УСИЛИТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники
Полезная модель относится к аналоговой звукотехнике, в частности к двухканальным звуковоспроизводящим устройствам, выполненным по монолитной, дискретной или смешанной технологиям.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства.
Поставленная цель достигается введением возможности высококачественного прослушивания аудиопрограмм посредством головных телефонов, что обеспечивается обработкой и регулированием входного сигнала устройства, включающими компенсацию специфических искажений, регулирование громкости, тембра и стереобаланса звучания, а также согласованием выходного сигнала с телефонной нагрузкой, для чего к выходам каналов усиления подключен блок согласования и коммутации нагрузки, при этом к входам каналов усиления подключены выходы идентичных каналов преобразования, составляющих блок обработки и регулирования, каждый канал преобразования содержит последовательно соединенные входной блок, вход которого является одним из двух входов блока обработки и преобразования, и корректор АЧХ, далее сигнал подается на первый вход сумматора, с выхода сумматора сигнал подается на тонкомпенсированный регулятор громкости, далее на регулятор тембра, а затем на один их двух входов сдвоенного регулятора стереобаланса, выходы которого образуют выходы каналов преобразования, помимо этого к выходу входного блока каждого из каналов преобразования подключен блок задержки, с выхода которого сигнал подается на вход фильтра нижних частот, далее сигнал поступает на второй вход сумматора другого канала преобразования, при этом регуляторы громкости и тембра одного канала преобразования перестраиваются синхронно с ответствующими регуляторами другого канала преобразования, а регулятор стереобаланса содержит общие для обоих каналов преобразования перестраиваемые элементы, помимо этого к входам блока обработки и регулирования подключен двунаправленный двухпозиционный переключатель, позволяющий исключить оба канала преобразования из схемы и подать входные сигналы устройства непосредственно на входы каналов усиления.
Описание аналога
Известно усилительное устройство, содержащее два идентичных канала усиления, каждый из которых образован первым усилителем канала, вход которого является входом канала, а выход - неинвертирующим выходом канала, при этом усилитель нагружен на четыре громкоговорителя, которые попарно началами своих звуковых катушек подключены к выходам каналов, другие выводы катушек в каждой паре громкоговорителей подключены один к общему проводу, другой - к свободному выводу громкоговорителя из другой пары [1, с. 209, рис. 7.5].
Указанный вариант подключения нагрузки, состоящей из четырех громкоговорителей, реализует так называемый декодер «Псевдоквадрафонии». При этом на входы двухканального устройства подаются два комплексных сигнала, в которых суммарно-разностным образом закодированы сигналы четырех каналов звукопередачи: левого, правого, центрального и окружения. Подключение указанным способом к двум выходам устройства четырех громкоговорителей позволяет разложить комплексные сигналы на четыре первоначальные составляющие, чем ограничивается область его применения в помещениях небольшого объема или в замкнутом пространстве салона автомобиля.
Описание прототипа
Известно усилительное устройство, содержащее два идентичных канала усиления, на входе каждого из каналов расположен фазоинвертор, вход которого образует вход канала усиления, к неинвертирующему выходу фазоинвертора подключен вход первого усилителя канала, а к инвертирующему - вход второго усилителя канала, причем выход первого усилителя каждого из каналов образует неинвертирующий выход канала усиления, а выход второго усилителя образует инвертирующий выход канала усиления [2 - прототип].
В качестве нагрузки известного устройства могут использоваться различные варианты подключения громкоговорительной нагрузки, от одного громкоговорителя, реализующего схему двойного моста при работе с тождественными входными сигналами, до восьми реализующих двойной декодер «Псевдоквадрафонии».
Критика прототипа
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относятся ограниченные функциональные возможности, не исчерпывающие пользовательские потребности при современном разнообразии комплектаций нагрузок звуковоспроизводящих систем, в частности, возможность прослушивание аудиопрограмм через головные телефоны, что, в свою очередь, требует обработки, регулирования и согласования сигналов.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей устройства.
Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении полезной модели технического результата, который заключается во введении возможности высококачественного прослушивания аудиопрограмм посредством головных телефонов, что обеспечивается обработкой и регулированием входного сигнала устройства, включающими компенсацию специфических искажений, регулирование громкости, тембра и стереобаланса звучания, а также согласованием выходного сигнала с телефонной нагрузкой.
Указанный технический результат достигается тем, что к выходам каналов усиления подключен блок согласования и коммутации нагрузки, при этом к входам каналов усиления подключены выходы идентичных каналов преобразования, составляющих блок обработки и регулирования, каждый канал преобразования содержит последовательно соединенные входной блок, вход которого является одним из двух входов блока обработки и преобразования, и корректор АЧХ, далее сигнал подается на первый вход сумматора, с выхода сумматора сигнал подается на тонкомпенсированный регулятор громкости, далее на регулятор тембра, а затем на один их двух входов сдвоенного регулятора стереобаланса, выходы которого образуют выходы каналов преобразования, помимо этого к выходу входного блока каждого из каналов преобразования подключен блок задержки, с выхода которого сигнал подается на вход фильтра нижних частот, далее сигнал поступает на второй вход сумматора другого канала преобразования, при этом регуляторы громкости и тембра одного канала преобразования перестраиваются синхронно с соответствующими регуляторами другого канала преобразования, а регулятор стереобаланса содержит общие для обоих каналов преобразования перестраиваемые элементы, помимо этого к входам блока обработки и регулирования подключен двунаправленный двухпозиционный переключатель, позволяющий исключить оба канала преобразования из схемы и подать входные сигналы устройства непосредственно на входы каналов усиления.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна».
Перечень фигур чертежей
На фигуре представлена структурная схема усилительно-преобразовательного устройства. На схеме фигуры приняты следующие обозначения: 1 - первый канал усиления; 2 - фазоинвертор первого канала усиления; 3 - первый усилитель первого канала усиления; 4 - второй усилитель первого канала усиления; 5 - неинвертирующий выход первого канала усиления; 6 - инвертирующий выход первого канала усиления; 7 - второй канал усиления; 8 - фазоинвертор второго канала усиления; 9 - первый усилитель второго канала усиления; 10 - второй усилитель второго канала усиления; 11 - неинвертирующий выход второго канала усиления; 12 - инвертирующий выход второго канала усиления; 13 - блок согласования и коммутации нагрузки; 14 - двунаправленный двухпозиционный переключатель; 15 - первый канал преобразования; 16 - входной блок первого канала преобразования; 17 - корректор АЧХ первого канала преобразования; 18 - сумматор первого канала преобразования; 19 - тонкомпенсированный регулятор громкости первого канала преобразования; 20 - регулятор тембра первого канала преобразования; 21 - блок задержки первого канала преобразования; 22 - фильтр нижних частот первого канала преобразования; 23 - второй канал преобразования; 24 - входной блок второго канала преобразования; 25 - корректор АЧХ второго канала преобразования; 26 - сумматор второго канала преобразования; 27 - тонкомпенсированный регулятор громкости второго канала преобразования; 28 - регулятор тембра второго канала преобразования; 29 - блок задержки второго канала преобразования; 30 - фильтр нижних частот второго канала преобразования; 31 - двухканальный регулятор стереобаланса.
При этом регуляторы громкости и тембра одного канала преобразования перестраиваются синхронно с ответствующими регуляторами другого канала преобразования, а регулятор стереобаланса содержит общие для обоих каналов преобразования перестраиваемые элементы.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
На фигуре представлена структурная схема предлагаемого устройства, обладающего универсальностью в отношении подключения нагрузки в двухканальном режиме усиления.
Устройство содержит два идентичных канала 1 и 7 усиления, на входе каждого из каналов расположены фазоинверторы 2 и 8, входы которых образуют входы каналов усиления, к неинвертирующим выходам фазоинверторов подключены соответственно входы первых усилителей 3 и 9 каналов, а к инвертирующим выходам фазоинверторов - входы вторых усилителей 4 и 10 каналов, причем выходы первых усилителей каждого из каналов образует неинвертирующие выходы 5 и 11 каналов усиления, а выходы вторых усилителей образуют инвертирующие выходы 6 и 12 каналов усиления.
Наличие двух выходов в каждом канале усиления позволяет реализовать большое число вариантов подключения громкоговорительной нагрузки. Общая нагрузка каналов может включать от одного громкоговорителя, реализующего схему двойного моста при работе каналов усиления с тождественными входными сигналами, до восьми громкоговорителей, реализующих двойной декодер «Псевдоквадрафонии». Для реализации различных вариантов подключения громкоговорительной нагрузки требуется лишь изменение коммутации всех четырех выходов каналов усиления между собой и нагрузкой.
При воспроизведении стереопрограмм посредством громкоговорителей каждое ухо слушателя получает информацию как от левого, так и от правого громкоговорителей. Причем к левому уху сигнал от правого громкоговорителя приходит позже, чем сигнал от левого громкоговорителя, к правому же уху - позже приходит сигнал от левого громкоговорителя. Кроме задержки во времени, сигналы от правого и левого громкоговорителей, воспринимаемые соответственно правым и левым ушами, из-за эффекта дифракции (экраном является голова слушателя) претерпевают и амплитудно-частотные изменения.
Прослушивание аудиопрограмм посредством головных телефонов имеет ряд неоспоримых достоинств: они обеспечивают разделение каналов воспроизведения, акустическую изоляцию от вторичного поля и располагаются наиболее близко к барабанным перепонкам. Таким образом, введение возможности использования головных телефонов при прослушивании аудиопрограмм расширит область применения известного устройства.
Однако при прослушивании посредством головных телефонов каждое ухо слушателя получает сигнал только одного стереоканала, изолированный от другого, что приводит к нарушению стереоэффекта и не позволяет получить естественное звучание воспроизводимой аудиопрограммы. Возникает впечатление бесконечной ширины стереобазы и четкая локализация звукового изображения внутри головы слушателя.
Для обеспечения устранения вышеизложенных явлений, возникающих при прослушивании стереопрограмм посредством головных телефонов, предлагается использовать частичное подмешивание сигналов между стереоканалами и их различную обработку блоком обработки и регулирования, в который полезно ввести возможность регулирования громкости, тембра и стереобаланса сигналов.
Введенный в схему устройства блок обработки и регулирования содержит два идентичных канала 15 и 23 преобразования. Выходной сигнал каждого канала представляет собой сумму ослабленного и скорректированного собственного сигнала и задержанного по времени и скорректированного сигнала другого канала. Каналы преобразования содержат последовательно соединенные входные блоки 16 и 24, корректоры 17 и 25 АЧХ, выходные сигналы которых подаются на первые входы сумматоров 18 и 26, с выходов сумматоров сигналы подаются на тонкомпенсированные регуляторы 19 и 27 громкости, далее - на регуляторы 20 и 28 тембра, а затем - на один их двух входов сдвоенного регулятора 31 стереобаланса, выходы которого образуют выходы каналов преобразования, помимо этих блоков к выходу входного блока каждого из каналов преобразования подключены входы блоков 21 и 29 задержки, далее сигналы подаются на входы фильтров 22 и 30 нижних частот, выходные сигналы которых поступают на вторые входы сумматоров другого канала преобразования, при этом регуляторы громкости и тембра каналов перестраиваются синхронно друг с другом, а регулятор стереобаланса содержит общие для обоих каналов перестраиваемые элементы.
Для возможности исключения из тракта блока обработки и регулирования и перехода к работе устройства на громкоговорительную нагрузку введен двунаправленный двухпозиционный переключатель 14, подключенный к входам каналов 15 и 23 преобразования. Переключатель 14 позволяет подать входные сигналы устройства либо на входы блока обработки и регулирования (нижнее положение сдвоенного подвижного контакта переключателя), либо на входы каналов 1 и 7 усиления (верхнее положение сдвоенного подвижного контакта переключателя).
Введенный блок 13 согласования и коммутации нагрузки позволяет осуществить согласованную по уровню и сопротивлению работу устройства с различными типами головных телефонов, требующих различные условия согласования и типы разъемов.
При использовании телефонов, имеющих балансный (симметричный) разъем, один из телефонов, составляющих пару, подключается между неинвертирующим и инвертирующим согласованными выходами одного канала, другой телефон - другого канала. Разъемы телефонов также подключаются к общему для каналов усиления проводу.
При использовании головных телефонов с небалансными разъемами доступно совместное прослушивание аудиопрограмм двумя слушателями одновременно. Одна пара телефонов подключается между инвертирующим согласованным выходом первого канала 1 усиления и инвертирующим согласованным выходом второго канала 7 усиления, причем концами звуковых катушек. Вторая пара - между неинвертирующим согласованным выходом первого канала 1 усиления и неинвертирующим согласованным выходом второго канала 7 усиления, причем началами звуковых катушек.
При отключении блока обработки и регулирования с помощью переключателя 14, переводом его сдвоенного подвижного контакта в верхнее положение, громкоговорительная
Из вышеизложенного очевидно, что введение блока согласовании и коммутации нагрузки, блока обработки и регулирования, а также двунаправленного двухпозиционного переключателя позволит использовать устройство для прослушивания аудиопрограмм через головные телефоны, чем расширить его функциональные возможности.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих условий:
- устройство, воплощающие заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в аналоговой звукотехнике, в частности, в двухканальных звуковоспроизводящих устройствах, выполненных по монолитной, дискретной или смешанной технологиям.
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Литература
1. Шихатов А.И. Концертный зал на колесах. - М.: МДК Пресс, 2000. - 272 с.: ил. (рис. 7.5, с. 209).
2. Патент РФ на полезную модель №164500 (RU 164500 U1). МПК H03F 3/181 (2006.01). Заявка №2015151781/08, 02.12.2015. Опубликовано: 10.09.2016, Бюл. №25.