2

Анализ акустической стереосистемы персонального компьютера с точки зрения теории развития искусственных систем

Задание

Выбрать систему, относящуюся к Вашей специальности.

Выявить проявление законов развития в выбранной системе, для чего:

- проанализировать действие первых трех законов на систему: закона полноты частей, закона повышения идеальности, закона S-образного развития;

- определить, на каком этапе развития находится система, перечислить аргументы, которые позволили Вам сделать этот вывод;

- если система находится на первом или в начале второго этапа, проанализировать действие следующих законов: закона возникновения и преодоления противоречий и закона согласования-рассогласования;

- если система находится в конце второго или на третьем этапе, проанализировать действие следующих законов: закона согласования-рассогласования, закона повышения динамичности и закона перехода на микроуровень;

- если система находится в конце третьего этапа, проанализировать действие следующих законов: закона повышения динамичности, закона перехода на микроуровень и закона перехода в надсистему.

Результаты анализа оформить в виде отчета по РГЗ.

Аннотация

Анализ акустической стереосистемы персонального компьютера с точки зрения теории развития искусственных систем

Пояснительная записка: 28 с., 7 рис., 2 табл., 14 источников, приложения отсутствуют.

Для проведения анализа выбрана искусственная система - акустическая стереосистема персонального компьютера (стереофонические колонки).

Проведен анализ выбранной искусственной системы, рассмотрены проявления законов развития данной системы, в частности, закон полноты частей системы, закон повышения идеальности, закон S-образного развития системы.

При проведении анализа данной искусственной системы было определено, на каком этапе развития находится система в настоящее время и, на основании этого, рассмотрено действие законов, соответствующих уровню развития системы.

Наиболее важным результатом проведения данной работы является изучение законов развития искусственных систем и применение полученных знаний в практической деятельности, т.е. при проведении сквозного анализа искусственных систем.

Введение

Актуальность темы исследования. Мультимедиа - это интерактивные системы, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями и движущимся видео, анимированной компьютерной графикой и текстом, речью и высококачественным звуком.

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.

Современный мультимедиа-ПК в полном “вооружении” напоминает домашний стереофонический Hi-Fi комплекс, объединенный с дисплеем-телевизором. Он укомплектован активными стереофоническими колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт-дисков. Кроме того, внутри компьютера укрыто новое для ПК устройство - аудиоадаптер, позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями.

Рассмотрим некоторые технические вопросы, касающиеся мультимедиа. Основная проблема, из которой “растут” все остальные - совместная обработка разнородных данных: цифровых и аналоговых, “живого” видео и неподвижных изображений и т.п. В компьютере все данные хранятся в цифровой форме, в то время как теле-, видео- и большинство аудиоаппаратуры имеет дело с аналоговым сигналом. Однако выходные устройства компьютера -- мониторы и динамики имеют аналоговый выход. Поэтому простейший и наиболее дешевый путь построения первых систем мультимедиа состоял в стыковке разнородной аппаратуры с компьютером, предоставлении компьютеру возможностей управления этими устройствами, совмещении выходных сигналов компьютера и видео- и аудиоустройств и обеспечении их нормальной совместной работы. Дальнейшее развитие мультимедиа происходит в направлении объединения разнородных типов данных в цифровой форме на одной среде-носителе, в рамках одной системы.

Объектом исследования в настоящей работе является акустическая система ПК как искусственная система.

Предмет исследования: проявление законов развития искусственных систем применительно к выбранной системе.

Тема исследования: анализ акустической системы персонального компьютера с точки зрения теории развития искусственных систем.

Целью работы является изучение законов развития искусственных систем и применение полученных знаний в практической деятельности, т.е. при проведении сквозного анализа искусственных систем.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- проанализировать вторичные данные для того, чтобы дать характеристику объекту исследования;

- изучить теоретические вопросы в соответствии с предметом исследования;

- проанализировать действие первых трех законов на систему: закона полноты частей, закона повышения идеальности, закона S-образного развития;

- определить, на каком этапе развития находится система, перечислить аргументы, которые позволили сделать этот вывод;

- рассмотреть действие законов, соответствующих уровню развития системы.

1 Акустическая система персонального компьютера. Определение, описание, история развития

Акустическая система ПК - это устройство, предназначенное для вывода обрабатываемой на компьютере звуковой информации. Под акустической системой в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические.

Мы все уже привыкли к тому, что современный персональный компьютер может издавать весьма разнообразные звуки. Вначале они могли только гудеть и пищать на разные лады, затем появились программы, произносящие вполне отчетливые слова и играющие отдаленное подобие музыки, слушаемой через водосточную трубу; компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного громкоговорителя (рисунок 1) издавать что-то вроде выстрелов и взрывов. А теперь повсеместное распространение недорогих звуковых карт позволило воспроизводить с их помощью любые теоретически возможные звуки. Однако, в большинстве случаев, мы с вами слышим только те звуки, которые были заложены при разработке той или иной программы, а между тем многим хочется гораздо большего. Все это вполне возможно - при наличии требуемых аппаратных средств и/или программ, а главное - знаний о способах извлечения нужных звуков из такого вроде бы немузыкального устройства, как компьютер, так как компьютер по первоначальному определению это устройство для хранения, обработки и передачи информации.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Персональный компьютер становится мультимедийным комплексом (рисунок 2).

Мультимедиа - это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук и речь.

Компакт-диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD - для всего этого необходимо, чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта и акустическая система.

1.1 Система ввода/вывода звука - аудио адаптер

Микрофон используется для ввода звука в компьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудио адаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудио адаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.

Аудио адаптер имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал.

Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.

Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП (рисунок 3).

Рисунок 3 - Преобразование звука при вводе и выводе

Аудио адаптер - достаточно сложное техническое устройство, построенное на основе использования последних достижений в аналоговой и цифровой аудиотехнике.

1.2 Воспроизведение звука - акустическая стереосистем

Какой бы современной ни была электронная система записи и воспроизведения звука, сколько бы форматов записи она ни обслуживала, объединенная в одном агрегате, в конце ее, на выходе будет "динамик" - так называли его раньше. И был он сначала один, ну два - для воспроизведения высоких и низких звуковых частот в одной коробке-ящике. С появлением в 1950-х годах стереофонических грампластинок ящиков стало два - отдельно для правого и левого звукового канала.

Известный давний опыт трансляции звуковой передачи был предпринят французом Клементом Адлером еще в 1881 году на Парижской электрической выставке. Восемьдесят пар телефонных проводов были протянуты со сцены Парижской оперы в четыре комнаты отеля, расположенного поблизости. Посетителям выставки таким образом демонстрировалась возможность слушать оперный спектакль на расстоянии. Музыкальные образы воздействовали на слушателя с помощью двух отдельно стоящих микрофонов, расположенных на театральных подмостках.

Спустя 50 лет в исследовательских подразделениях BELL Labs Харви Флетчер (Harvey Fletcher), знаменитый американский ученый-теоретик и практик, основатель и руководитель Акустического общества и президент Физического общества США, в соавторстве с Артуром Келлером (Arthur C. Keller) и в содружестве с именитым дирижером симфонического оркестра Леопольдом Стоковским (Leopold Stokowski) провели первые опыты по моно- и бинауральной звукозаписи. В Англии в то же время аналогичными исследованиями занимался инженер звукозаписывающей компании EMI Алан Блумлейн (Alan D. Blumlein), который 14 декабря 1931 года оформил документы на патентование пространственно-ощущаемой звукозаписи, также названной бинауральной.

В разработках и производстве современных широко применяемых электродинамических громкоговорителей до сих пор повторяются нововведения, известные еще с середины 1920-х годов. Идеи и реализующие их технические решения, положенные в основу акустического устройства, преобразующего электрические колебания в звуковые, были изложены инженерами американской компании GENERAL ELECTRIC Честером Райсом (Chester W. Rice) и Эдвардом Келлогом (Edward W. Kellog) в трудах американского института инженеров-электриков в 1925 году. Занимавшийся электроакустикой параллельно с ними и независимо от них в том же году инженер Эдвард Вент (Edward Wente) из американской компании BELL Laboratories также подал заявку на патентование аналогичного излучателя звуковых колебаний.

Однако Ч. Райс и Э. Келлог привели в статье еще и описание усилителя мощностью 1 Вт для своего громкоговорителя. И уже в 1926 году по их предложению американская фирма RCA (Radio Corporation of America) разработала и сделала громкозвучащий радиоприемник в одном корпусе. Помимо акустической головки он содержал входные контуры настройки, ламповый усилитель и выпрямитель питания электросети. Радиоприемник получил ставшее популярным наименование "радиола", а громкоговоритель динамического типа стали называть просто: "динамик".

Громкоговоритель - прибор для преобразования электрических колебаний в акустические колебания воздушной среды, является последним и одним из наиболее важных звеньев любого акустического тракта, так как его свойства оказывают чрезвычайно большое влияние на качество работы этого тракта в целом.

По способу преобразования колебаний громкоговорители подразделяются на электродинамические катушечные (подавляющее число современных типов громкоговорителей), электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие; по виду излучения - на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорные и рупорные; по воспроизводимому диапазону - на широкополосные, низко-, средне- и высокочастотные; по потребляемой электрической мощности - на мощные и маломощные.

В подавляющем большинстве современных акустических систем (более 90%) преобразование электрических звуковых сигналов в акустические осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно втягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто: звуковая катушка механически соединена с излучателем -- диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны. Так как звуковая волна, излучаемая передней (фронтальной) поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название «акустическое короткое замыкание» (по аналогии с коротким замыканием в электрических сетях). Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе с разделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем.

В относительно небольшом количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах (электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели), но эти типы «экзотических» громкоговорителей практически не применяются в массовых акустических системах.

Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

В подавляющем большинстве современные звуковые колонки представляют собой набор из двух-трех электродинамических громкоговорителей, помещенных внутрь корпуса прямоугольной формы шириной 20-30 см.

Важным параметром, характеризующим звуковые колонки, является диаграмма направленности. При узкой диаграмме непосредственно в сторону слушателя направляется больше звуковых сигналов акустического излучателя, и звуковые образы проявляются более отчетливо.

Как и в реальном концертном зале, в домашних условиях исполнителям произведений искусства положено находиться перед слушателем. Этому условию вполне удовлетворяют две звуковые колонки (левая и правая), установленные на определенном расстоянии от слушателя и одна от другой.

Как можно использовать колонки для воспроизведения бинаурального звука (т.е. звука, предназначенного для прослушивания в наушниках, когда часть сигнала предназначена для одного уха, а другая часть для другого уха)? Как только мы подключим вместо наушников колонки, наше правое ухо начнет слышать не только звук, предназначенный для него, но и часть звука, предназначенную для левого уха. Одним из решений такой проблемы является использование техники cross-talk-cancelled stereo или transaural stereo, чаще называемой просто алгоритм crosstalk cancellation (для краткости CC).

Идея CC просто выражается в терминах частот. На рисунке 4 сигналы S1 и S2 воспроизводятся колонками. Сигнал Y1 достигающий левого уха представляет собой смесь из S1 и "crosstalk" (части) сигнала S2.

Рисунок 4 - Схема воспроизведения бинаурального звука колонками

Если мы решим использовать наушники, то мы явно будем знать искомые сигналы Y1 и Y2 воспринимаемые ушами. Проблема в том, что необходимо правильно определить сигналы S1 и S2, чтобы получить искомый результат.

При грамотном использовании алгоритмов CC получаются весьма хорошие результаты, обеспечивающие воспроизведение звука, источники которого расположены в вертикальной и горизонтальной плоскости. Фантомный источник звука может располагаться далеко вне пределов линейного сегмента между двумя колонками.

Давно известно, что для создания убедительного 3D звучания достаточно двух звуковых каналов. Главное это воссоздать давление звука на барабанные перепонки в левом и правом ушах таким же, как если бы слушатель находился в реальной звуковой среде.

2. Анализ системы

Дадим определение понятию система: системой является совокупность объектов и процессов, называемых компонентами, взаимосвязанными и взаимодействующими между собой, которые образуют единое целое, обладающее свойствами, не присущими составляющим его компонентам, взятым в отдельности.

2.1 Действие закона полноты частей системы

Закон полноты частей системы - необходимыми условиями существования системы (цель существования системы - выполнение функции, для реализации которой система создана) являются:

- наличие и минимальная работоспособность основных частей системы - рабочего органа, трансмиссии, двигателя и системы управления;

- наличие вещественных, энергетических, информационных и, на их основе, функциональных связей между указанными частями системы.

Акустические колонки ПК - неотъемлемая часть мультимедийного комплекса, относятся к области компьютерных технологий, которая в вследствие большого спроса очень активно развивается.

Определим для акустических колонок системное свойство, главную полезную функцию, объект воздействия:

- системное свойство - вывод звуковой информации (музыки, звуковых эффектов, звукового сопровождения компьютерных игр, фильмов, презентаций и т.д.);

- главная полезная функция - отображать обрабатываемую и обработанную информацию в виде звуковых сигналов на частоте, воспринимаемой человеческим ухом;

- объект воздействия - воздушная среда.

Основные части системы:

- рабочий орган - диффузорный громкоговоритель акустических колонок (рисунок 5), состоит из: диффузора (рассеивателя), входящего в его механическую подвижную систему, который и выполняет функции преобразования механических колебаний в акустические и излучения звука;

1 - звуковая катушка; 2 - диффузор; 3 - подвес диффузора; 4 - корпус;

5 - шайба; 6, 8 - фланцы; 7 - магнит; 9 - керн; 10 - кольцевой зазор;

11 - отверстия для выхода тыльного излучения

Рисунок 5 - Устройство диффузионного электродинамического громкоговорителя

- энергия, необходимая рабочему органу - механическая энергия (механические колебания звуковой волны);

- трансмиссия - звуковая катушка;

- двигателем в акустических колонках является радиальное магнитное поле, создаваемое кольцевым постоянным магнитом и магнитной цепью из двух фланцев и керна;

- источником энергии акустических колонок является электрическая сеть переменного тока.

Параметры управления акустических колонок:

- электрическая мощность, измеряется в Вт;

- частота колебания звуковых волн - качественный показатель системы, характеризует динамический диапазон звучания, измеряется в Гц;

- характеристическая чувствительность -- своеобразный КПД акустической системы; характеристическая чувствительность показывает, насколько эффективно данная акустическая система преобразует электрический звуковой сигнал на ее входе в акустическую мощность звуковой волны; характеристическая чувствительность измеряется в дБ/Вт/м и численно равна уровню звукового давления в дБ, развиваемого акустической системой на расстоянии в 1 м (по ее центральной оси), при подведении к ее входу звукового сигнала мощностью в 1 Вт; типовые значения характеристической чувствительности современных АС лежат в диапазоне 84--92 дБ/Вт/м.

Исходя из параметров управления, определим органы управления:

- аудио адаптер;

- кнопка включения/выключения;

- программное обеспечение ПК, доступ к которому осуществляется с помощью вкладки «Звуки и аудиоустройства» Панели управления меню Пуск ПК, позволяющее производить настройку динамиков и аудиоустройств.

Внешнее управление осуществляется аудио адаптером - звуковой картой.

2.2 Действие закона повышения идеальности

Закон повышения идеальности - развитие системы идет в направлении повышения ее идеальности, которая определяется как отношение полезности системы к затратам.

Под идеальностью в ТРИЗ понимается отношение суммы выполняемых системой полезных функций, к сумме факторов расплаты (1):

Определим параметры, характеризующие функции пользы и затрат, затем сведем их в таблицу (таблица 1):

Положительные параметры:

- динамический диапазон звучания;

- количество динамических головок;

- характеристическая чувствительность;

- уровень реалистичности звучания;

- электрическая мощность;

- безопасность (влияние на организм человека);

- надежность (время работы).

Отрицательные параметры:

- габариты (ширина, высота, глубина);

- потребляемая мощность;

- расходы на содержание и техническое обслуживание;

- стоимость.

-

Таблица 1 - Параметры, характеризующие функции пользы и затрат

Наименование параметра	Пояснение	Обозначение	Возможные единицы измерения
1	2	3	4
Положительные параметры
Динамический диапазон звучания	Диапазон воспроизведения звуков - фактор, влияющий на качество восприятия	Дзв	Гц
Количество динамических головок	Подавляющее большинство современных акустических систем имеют по две и более головки, работающих в различных полосах частот - фактор, влияющий на качество звуковоспроизведения и, соответственно, на качество восприятия	Дг	шт
Характеристическая чувствительность	КПД системы, показывает, насколько эффективно система преобразует электрический звуковой сигнал на ее входе в акустическую мощность звуковой волны	Чхар	дБ/Вт/м
Уровень реалистичности звучания	Зависит от множества факторов, в т.ч.: формы и типа корпуса (фазоинверторный корпус или корпус закрытого типа); материала изготовления диффузора; материала изготовления корпуса и т.д.	Урреал	%
Электрическая мощность	Данный параметр влияет на способность акустической системы озвучивать помещения определенной площади - чем выше мощность, тем большей площади помещение может быть озвучено	Рэлектр	Вт
Положительные параметры
Безопасность	Данный параметр может показывать влияние акустической системы на здоровье человека	Б	%
Надежность	Время работы системы, а также виды разъемов и зажимов для подключения акустической системы к ПК, качество и материал изготовления кабелей для подключения	Н	%
Отрицательные параметры
Габариты	В современной акустической системе доля расходов на корпус составляет порядка 60% стоимости - фактор, влияющий на стоимость	Г	мм
Потребляемая мощность	Расходы, связанные с потреблением системой электроэнергии для ее функционирования	Рпотр	Вт
Расходы на содержание	Расходы, связанные с поддержанием работоспособности системы (ремонт, техническое обслуживание и т.п.)	Сто	у.е.
Стоимость	Цена изделия	С	у.е.

2.3 Действие закона S-образного развития

Закон S-образного развития - на протяжении жизненного цикла системы ее идеальность меняется в соответствии с S-образной кривой.

Наша система влияет на качество и степень восприятия отображаемой информации. Следовательно, в качестве главного производственного параметра возьмем динамический диапазон звучания.

Человек слышит звуки в диапазоне, или, как часто говорят специалисты, в полосе, примерно от 15 Гц до 20 000 Гц (20 кГц), что составляет около десяти музыкальных октав. Этот диапазон можно приближенно разделить на три группы: низкие частоты (15-250 Гц), средние (250-2 000 Гц) и высокие (2 000-20 000 Гц). И, если мы хотим услышать из громкоговорителя звук во всем его частотном богатстве, услышать естественное звучание оркестра или лесных голосов, то нужно сохранить изначальное соотношение между всеми частотными компонентами сложнейшего звукового аккорда, между составляющими звука во всей полосе от 15 Гц до 20 кГц. Задача непростая, решать ее в полном объеме научились лишь в конце 20 века.

Динамики прошлого могли воспроизводить более узкую полосу частот, скажем, 100 Гц - 5 кГц, затем 75 Гц - 15 кГц, и людям приходилось мириться с тем, что на заре создания акустических систем звучание получалось не отличным, а хорошим или даже всего лишь удовлетворительным.

Чем шире диапазон колебания звуковых волн, тем качественней воспроизводиться звук, отражая все возможные нюансы: от реалистично звучащих басов до чистых высоких тонов.

В наши дни на рынке множество акустических систем, состоящих из двух активных колонок, обеспечивающих воспроизведение бинаурального звука. Но, к сожалению, подобные системы не способны обеспечить звук самого высокого качества, т.к. нижний диапазон звучания в них ограничен, аудиосистемы данного класса не воспроизводят звук в диапазоне ниже 45-50 Гц.

В таблице 2 приведена зависимость главного производственного параметра от времени.

Таблица 2 - Зависимость главного производственного параметра от времени

Год	Диапазон звучания, Гц	Год	Диапазон звучания, Гц
1926	100 - 5 000	1973	60 - 20 000
1932	95 - 8 000	1980	55 - 30 000
1937	90 - 10 000	1990	50 - 35 000
1947	80 - 12 000	2000	45 - 40 000
1961	70 - 17 000	2009	45 - 40 000

По данным таблицы построим S-образную кривую развития ГПП акустической системы и проанализируем ее (рисунок 6).

Рисунок 6 - S-образная кривая ГПП акустических колонок

Как мы видим из графика S-образной кривой, рассматриваемая система находится в конце третьего этапа развития.

Казалось бы, проблема со звуком для персональных компьютеров решена окончательно. Редко встретишь материнские платы, не оборудованные аудио адаптером. Тем не менее, даже если считать вопрос со звуковыми картами закрытым, остается животрепещущей тема акустических систем.

Животрепещущим этот вопрос остается, потому что многие пользователи не ограничиваются просмотром видеофильмов и играми с объемным звучанием. Настоящие аудиофилы предпочитают качественный стереозвук с объемным звучанием и глубоким басом, не говоря уже об энтузиастах, которые занимаются созданием музыки при помощи своих персональных компьютеров. Для них вообще обязательным элементом домашней студии является качественная стереоакустика, даже если вся остальная роль возложена на компьютер со звуковой платой.

Но дальнейшее усовершенствование обычных малогабаритных акустических стереосистем невозможно, т.к. нижний предел диапазона звучания в них ограничен. В аудиосистемах данного класса невозможно добиться воспроизведения звука в диапазоне ниже 45-50 Гц, что существенно влияет на качество и реалистичность звучания.

В настоящее время дальнейшее развитие и усовершенствование акустических систем происходит в соответствии с законами развития искусственных систем, находящихся на третьем этапе развития: закона повышения динамичности, закона перехода на микроуровень, закона перехода в надсистему.

Проанализируем действие этих трех законов на рассматриваемую систему.

2.4 Действие закона повышения динамичности

Закон повышения динамичности - системы развиваются в направлении повышения приспособляемости к изменяющимся внешним и внутренним условиям путем введения подвижных гибких связей между частями системы или использования подвижности структуры вещества ее элементов.

Различают два типа динамизации: состава и структуры. Рассмотрим направления по каждому типу динамизации:

Динамизация состава входящих в систему элементов:

- увеличение числа степеней свободы на механическом уровне для изменения направления и величины действующих сил;

- переход к гибким, эластичным системам: жёсткие элементы системы по мере развития системы становятся гибкими, эластичными.

Динамизация структуры (связей между элементами) может развиваться по следующим направлениям:

- замена вещественных связей между элементами полевыми;

- использование вещественных связей, изменяющихся под действием поля.

Рассмотренная нами акустическая стереосистема состоит из двух звуковых колонок, расположенных, как правило, справа и слева от монитора. Кнопки включения/выключения и управления обычно расположены на одной из колонок.

Но современные аудиосистемы претерпели следующие изменения, в соответствии с обоими типами динамизации:

По первому типу - динамизация состава: современные акустические системы не ограничиваются двумя стереофоническими колонками, они стали трех-, шести- и даже девятикомпонентными (увеличение числа степеней свободы); а благодаря современным кабелям для подключения аудиосистем к ПК, их расположение больше не привязано к ПК, каждая из колонок современной акустической системы может быть расположена в любой точке помещения, насколько угодно удаленной от ПК, в соответствии только лишь с желанием пользователя (переход к гибким, эластичным системам).

По второму типу - динамизация структуры: управление современной акустической системой возможно как вручную, с помощью кнопок, расположенных обычно на сабвуфере или усилителе, так и на расстоянии, с помощью пульта дистанционного управления (замена вещественных связей между элементами полевыми).

2.5 Действие закона перехода на микроуровень

Закон перехода на микроуровень - в ходе своего развития системы переходят к использованию все более и более глубинных уровней и свойств веществ и полей, образующих компоненты и связи системы.

В соответствии с принципом действия данного закона, в ходе развития акустических систем произошло и происходит в настоящее время немало изменений в использовании материалов при их изготовлении.

В конструкции современных низкочастотных громкоговорителей все шире используются новейшие материалы, обеспечивающие одновременно и жесткость, и легкость диффузоров при повышенном декременте затухания колебаний в материале диффузора. Хотя до сих пор в качестве материала для диффузоров низкочастотных громкоговорителей все еще широко применяется бумага с различными пропитками, все шире используются и диффузоры из полипропилена, зачастую армированного волокнами из углерода для повышения его жесткости. С легкой руки фирмы B&W все большее количество фирм (B&W, Cabasse и т.д.) начинает изготавливать диффузоры громкоговорителей из кевлара - искусственного тканого материала с просто уникальным сочетанием его механических свойств, разработанного в рамках космических программ NASA. Для повышения чувствительности акустических систем в новых моделях громкоговорителей широко применяют магниты с повышенной коэрцитивной силой, изготавливаемые как с использованием ферритов, так и сплавов редкоземельных элементов (ниодим, самрий, кобальт и т.д.).

2.6 Действие закона перехода в надсистему

Закон перехода в надсистему - при исчерпании ресурсов своего развития системы переходят в надсистему, то есть объединяются с другой системой, для получения ресурсов для дальнейшего развития. Это механизм закона повышения идеальности системы.

Этот закон может иметь и другую формулировку:

Развитие искусственной системы идет в направлении объединения друг с другом с целью взаимного использования ресурсов для дальнейшего совершенствования на уровне надсистемы.

Действие данного закона применительно к акустическим стереосистемам можно проиллюстрировать на следующих примерах:

Создание системы из элементов со сдвинутыми, то есть близкими, но неодинаковыми, характеристиками, с целью значительного повышения эффективности системы за счет создания внутренней среды и удовлетворения противоречивым требованиям типа: должен быть большим, должен быть маленьким.

Желание добиться отличного качества воспроизведения низких частот часто входит в неразрешимое диалектическое противоречие с необходимостью размещения хороших, а значит - больших, акустических систем на весьма скромной площади. Настоящему аудиофилу приходится решать извечную дилемму: либо хорошая акустика (почти всегда - крупногабаритная), либо малогабаритные акустические системы, но придется смириться с хилыми басами.

Поэтому, если площадь помещения не позволяет вольготно разместить на ней два больших «ящика» напольных акустических систем, а качество и количество баса малогабаритных систем пользователя решительно не устраивает, то выход один: приобрести трехкомпонентную акустическую систему в составе сабвуфера и двух акустических колонок (сателлитов).

Присоединив к акустической стереосистеме сабвуфер, получили новую, сабвуферно-сателлитную акустическую систему 2.1 - «трифоник», состоящую из одного большого (часто - очень большого) низкочастотного блока (сабвуфера) и двух отдельных относительно малогабаритных акустических систем (сателлитов). И, как следствие, отличное качество воспроизведения низких частот, поскольку современные сабвуферы предназначены для эффективного воспроизведения очень низкочастотных звуковых сигналов в полосе частот 20--120 Гц; это тем более актуально, поскольку сабвуфер является сегодня непременным атрибутом любой достаточно хорошей системы «домашнего театра», так как только с его помощью можно передать истинный драматизм происходящих на экране событий, поэтому для любителей домашнего кинотеатра реальной альтернативы сабвуферу практически нет.

Большие размеры сабвуфера необходимы для создания достаточного объема акустической камеры для нормальной работы сверхнизкочастотного громкоговорителя, тогда как средние и высокие частоты вполне удовлетворительно воспроизводят акустические системы-сателлиты даже весьма скромных размеров.

Создание системы из одинаковых или однородных подсистем (элементов), с целью добавления нового измерения за счет сдвига однородных элементов в пространстве или во времени.

Присоединив к системе 2.1 дополнительное количество акустических колонок (сателлитов), получим новую систему 5.1 - пять сателлитов и один сабвуфер (рисунок 7), совсем недавно ставшую идеалом в мире компьютерных (и не только) акустических систем.

Рисунок 7 - Акустическая система 5.1

А в последнее время производители акустики расширяют возможности своих систем, что привело сначала к появлению системы 6.1, а позднее и 8.1.

Правильно размещенные в помещении, такие акустические системы позволяют в полной мере насладиться реалистичным, объемным, окружающим пользователя со всех сторон звуком.

Заключение

Проведен анализ искусственной системы - акустической стереосистемы персонального компьютера. Рассмотрены проявления законов развития данной системы.

При проведении анализа системы были изучены вторичные данные и дана характеристика объекту исследования; были изучены теоретические вопросы в соответствии с предметом исследования; рассмотрено и проанализировано действие первых трех законов на систему: закона полноты частей, закона повышения идеальности, закона S-образного развития.

Было определено, что в настоящее время система находится на третьем этапе развития. На основании этого, рассмотрено действие трех законов: закона повышения динамичности, закона перехода на микроуровень, закона перехода в надсистему.

В результате проведения данной работы были изучены законы развития искусственных систем. Полученные знания применены в практической деятельности, т.е. при проведении сквозного анализа искусственной системы - акустической стереосистемы персонального компьютера.

Список использованных источников

Петров В.Н. Информационные системы. С-Пб., 2002.

Савельев А.Я. Основы информатики. М., 2001.

Глушаков С.В. Мельников И.В. Персональный компьютер. Учебный курс. - Харьков: Фалио; М.: ООО «Фирма «Издательство ACT», 2000. - 499 с.

Норенков И.П., Трудоношин В.А. Телекоммуникационные технологии. М., 2000.

Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика. М., 2000

Акдосянов В.И. Савельев П.В. Мультимедиа - что это такое? // Компьютер пресс вып.5, 1993. - с.15

Грановский Ю.В. Аппаратная поддержка мультимедиа. // Компьютер пресс вып.2, 1995. - с.20

Кононович А.В. Музыкальные редакторы. // Software вып.38,1997. - с.30

Microsoft Office для Windows 95. 6 книг в одной / Пер. с англ. - М.: Восточная Книжная Компания, 1997г. - 608 с.

Статьи Веб-сайта журнала «АудиоМагазин» / http://www.audiomagazine.ru/

Статьи Веб-сайта журнала «Наука и жизнь» / http://www.nkj.ru/

Статьи Веб-сайта «Издательство 625» / http://www.625-net.ru/

Статьи Веб-сайта «Соmponent.ru» / http://www.component.ru/

Статьи Веб-сайта «Реклама от Google» / http://byt-pyt.ru/