля. В частности, частота дискретизации может быть не менее чем в 2 раза больше ширины полосы частот и не более чем в 4 раза больше этой ширины полосы. Частоту f дискретизации устанавливают в соответствии с Уравнением (34) следующим образом:
…(34),
B
где f обозначает ширину полосы частот электрического сигнала поддиапазона, и
…(35),
0
2
1
где f обозначает центральную частоту электрического сигнала поддиапазона и r обозначает наибольшее целое число меньше r.
Для реализации различных модулей блоков и их функциональных возможностей, описываемых в настоящем изобретении, компьютерные аппаратные платформы могут быть использованы в качестве аппаратных платформ для одного или нескольких рассматриваемых здесь элементов. Для реализации персонального компьютера (personal computer (PC)), либо рабочей станции или терминала какого-либо другого типа может быть использован компьютер, имеющий элементы интерфейса пользователя. Компьютер может также действовать в качестве сервера, если будет должным образом запрограммирован.
Имея описанные таким способом базовые концепции, для специалистов в рассматриваемой области станет, после прочтения этого подробного описания, понятно, что это приведенное выше описание предназначено служить только примерами и не является исчерпывающим. Здесь возможны разнообразные изменения, усовершенствования и модификации, понятные специалистам, хотя и не представленные здесь в явном виде. Эти изменения, усовершенствования и модификации предполагаются настоящим описанием и находятся в пределах смысла и объема примеров вариантов настоящего изобретения.
Более того, для описания вариантов настоящего изобретения была использована определенная терминология. Например, термины «один вариант», «какой-либо из вариантов» и/или «некоторые варианты» означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описываемые в связи с рассматриваемым вариантом, входят по меньшей мере в один вариант настоящего изобретения. Поэтому, подчеркивается и должно быть понятно, что две или более ссылки на «какой-либо вариант» или «один вариант» или «альтернативный вариант» в различных частях настоящего описания не обязательно все относятся к одному и тому же варианту. Более того, возможна комбинация конкретных признаков, структур или характеристик подходящим образом в одном или нескольких вариантах настоящего изобретения.
Кроме того, специалист в рассматриваемой области должен понимать, что аспекты настоящего изобретения могут быть иллюстрированы и описаны здесь в любом из ряда патентуемых классов или в контексте, содержащем какие-либо новые и процесс, машину, способ изготовления или композицию вещества, либо какое-либо новое и полезное усовершенствование перечисленных факторов. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы полностью аппаратно, полностью программно (включая встроенное программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.п.), либо в виде комбинации аппаратуры и программного обеспечения, что может в общем случае называться здесь «блок», «модуль» или «система». Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, записанного на одном или нескольких читаемых компьютером носителях информации в виде читаемого компьютером программного кода.
Носитель читаемого компьютером сигнала может содержать распространяющийся сигнал данных, который несет программный код, например, в видеодиапазоне или в виде части волны несущей. Такой распространяющийся сигнал может принимать какую-либо из ряда форм, включая электромагнитную, оптическую или какую-либо другую форму, либо комбинацию различных форм. Читаемый компьютером носитель сигнала может представлять собой какой-либо читаемый компьютером носитель, который не является читаемым компьютером носителем для хранения информации и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования посредством или в соединении с системой, аппаратурой или устройством для исполнения команд. Программный код, помещенный на читаемый компьютером носитель сигнала, может быть передан с использованием какого-либо подходящего носителя (среды), включая беспроводную линию, проводную линию, оптоволоконный кабель, радиоволны или другой подобный носитель, либо какую-либо подходящую комбинацию таких носителей.
Компьютерный программный код, который может нести операции для аспектов настоящего изобретения, может быть записан на какой-либо комбинации одного или нескольких языков программирования, включая объектно-ориентированные языки программирования, такие как Java, Scala, Smalltalk, Eiffel, JADE, Emerald, C++, C#, VB. NET, Python или другие подобные языки, обычные процедурные языки программирования, такие как язык программирования "C", языки Visual Basic, Fortran 2003, Perl, COBOL 2002, PHP, ABAP, языки динамического программирования, такие как Python, Ruby и Groovy, или другие языки программирования. Программный код может быть выполнен целиком на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, в качестве автономного программного пакета, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или целиком на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя по сети какого-либо типа, включая локальную сеть связи (local area network (LAN)) или крупномасштабную сеть связи (wide area network (WAN)), или соединение может быть сделано с внешним компьютером (например, через Интернет с использованием Интернет-провайдера), или в облачной компьютерной среде или предоставлено в виде сервиса, такого как «Программное обеспечение как услуга» (Software as a Service (SaaS)).
Кроме того, приведенный здесь порядок или последовательности обработки элементов, или использование номеров, букв или других обозначений, не имеют целью ограничивать заявляемые процедуры и способы каким-либо порядком за исключением того, которой может быть специфицирован в Формуле изобретения. Хотя приведенное выше описание обсуждает, на различных примерах, что именно на текущий момент считается совокупностью полезных вариантов изобретения, должно быть понятно, что такие подробности предназначены лишь для этой цели и что прилагаемая Формула изобретения не исчерпывается описанными вариантами, а напротив предназначена охватывать модификации и конфигурации, находящиеся в пределах смысла и объема описываемых вариантов. Например, хотя различные компоненты, описываемые выше, могут быть реализованы в аппаратуре, они могут быть также выполнены в виде чисто программного решения, например, инсталлированного на существующем сервисе или мобильном устройстве.
Аналогично, должно быть понятно, что в приведенном выше описании вариантов настоящего изобретения, разнообразные признаки иногда сгруппированы вместе в одном варианте, на чертеже или в описании для целей упрощения описания и способствования пониманию одного или нескольких различных вариантов. Способ, изложенный в описании, однако, не следует интерпретировать как отражающий намерение, что заявляемый предмет изобретения требует больше признаков, чем в явном виде указано в каждом пункте Формулы изобретения. Напротив, заявляемый предмет изобретения может быть заключен в меньшем числе признаков, чем все признаки одного описываемого выше варианта.