Способ оптимальной передачи сообщений любой физической природы, например, способ оптимального звуковоспроизведения и система для его осуществления, способ оптимального, пространственного, активного понижения уровня сигналов любой физической природы
Реферат
Изобретение используется в радиотехнике. Способ оптимальной передачи сообщений заключается в преобразовании сообщений в электрические сигналы источника сообщений, согласованной фильтрации электрических сигналов источника, их усилении, преобразовании электрических сигналов в сигналы той же физической природы, передаче этих сигналов через канал со случайными параметрами в точку приема сообщений, приеме и преобразовании сигнала в принятый электрический сигнал, передаче этого сигнала к месту обработки, обработке электрических сигналов источника сообщений и принятого электрического сигнала, формировании управляющих согласованной фильтрацией сигналов и дополнительных электрических сигналов для активного шумопонижения, которые усиливают, преобразуют в сигналы той же физической природы и излучают в канал со случайными параметрами до точки приема сообщений. Частным случаем предлагаемого способа являются способ оптимального звуковоспроизведения и способ оптимального пространственного активного понижения уровня сигналов любой физической природы. Система содержит источник сигнала и канал звуковоспроизведения в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, блока обработки сигналов и линии связи. Блок обработки сигналов выполнен с возможностью формирования на его выходе дополнительных сигналов для активного шумопонижения. Изобретение повышает точность передачи информации. 4 с. и 15 з.п.ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к кибернетике и может быть использовано, например, в радиотехнике.
Предшествующий уровень техники Известен способ передачи сообщений в канале со случайными параметрами, например в радиоканале, заключающийся в обработке принимаемых сигналов с использованием корреляционных методов. Недостаток способа в том, что требуется знание многомерных законов распределения или корреляционных функций, описывающих сообщение и помехи. Способ применим для сообщений и помех, поддающихся математическому моделированию в виде стационарных случайных процессов. Известен способ звуковоспроизведения и система для его осуществления, заключающийся в согласованной фильтрации электрического сигнала источника, усилении, преобразовании усиленного электрического сигнала источника в звуковой сигнал, его излучении, приеме и преобразовании в точке прослушивания совокупного звукового сигнала - прямых и переотраженных звуковых волн излученного сигнала источника, а также звуковых волн помех и шумов в электрический сигнал прослушивания, передаче принятого электрического сигнала к месту его обработки, обработке электрических сигналов источника и прослушивания, формировании управляющих согласованной фильтрацией сигналов (RU, A 2038704). Данный способ звуковоспроизведения позволяет повысить точность воспроизведения сигнала в точке прослушивания за счет автоматических предыскажений амплитудно-частотных параметров сигнала источника в соответствии с искажениями амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала передачи звуковой информации. Недостатки: 1) способ и система позволяют осуществлять шумопонижение только на частотах и в моменты времени звуковоспроизведения сигналов; 2) система для осуществления способа должна комплектоваться источником сигнала с нормированными выходными характеристиками; 3) система не позволяет осуществлять корректирование фазочастотной характеристики (ФЧХ) сигнала; 4) система не позволяет получать локализацию звуков в окружающем слушателя пространстве с правдоподобным эффектом "объемного" звучания; 5) система не позволяет осуществлять индивидуальную коррекцию амплитудно-частотной характеристики, фильтрацию помех и шумов источника сигнала в режиме автоматической оптимизации звуковоспроизводимых сигналов. Раскрытие изобретения В основу настоящего изобретения положена задача создать такие способы и системы для их осуществления, которые позволяют повысить точность передачи информации в канале со случайными параметрами, например повысить качество звуковоспроизведения с учетом помех и шумов, изменения формы, объема, акустических свойств помещения, местоположения громкоговорителей, местоположения точки прослушивания, ориентации в точке прослушивания головы слушателя, искажений в источнике сигнала, особенностей слухового восприятия звуковых давлений частот, несовершенства АЧХ и ФЧХ усилителей низкой частоты и громкоговорителей, и, таким образом, понизить среднеквадратическое отклонение (СКО) сигнала в системе, например, повысить эффективность шумопонижения в точке прослушивания, точно корректировать громкость, сбалансированность, амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики звуковоспроизводимого в точке прослушивания сигнала, расширить зону действия эффекта "объемного" звучания и повысить точность локализации звуков по отношению к слушателю. Поставленная задача решается тем, что в известном способе звуковоспроизведения, заключающемся в согласованной фильтрации электрического сигнала источника, усилении, преобразовании усиленного электрического сигнала источника в звуковой сигнал, его излучении, приеме и преобразовании в точке прослушивания совокупного звукового сигнала - прямых и переотраженных звуковых волн излученного сигнала источника, а также звуковых волн помех и шумов в электрический сигнал прослушивания, передача принятого электрического сигнала к месту его обработки, обработке электрических сигналов источника и прослушивания, формировании управляющих согласованной фильтрацией сигналов, согласно изобретению формируют дополнительные электрические сигналы для активного шумопонижения, которые усиливают, преобразуют в звуковые сигналы и излучают до точки приема совокупного звукового сигнала. Поставленная задача решается тем, что в известной системе звуковоспроизведения, содержащей источник сигнала и канал звуковоспроизведения, выполненный в виде усилителя низкой частоты и громкоговорителя, связанных последовательно, зондирующего устройства, блока обработки сигналов, выполненного с возможностью согласованной фильтрации сигнала источника, линии связи, при этом выход зондирующего устройства посредством линии связи подключен к первому входу блока обработки сигналов, ко второму входу блока обработки сигналов подключен выход источника сигнала, а выход блока обработки сигналов связан со входом усилителя низкой частоты, согласно изобретению блок обработки сигналов выполнен с возможностью формирования на его выходе дополнительных сигналов для активного шумопонижения в точке установки зондирующего устройства. Возможны варианты реализации системы, чтобы: источник сигнала был выполнен с по крайней мере одним дополнительным выходом для многоканального звуковоспроизведения, дополнительно введен соответственно числу дополнительных выходов источника сигнала по крайней мере один дополнительный канал звуковоспроизведения, выполненный в виде дополнительного усилителя низкой частоты и дополнительного громкоговорителя, связанных последовательно, а также дополнительное зондирующее устройство, дополнительный блок обработки сигналов, выполненный с возможностью согласованной фильтрации сигнала источника и формирования дополнительных сигналов для активного шумопонижения, дополнительной линии связи, выход дополнительного зондирующего устройства посредством дополнительной линии связи подключен к первому входу дополнительного блока обработки сигналов, дополнительный выход источника сигнала подсоединен ко второму входу дополнительного блока обработки сигналов, выход дополнительного блока обработки сигналов связан с входом дополнительного усилителя низкой частоты; источник сигнала был выполнен с возможностью коммутации выходных сигналов для изменения порядка их подключения к каналам звуковоспроизведения; дополнительно был введен генератор сигнала, подключенный к третьему входу блока обработки сигналов; дополнительно был введен генератор сигнала, подключенный к третьему входу блока обработки сигналов и третьему входу дополнительного блока обработки сигналов; блок обработки сигналов, линия связи, зондирующее устройство, дополнительный блок обработки сигналов, дополнительная линия связи, дополнительное зондирующее устройство были функционально объединены в блок оптимальной обработки сигналов для поблочной комплектации системы; блок обработки сигналов и дополнительный блок обработки сигналов были выполнены в виде многоканального аналогово-цифрового преобразователя, ЭВМ с программным обеспечением и многоканального цифроаналогового преобразователя, связанных последовательно, при этом число входов аналогово-цифрового преобразователя в два раза больше, а число каналов цифроаналогового преобразователя равно числу каналов звуковоспроизведения; источник сигнала был выполнен с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах; источник сигнала был выполнен с возможностью шумопонижения; источник сигнала был выполнен с возможностью автоматического регулирования уровней его выходных сигналов; источник сигнала был выполнен с возможностью автоматического регулирования уровней и неавтоматического регулирования амплитудно-частотных характеристик сигналов на его выходах; источник сигнала был выполнен с возможностью регулирования уровней сигналов на его выходах для регулирования уровня громкости в точке прослушивания; зондирующее устройство и дополнительное зондирующее устройство или линия связи и дополнительная линия связи были выполнены с возможностью регулирования коэффициента передачи для регулирования уровня громкости в точке прослушивания; регулирование коэффициентов передач было выполнено тонкомпенсированным; блок обработки сигналов и дополнительный блок обработки сигналов были выполнены с возможностью автоматического регулирования амплитудно-частотных или фазочастотных характеристик со вторых входов на выходы блоков для оптимизации энергетических или временных параметров сигналов; блок обработки сигналов и дополнительный блок обработки сигналов были выполнены с возможностью автоматического регулирования амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик со вторых входов на выходы блоков для полнопараметрической оптимизации сигналов. Поставленная задача решается с помощью способа активного понижения уровня сигналов любой физической природы, заключающегося в приеме и преобразовании этих сигналов в электрический сигнал, передаче принятого электрического сигнала к месту его обработки, обработке электрического сигнала для активного понижения уровня сигнала, его усилении, преобразовании в сигнал той же физической природы и излучении до точки пространства приема сигналов. Поставленная задача решается тем, что в известном способе передачи сообщений в канале со случайными параметрами, заключающемся в преобразовании сообщений в электрические сигналы источника сообщений, согласованной фильтрации электрических сигналов источника, их усилении, преобразовании электрических сигналов в сигналы той же физической природы, передаче этих сигналов через канал со случайными параметрами в точку приема сообщений, приеме и преобразовании сигнала в принятый электрический сигнал, передаче принятого электрического сигнала к месту его обработки, обработке электрических сигналов источника сообщений и принятого электрического сигнала, формировании управляющих согласованной фильтрацией сигналов, согласно изобретению формируют дополнительные электрические сигналы для активного шумопонижения, которые усиливают, преобразуют в сигналы той же физической природы и излучают в канал со случайными параметрами до точки приема сообщений. В основу изобретения положены принципы согласованной фильтрации сигналов при передаче сообщений в канале со случайными параметрами и принцип согласованного с параметрами помех и шумов синтеза дополнительных сигналов, позволяющих осуществлять активное понижение уровня сигналов (т.е. этих шумов и помех) в точке приема сообщения. Режимы согласованной фильтрации и синтеза дополнительных сигналов обеспечиваются за счет использования обратной связи, например акустической и специальной обработки сигналов. В основе обработки сигналов лежит принцип последовательного осуществления процессов измерения текущих значений параметров сигналов и передачи сообщений в скорректированной на основании результатов анализа параметров сигналов форме. Указанные действия автоматизированы. В отличие от известных звуковоспроизводящих систем в предлагаемой системе оптимального звуковоспроизведения осуществляется оптимизация предыскажений - согласованная фильтрация сигналов источника и оптимизация параметров дополнительно синтезируемых сигналов. В результате звукоизлучения предыскаженных сигналов источника и дополнительно синтезированных сигналов в точке прослушивания звуковые колебания повторяют звуковые колебания первоисточников звуков с максимально возможной точностью, то есть оптимально. Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятны во время последующего рассмотрения приведенных ниже возможных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Краткое описание чертежей Фиг. 1 поясняет способ оптимального звуковоспроизведения. Фиг. 2 изображает функциональную схему одноканальной системы оптимального звуковоспроизведения. Фиг. 3 изображает функциональную схему многоканальной (стерео) системы оптимального звуковоспроизведения. Фиг. 4 изображает то же, что на фиг. 2, с дополнительным узлом - генератором сигналов. Фиг. 5 изображает то же, что на фиг. 3, с дополнительным узлом - генератором сигналов. Фиг. 6 - пример выполнения полнопараметрического блока обработки сигналов. Фиг. 7 поясняет принцип активного шумопонижения. Лучший вариант осуществления изобретения При звуковоспроизведении в специально неприспособленном помещении, например в жилой комнате, салоне автомобиля, каюте корабля и т.д., возникают искажения сигнала, вызванные рядом причин. Помещение звуковоспроизведения может иметь различную форму, объем и акустические свойства. Акустические свойства помещения могут изменяться, например положение штор, дверей или форточек может быть различным. В помещении слушатель может случайным образом разместить громкоговорители, а также произвольно выбрать место прослушивания и ориентацию головы в месте прослушивания. Вследствие указанных факторов в точке прослушивания появляются линейные искажения сигнала: частотные, фазовые и переходные. Частотные искажения являются следствием многолучевости прихода в точку прослушивания звуковых волн: прямых и переотраженных. Для различных частот в точке прослушивания может наблюдаться как увеличение громкости сигналов по отношению к громкости на других частотах при синфазном приходе волн, так и ослабление громкости при противофазном сложении колебаний прямых и переотраженных звуковых волн. В результате нарушаются реальные соотношения между амплитудами компонентов сложного колебания и изменяется спектр информационного сигнала. Субъективно данные искажения проявляются в ненатуральности звучания музыкальных сигналов, например появляются бубнящие с непропорционально высокой интенсивностью низкочастотные звуки, возникает разбалансированность в громкости звучания инструментов или вокала на отдельных нотах, речь становится неразборчивой. Неравномерность АЧХ сигнала в точке прослушивания может достигать порядка +- 1030 dB и более, что сравнимо с динамическим диапазоном большинства музыкальных сигналов. Фазовые искажения появляются в результате изменений временных задержек прихода звуковых колебаний между различными частотными компонентами сложного звукового сигнала. Например, находясь под различным углом к многополосной акустической системе (колонке) с пространственно разнесенными, например, низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным громкоговорителями, слушатель будет воспринимать звуковые колебания с различными фазовыми сдвигами в области низких, средних и высоких частот. В результате в точке прослушивания искажается форма звукового сигнала. Данные искажения в наибольшей степени заметны при пространственном разнесении громкоговорителей в салоне автомобиля. Субъективно искажения воспринимаются как запаздывания, например, низкочастотных компонентов, звук становится пространственно неопределенным. Наиболее заметное влияние на верность восприятия музыкальных сигналов фазочастотные искажения оказывают в многоканальных системах звуковоспроизведения. Искажения оказывают сильное отрицательное психофизиологическое, эмоциональное воздействие на слушателей с высокой музыкальной культурой или образованием, хорошим слухом и музыкальной памятью. Искаженное звуковоспроизведение раздражает слушателя несоответствием воспринимаемой "звуковой картины" хранящимся в его памяти образам реальных "звуковых картин", которые он получил обучаясь в музыкальной школе или посещая концертные выступления музыкантов. Систематическое прослушивание звуковых, музыкальных сигналов, имеющих сильные искажения, а также разочарование в нереалистичности воспроизведения звуков на дорогостоящей аппаратуре могут привести к заболеваниям нервной системы слушателя и стать причиной ухудшения слуховых, музыкальных и эстетических возможностей человека. Переходные искажения для помещения прослушивания принято определять временем реверберации, как интервал в течение которого общая энергия сигнала уменьшается в миллион раз против первоначальной величины при отсутствии другой звуковой энергии в этом пространстве. В процессе звуковоспроизведения в помещении прослушивания возможно появление вторичных помех и шумов. Например, при высокой громкости могут появляться вторичные помехи и шумы в виде дребезга стекол, посуды, декоративных панелей и других ненадежно закрепленных предметов. Возбуждаясь колебаниями полезных сигналов, эти предметы могут создавать дополнительные звуки, искажающие форму звукового сигнала в точке прослушивания. Кроме того, в помещении звуковоспроизведения могут присутствовать внешние по своей природе происхождения помехи и шумы, например шум с улицы, из-за стен смежных помещений, шумы отопительной или осветительной систем, шум работающего двигателя или других систем автомобиля и т.д. Уровень внешних шумов составляет порядка 30 - 70 dB, а в ряде случаев, например при езде на кабриолете, может достигать опасных для здоровья человека значений порядка 90 - 100 dB. Таким образом, помещение звуковоспроизведения как неотъемлемое звено любого тракта пространственно-звуковоспроизводящей системы вносит значительные искажения и ухудшает в целом качество звуковоспроизведения всей системы. Искажения, вносимые помещением, имеют случайную природу и обусловлены множеством случайных обстоятельств. Поэтому при математическом моделировании звуковые сигналы в точке прослушивания могут быть представлены как нестационарный, неэргодический, многомерный случайный процесс. При решении задачи оптимизации звуковоспроизведения необходимо учитывать искажения, вносимые всеми звеньями звуковоспроизводящего тракта: источник сигнала - усилитель низкой частоты - громкоговоритель - помещение - слушатель. В настоящее время созданы способы записи, записывающие устройства, носители информации и источники сигнала, уровень искажений которых соизмерим или даже меньше разрешающей способности человеческого слуха регистрировать эти искажения. Например, лучшие образцы проигрывателей компакт дисков (CD), созданные с использованием методов цифровой обработки сигналов, позволяют получать практически предельное качество сигналов на их выходе. Дальнейшее улучшение электрических параметров источников сигналов, например уменьшение нелинейных искажений ниже 0,01% или увеличение динамического диапазона свыше 120 dB, не имеет для человека практического смысла, поскольку эти улучшения становятся для слушателя незаметными. Основными направлениями усовершенствования источников сигналов и носителей информации являются миниатюризация конструкций, повышение экономичности, уменьшение массы, увеличение времени воспроизведения, улучшение эргономичности конструкций. Искажения, вносимые лучшими образцами усилителей низкой частоты, также малы. Дальнейшее улучшение электрических параметров лучших образцов усилителей низкой частоты становится практически незаметным на слух даже для экспертов из числа ведущих дирижеров оркестров, певцов и музыкантов с абсолютным слухом. Усилия разработчиков усилителей низкой частоты направлены в основном на увеличение КПД, уменьшение массогабаритных показателей, повышение надежности работы усилителей низкой частоты. Искажения, вносимые лучшими образцами громкоговорителей, существенно превышают уровень искажений, вносимых источником сигналов и усилителем низкой частоты. Для комплексного решения задачи оптимизации звуковоспроизведения необходимо учитывать и компенсировать искажения сигнала, возникающие во всех элементах тракта звуковоспроизведения. Комплексно не решив задачу оптимизации звуковоспроизведения, бессмысленно классифицировать качество бытовых звуковоспроизводящих систем, поскольку слушателю неважно в каком звене тракта звуковоспроизведения произошли искажения, а ему важно услышать звуковой сигнал, по форме отличающийся от первоисточника на гарантированную в соответствии с классом качества работы звуковоспроизводящей системы величину. Функциональный метод исследования естественных событий в области звуковоспроизведения и классификация звуковоспроизводящих систем, в соответствии с которыми в настоящее время осуществляется условное деление на группы (классы) звуковоспроизводящей аппаратуры по техническим (электрическим) показателям ее основных элементов, не годится для бытовых звуковоспроизводящих систем. Классификация качества звуковоспроизводящей аппаратуры только с учетом собственных электрических показателей блоков аппаратуры, показателей, характеризующих свойства и структуру блоков системы, не затрагивающих связей и отношений между блоками системы и внешним окружением, влияющим на процессы в системе, не вполне правомерна и вводит в заблуждение потребителя относительно реально осуществимого качества пространственного звуковоспроизведения в бытовых условиях эксплуатации аппаратуры. Очевидно, что с точки зрения слушателя определяющим параметром, например, амплитудно-частотных искажений должен быть норматив на неравномерность АЧХ сигнала в точке прослушивания как показатель, напрямую характеризующий качество звуковоспроизведения, а не нормативы на неравномерность АЧХ отдельных блоков и элементов в звуковоспроизводящей системы, таких как усилитель, громкоговоритель и т.д., являющиеся параметрами, косвенно определяющими качество звуковоспроизведения. Традиционный, функциональный подход к оценке качества звуковоспроизведения правомерен в соответствующих условиях, в специальных студийных условиях (в безэховых камерах). Другими словами, постоянные параметры качества можно применять по отношению к стационарным или в крайнем случае к квазистационарным процессам, когда дестабилизирующие факторы незначительно изменяют (искажают) звуковые сигналы и эти искажения не регистрируются (не ощущаются) человеком, а в системах со случайными, сильно изменяющимися параметрами необходимо использовать иные принципы выбора параметров и критериев при классификации систем. Таким образом, случайная природа происхождения сильных искажений звуковых сигналов объективно требует признать, что качество современных бытовых звуковоспроизводящих систем, в том числе и аппаратуры, так называемого HI-FI и HIgh-End классов, следует определять как класс случайного "качества" воспроизведения звуков, когда, например, АЧХ сигнала в точке прослушивания бытового помещения или салона автомобиля может достигать +- 1030 dB, а наиболее вероятное соотношение сигнал/шум (помеха) не превосходит, как правило, 5 - 30 dB. Общему ухудшению качества звуковоспроизведения также способствуют некоторые алгоритмы звуковой обработки сигналов, осуществляемые с помощью процессоров, например, в дискретно-переключаемых фильтрах, широко распространенных минисистем или, например, в системах матричного кодирования Dolby Surround для многоканального звукового сопровождения телепередач или видеофильмов в "домашнем кинотеатре". Действительно, применение алгоритмов линейных преобразований сигналов с фиксированными параметрами этих преобразований по отношению к сигналам, параметры которых могут изменяться во времени случайным образом, в принципе, не может улучшить качество (достоверность) звуковых сигналов и приводит к росту искажений (росту энтропии). Подобные преобразования сигналов лишены логических обоснований их использования как алгоритмов обработки, повышающих качество звуков для слушателя. Покажем, что использование в бытовых звуковоспроизводящих системах ступенчато-переключаемых фильтров не правомерно. Согласно каталогу фирмы PHILIPS (стр. 14) за 1997 г. использование в составе своей аппаратуры подобного узла фирма обосновывает следующими аргументами: "При помощи волшебной кнопки SOUND (кнопка включения цифрового процессора звука) вы можете создать то настроение, которого вам хочется. И вы не просто услышите его: вы его ощутите. Оно охватывает вас...". Далее приводятся графики АЧХ фильтра, соответствующие его состоянием POP, CLASSIC, JAZZ, ROCK, VOCAL, а также пояснения типа: "для поп-музыки процессор звука настроен на воспроизведение звучных басов и энергичных высоких нот. Как видно из графика, усиливаются, в основном, частоты из диапазона 100 - 200 Гц". При этом слушателю предлагается в процессе работы звуковоспроизводящей системы переключать фильтр в соответствующий звуковому сигналу режим работы. В отношении подобных устройств можно отметить следующее. Во-первых, условное деление всевозможных звуковых сигналов на конечное множество жанров будет приводить к несоответствию спектров реальных сигналов жестко фиксированной амплитудно-частотной характеристике соответствующего фильтра, например спектральные компоненты баса мужчины или певицы, исполняющей вокальную партию на высоких нотах, могут отличаться на несколько октав, а при инструментальном исполнении различных классических произведений различие спектров сигналов может быть еще большим. Во-вторых, непонятен критерий, по которому слушатель мог бы до начала воспроизведения сигнала определить его принадлежность к тому или иному жанру, например при прослушивании радиопередач. Слушателю потребуется некоторое время, а также определенная музыкальная культура для определения на слух музыкального жанра, к которому следует отнести звуковой сигнал. Слушателю необходимо отвлекаться от прослушивания для переключения фильтра, в связи с чем ухудшится эмоционально-эстетическое восприятие звуковой информации. Подобные переключения фильтра будут вызывать раздражение у слушателя потому, что такие действия являются утомительной работой. В-третьих, маловероятно, что в процессе звуковоспроизведения слушатель будет уподобляться автомату и оперативно заниматься переключением фильтра, и, как следствие, он будет прослушивать сигналы в сильно искаженном виде. В-четвертых, маловероятно, что звукорежиссеры, работающие на студиях звукозаписей, не в состоянии с помощью студийной аппаратуры на стадии подготовки фонограмм ввести требуемые предыскажения АЧХ сигнала. И наконец, в-пятых, непонятна сама научная основа подобного подхода. Можно предположить, что идея создания ступенчато-переключаемых фильтров как "квазисогласованных" с параметрами сигналов фильтров была основана на обобщенной теории линейной фильтрации Колмогорова-Винера для решения задачи повышения отношения сигнал/шум. Однако применение положений этой теории, в основном ориентированной для решения задач в радиосвязи, для задачи повышения качества звуковоспроизведения в бытовых условиях, строго говоря, не правомерно, так как данная теория справедлива для стационарных случайных процессов, а, как уже отмечалось, в бытовых условиях звуковоспроизведения приходится иметь дело с нестационарными случайными процессами. Кроме того, для синтеза оптимального, согласованного с параметрами сигналов и помех фильтра необходимо знать спектр полезного сигнала, спектр помехи и коэффициент ослабления канала передачи информации. Ступенчато-переключаемые фильтры не выполняют функции подобных устройств. В силу указанных причин представляется также малоэффективным использование для оптимизации сигналов плавно-перестраиваемых фильтров - графических эквалайзеров. Очевидно, что слушатель, будучи даже профессиональным звукорежиссером или музыкантом не в состоянии на слух оптимально отфильтровать спектральные составляющие помех различного уровня с требуемой точностью, например компенсировать амплитудно-частотные искажения сигнала, возникающие в таких элементах тракта звуковоспроизведения, как усилитель низкой частоты, громкоговоритель, помещение, поскольку отсутствует критерий проведения подобных ручных регулировок (в инструкциях по пользованию аппаратурой не указываются критерии установки ручек эквалайзеров), а также возможны различные произвольные вариации регулировок АЧХ сигналов. Системы матричного кодирования исторически возникли для оптимизации звуковоспроизведения в больших залах кинотеатров. Необходимость многоканального звуковоспроизведения в кино объясняется тем, что по отношению к экрану часть зрителей обычно расположена не в центре зала, поэтому при двухканальном звуковоспроизведении для них происходит соответствующее смещение кажущегося источника звуков. В последнее время получили распространение различные модификации систем матричного кодирования, позволяющие имитировать различные акустические свойства помещений и место локализации звуков по отношению к слушателю. Указанные эффекты и им соответствующие алгоритмы обработки сигналов слушатель выбирает сам исходя из собственных, случайных критериев, например из любопытства. Как будет звучать симфонический оркестр в акустическом оформлении, напоминающем звуки в подвальном помещении или на стадионе? Таким образом, используя системы матричного кодирования, слушатель получает в "домашнем кинотеатре" звуковую информацию в сильно искаженном виде. Искажающий эффект превносит цифровая компрессия сигналов как способ увеличения отношения сигнал/шум в некоторых моделях автомобильных магнитол. Сопоставление основных принципов кибернетики Норберта Винера с современными методами, используемыми в звуковоспроизведении показывает несоответствие этих методов при записи (вводе), обработке и выводе звуковой информации. Современные звуковоспроизводящие системы, в том числе и так называемых HI-FI и HIgh-End классов, являются простейшими нецеленаправленно работающими машинами. С их помощью принципиально недостижимо оптимальное звуковоспроизведение, т.е. звуковоспроизведение с высоким качеством сигнала. Для того чтобы оптимизировать звуковоспроизведение, необходимо усовершенствовать все этапы: ввода; обработки и вывода звуковой информации в соответствии с общеизвестными принципами кибернетики. В соответствии с принципами кибернетики под высококачественным пространственным звуковоспроизведением следует понимать такое звуковоспроизведение, при котором звуковые колебания, воздействующие на органы слуха, точно повторяют звуковые колебания первоисточников звуков, действовавшие ранее на этого человека или его виртуальный образ - его мнимое перемещение по оси времени назад. Данное определение не противоречит принципам смежности, сходства, причины и следствия, логики, и требует для его осуществления наличия основных элементов высокоорганизованной системы (машины): датчиков информации; блока ее обработки и соответствующих алгоритмов этой обработки; устройств вывода информации. Из принципа причинно-следственной связи следует, что для высококачественного звуковоспроизведения от источника сигнала, информация на выходе которого представлена в виде электрических сигналов (в аналоговой форме - в виде функций времени амплитуды напряжения или тока, в цифровой форме - в виде двоично-кодированной цифровой последовательности сигналов) необходимо, во-первых, точно ввести звуковую информацию в систему. На выходе источника сигнала потери информации должны быть сведены к минимуму. Наибольшее правдоподобие вводимой информации может быть обеспечено посредством микрофона-головы. В идеальном случае должна использоваться голова слушателя. С небольшими, практически нерегистрируемыми среднестатистическим слушателем искажениями, например в аппаратуре начального уровня правдоподобия, может использоваться макет головы некоторого усредненного слушателя, например макет головы Баха или современного певца или дирижера. В аппаратуре высокого уровня правдоподобия возможно также введение параметрического ряда, например размера головы в соответствии с общепринятыми стандартами головных уборов или иные критерии персонификации вводимой информации на носителях CD, MD и т.д. Для искусственно синтезированной звуковой информации, т. е. звуков, созданных режиссером звукозаписи посредством многоканальных электрических сигналов с произвольным использованием линейных и нелинейных методов их обработки и которые никогда не существовали в природе в виде "звуковой картины", в соответствии с принципом причины и следствия постановка задачи высококачественного звуковоспроизведения видоизменяется, поскольку нельзя найти логически обоснованный критерий и точно ввести, обработать и воспроизвести (вывести) звуки (информацию), никогда не существовавшие в природе. Для искусственно синтезированных звуковых сигналов правомерна постановка задачи виртуального высококачественного звуковоспроизведения, реализующая максимально точно, в соответствии с электрическими сигналами источника (носителя) сигналов (информации), режиссерское представление о форме им искусственно созданной в процессе обработки звуковых сигналов "звуковой картины". Во-вторых, обработка звуковой информации в системе со случайными параметрами требует оперативного во времени анализа и сопоставления по определенным критериям параметров сигналов от источника, которые можно считать "идеальными" или опорными сигналами, и искаженных сигналов - сигналов в точках прослушивания. В соответствии с принципами сходства и смежности сопоставлять и анализировать можно параметры и характеристики сигналов, имеющих одинаковую форму и физический смысл. Электрические сигналы могут иметь аналоговую, дискретную или цифровую форму. Сравнение сигналов должно осуществляться в одинаковой форме. Например, если сравниваются два гармонических колебания, точнее колебания по форме близкой к гармоническим колебаниям, то в качестве сравниваемых параметров могут быть выбраны: частота, длительность, амплитуда, задержка во времени начала этих колебаний относительно некоторого момента времени (для колебаний одинаковой частоты указанный параметр может иметь смысл начальной фазы этих колебаний или полной фазы - временного сдвига на время, большее длительности периода). Колебания можно также сравнивать по производным от указанных параметров характеристикам: по мощности или энергии. Сложные колебания, состоящие из большого числа элементарных компонентов общепринято сравнивать сопоставляя их энергии - проинтегрировав спектральные плотности энергии сигналов. Подобное сравнение сигналов сложной