Способ высокоэргономичной визуализации (сурдоперевода) звука и устройство для его осуществления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(СУРДОПЕРЕВОДА) ЗВУКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Павловский Сергей Анатольевич(72) Автор Павловский Сергей Анатольевич(73) Патентообладатель Павловский Сергей Анатольевич(57) 1. Способ визуализации звука, характеризующийся тем, что осуществляют фильтрацию гармоник звукового сигнала путем параллельного преобразования Фурье и отображают на экране оптические образы выделенных гармоник в виде логарифмической 18030 1 2014.02.28 спирали пропорционально 2 в степени /2, где- угловая координата относительно центра экрана, выраженная в долях длины окружности, причем фильтрацию гармоник осуществляют путем перемножения амплитуды звукового сигнала на выделенные по частоте синусоидальные сигналы, соответствующие количеству визуализируемых на экране гармоник с последующим интегрированием, а оптические образы выделенных гармоник отображают на экране в виде размытых, накладывающихся друг на друга секторов. 2. Устройство для визуализации звука способом по п. 1, характеризующееся тем, что содержит источники звуковых сигналов, соединенные с соответствующими входами многоканального усилителя, формирователь цвета в виде трех управляемых микшерных многоканальных каскадов, входами соединенный с соответствующими выходами многоканального усилителя, а выходами - со входами перемножителей по количеству выделяемых гармоник звукового сигнала, задатчики синусоидальных сигналов по количеству визуализируемых выделенных гармоник звукового сигнала, выходами соединенные с соответствующими входами перемножителей, интеграторы, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами перемножителей, и экран с трехцветными секторами, соответствующими суммируемым гармоникам с выходов интеграторов, причем каждый из секторов выполнен в виде дискретных точек, плотность которых на единицу площади экрана плавно снижается по краям, а центры максимальной плотности секторов расположены по логарифмической спирали относительно центра экрана пропорционально 2 в степени /2, где- угловая координата относительно центра экрана, выраженная в долях длины окружности. Изобретение относится к технике визуального контроля звуковых сигналов и может использоваться для анализа музыкальной гармонии, для усиления эмоционального воздействия музыки на слушателя, при создании светомузыкальных инструментов, как устройство автоматического сурдоперевода звука. Широко известны способы анализа мгновенного спектра, которые так же, как заявляемый способ, включают параллельные преобразования Фурье во всем диапазоне частот исследуемых сигналов и отображение на экране параметров выделенных гармонических составляющих 1. К недостаткам известных способов следует отнести невозможность использования их в качестве автоматических сурдопереводчиков звука. Известены способ и устройство, в которых преобразование Фурье осуществляют последовательной модуляцией интенсивности светового потока звуковым сигналом и синусоидальным колебанием, частоту которого изменяют в плоскости, перпендикулярной к световому потоку, по логарифмической спирали пропорционально 2 в степени , гдеугловая координата относительно оси светового потока, выраженная в долях длины окружности 2. Недостаток известных способа и устройства, предназначенных для анализа музыкальной гармонии, заключается в сложности изготовления большого количества синусоидальных модуляторов, а также в неприемлемости их для качественного сурдоперевода звука из-за абсолютной привязки к частотам музыкальных нот. Задачей изобретения является упрощение способа мгновенного спектрального анализа и расширение области его применения, например, для автоматического сурдоперевода звука. Технический результат изобретения заключается в уходе от оптико-механического способа модуляции, при этом воссоздаются интегрирующие способности органов зрения,использованием компьютера или электронных схем, за счет этого на экран выводятся одни лишь центральные точки (точнее центростремительные штрихи) вращающихся трафаретов прототипа 2, которые увеличиваются до размеров размытых, накладывающихся друг на друга секторов, что, в свою очередь, избавляет от неестественного ощущения привязки человеческого слуха к музыкальным нотам, при которой малейшее отклонение от 2 18030 1 2014.02.28 нот вызывает изображение вращающихся полос. Необходимо отметить, что число выводимых на экран секторов-гармоник неограниченно возрастает и дает дополнительно качественный скачок в ощущении сурдоперевода звука. Известены способ и устройство, отличающиеся тем, что выводимые по спирали оптические образы звуковых гармоник делают за октаву вместо двух витков один 3. 1. Способ визуализации звука, характеризующийся тем, что осуществляют фильтрацию гармоник звукового сигнала путем параллельного преобразования Фурье и отображают на экране оптические образы выделенных гармоник в виде логарифмической спирали, пропорционально 2 в степени /2, где- угловая координата относительно центра экрана,выраженная в долях длины окружности, причем фильтрацию гармоник осуществляют путем перемножения амплитуды звукового сигнала на выделенные по частоте синусоидальные сигналы, соответствующие количеству визуализируемых на экране гармоник с последующим интегрированием, а оптические образы выделенных гармоник отображаются на экране в виде размытых, накладывающихся друг на друга секторов. 2. Устройство для визуализации звука способом по п. 1, характеризующееся тем, что содержит источники звуковых сигналов, соединенные с соответствующими выходами многоканального усилителя, формирователь цвета в виде трех управляемых микшерных многоканальных каскадов, входами соединенный с соответствующими выходами многоканального усилителя, а выходами - со входами перемножителей по количеству выделяемых гармоник звукового сигнала, задатчики синусоидальных сигналов по количеству визуализируемых выделенных гармоник звукового сигнала, выходами соединенные с соответствующими входами перемножителей, интеграторы, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами перемножителей, и экран с трехцветными секторами, соответствующими суммируемым гармоникам с выходов интеграторов, причем каждый из секторов выполнен в виде дискретных точек, плотность которых на единицу площади экрана плавно снижается по краям, а центры максимальной плотности секторов расположены по логарифмической спирали относительно центра экрана пропорционально 2 в степени /2, где- угловая координата относительно центра экрана, выраженная в долях длины окружности. На фигуре показана структурная схема устройства визуализации звука. Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, содержащего источники 1 звуковых сигналов, многоканальный усилитель 2, формирователь 3 цвета,перемножители 4, задатчики 5 синусоидальных колебаний, интеграторы 6, экран 7. Многоканальный усилитель 2 усиливает подаваемые на его входы сигналы с выбранными для каждого вручную коэффициентами усиления и подает их на входы формирователей 3 цвета. В многоканальном усилителе 2 для пропорционального ограничения всех сигналов при превышении любым из них заданного уровня применена система автоматического регулирования усиления. Формирователи 3 цвета состоят из трех микшерных каскадов, в которых входные сигналы смешиваются с вручную выбранными значениями от максимального противофазного до максимального синфазного. С выхода формирователя 3 цвета сигналы трех цветовых составляющих поступают на перемножители 4. На перемножители 4 также поступают сигналы с задатчиков 5 синусоидальных колебаний по числу отображаемых гармоник. С выходов перемножителей 4 сигналы поступают на интеграторы 6. С выходов интеграторов 6 сигналы поступают на экран 7 (монитора или другого видеопроекционного устройства). Каждому из трех (красный, зеленый и синий) выходов интеграторов 6 соответствует трехцветный сектор (гармоника) из дискретных точек экрана 7, плотность которых на единицу площади экрана 7 плавно снижается по краям. При этом центры максимальной плотности секторов-гармоник расположены по логарифмической спирали относительно центра экрана 7 пропорционально 2 в степени /2,где- угловая координата, выраженная в долях длины окружности, т.е. за каждые 2 витка спирали частота гармоники увеличивается на октаву. 3 18030 1 2014.02.28 Автором устройство реализовано в виде программыдля стандартного мультимедийного -совместимого компьютера. При этом с одним источником звука визуализация осуществляется плавно изменяющими цвет секторами-гармониками (от синежелтых к пурпурно-зеленым, затем красно-голубым и т.д. по кругу) на сером фоне экрана. Цвет меняется только для вновь возникающих сигналов, старые гармоники сохраняют цвет до падения их уровня, сравнимого с уровнем шума. Для повышения производительности используется способность видеоплаты компьютера поддерживать режим 256 цветов с разрешением 800 пикселов на 600 строк с управлением палитрой множества точек, при этом создаются сектора-гармоники со средней дискретностью через 10 Гц (что достаточно для анализа звукового сигнала в диапазоне от 100 до 2600 Гц). В результате все точки изображения выводятся один раз с одинаковым серым цветом при запуске программы, а цвет каждого сектора-гармоники управляется палитрой. Размытость краев секторов достигается за счет плавного уменьшения плотности точек изображения на единицу площади экрана. Накладывающиеся друг на друга сектора изображения гармоник касаются в центре экрана размытого круга, интенсивность цвета которого пропорциональна суммарной амплитуде звукового сигнала. В качестве интеграторов используется одна ячейка памяти на одну гармонику визуализации, значение которой периодически уменьшается при отсутствии во входном сигнале соответствующей ей гармонической составляющей. Программа осуществляет псевдопараллельное преобразование Фурье с частотой около 25 кадров в секунду. В силу высокой скорости обработки звука создается впечатление изображения кратковременных напряжений внутреннего уха человека, пропорционально и синхронно с подаваемым звуком, чем и обуславливается ощущение сурдоперевода звука. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4