ES2325261T3 - Transductor acustico electrodinamico. - Google Patents
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Abstract
Transductor electroacústico que incluye: - un chasis (3). - una superficie rígida (10) fijada rígidamente al citado chasis (3). - una membrana móvil (7), fijada de manera flexible al citado chasis (3) y dispuesta frente a dicha superficie rígida (10); una masa de aire comprendida entre dicha superficie rígida (10) y dicha membrana móvil (7) y la distancia entre dicha superficie rígida (10) y dicha membrana flexible (7) aumentando desde el centro a la periferia. - un medio de motorización (4, 5, 9, 9b) para desplazar dicha membrana móvil (7) en la dirección (2) de dicha superficie rígida (10) en función de una corriente eléctrica de modulación a través de la cual el desplazamiento de dicha membrana (7) genera, por compresión y expansión de dicha masa de aire, una onda acústica cuya dirección de propagación (1) es sensiblemente perpendicular a la dirección (2) del desplazamiento de dicha membrana (7).
Description
Transductor acústico electrodinámico.
La presente invención se refiere a un
transductor acústico o altavoz de tipo electrodinámico destinado a
la emisión de ondas sonoras a partir de una señal eléctrica
modulada.
Figuras 1 a
4
Los transductores o altavoces tradicionales
(figuras 1 y 2) constan de un chasis (13 y 23), generalmente
metálico sobre el que se fijan los distintos elementos activos, la
membrana móvil (17 y 27) y su suspensión (18 y 28) así como un
motor (14-16 y 24-26) que pone la
membrana en movimiento. El motor puede ser de tipo
electromagnético, piezoeléctrico o electroestático. La membrana
móvil genera una onda acústica resultante (11 y 21) en la dirección
de su desplazamiento (12 y 22) siguiendo la corriente eléctrica que
modula la señal sonora que se va a reproducir. La figura 1
representa, en sección, un transductor con una membrana de gran
dimensión, destinada en particular a la reproducción de frecuencias
que van de graves a medias.
La figura 2 representa, en sección, un
transductor más especializado en la reproducción de frecuencias
altas y se caracteriza por una membrana más pequeña que lleva
generalmente una bobina móvil adosada a la membrana. A dicho
transductor se le puede adjuntar un pabellón acústico que permita
mejorar su rendimiento a través de un mejor acoplamiento acústico
entre la membrana (sólido) y el medio ambiente (aire) mediante una
transición progresiva de las presiones. Estos transductores, de los
que existe un número muy elevado de variaciones, se caracterizan
principalmente por la dirección de la onda sonora resultante
paralela al sentido de desplazamiento de la membrana. Su radiación
acústica no es homogénea en todas las direcciones, a excepción de
los dispositivos particulares llamados "esferas pulsantes" en
los que la dirección de la radiación sonora resultante será siempre
paralela al sentido de desplazamiento de la membrana.
Otro tipo de transductor, el altavoz ESS,
inventado en Estados Unidos por el Dr. Oscar Heil, (principio que
sigue la figura 3) está formado por una membrana plegada (37) en la
que se imprime una cinta conductora (39); la membrana se sustituye
en el entrehierro por un imán (66) a través de un circuito
magnético (35) que permita repartir la inducción magnética sobre el
conjunto de la membrana. Este dispositivo permitirá, mediante
aproximación o separación (32) de los pliegues de la membrana que
siguen la corriente de modulación, obtener la aspiración y la
expulsión alternativa del aire situado entre los pliegues y por
tanto la generación de una onda acústica resultante (31). A pesar de
la alta calidad sonora obtenida, la radiación sonora muestra una
directividad marcada; además, la débil amplitud de los movimientos
de los pliegos de esta membrana no permite obtener la reproducción
de frecuencias bajas.
Un tercer tipo de transductor (según la figura
4), una invención de Sawafugi y Tadashi, es una extrapolación de un
transductor acústico que funciona por flexión de una membrana
dúctil. Pone en marcha dos membranas dúctiles simétricas (47)
fijadas a una de sus extremidades en una caja (43) y sometidas a
comprensión y extensión alternativa por una bobina móvil plana (49)
situada en los entrehierros (46) de dos imanes (44). El modo de
funcionamiento de este transductor, muy compacto, depende del
funcionamiento en flexión simétrica de las membranas y no permite
obtener características de directividad específicas.
El espectro audible por el hombre, de 20 a
20.000 hertzios aproximadamente, se caracteriza por la gran
variedad de las distintas longitudes de onda que se dan (desde un
milímetro hasta varios metros). La reproducción de todas las
frecuencias, con una potencia aceptable, deberá hacerse gracias a
dos o más altavoces, encargándose cada uno de una parte del
espectro. El resultado de esta necesidad es que los centros
acústicos de estos altavoces tienen una separación de varios
decímetros. Esto degrada la precisión y la distribución espacial de
la señal estereofónica, reproduce e introduce un fenómeno de
interferencia acústica llamado "lóbulo de directividad" que se
traduce por grandes variaciones en la potencia acústica emitida en
función de la posición del oyente en relación con los distintos
transductores. Este fenómeno agrava las características negativas de
direccionalidad inherentes a los altavoces tradicionales.
La disposición particular de los elementos
constitutivos del transductor según la invención permite generar
una radiación acústica, en función de la corriente de modulación,
por compresión y expansión de la masa de aire situada entre una
membrana móvil fijada de manera flexible, mediante un dispositivo
de suspensión, sobre un chasis rígido y una superficie fija y rígida
llamada yunque, también fijada de manera rígida al mismo chasis; la
membrana y el yunque tienen la característica de estar dispuestas
una frente a otra, por lo que la dirección de la onda acústica
resultante es perpendicular al sentido de desplazamiento de la
membrana. La distancia que separa la membrana y la superficie fija
será ligeramente superior a la semi excursión máxima de la membrana
para evitar cualquier riesgo de contacto directo entre estos dos
elementos. Este modo de generación de una onda acústica permite la
realización de transductores electroacústicos con características de
directividad distintas de las de los altavoces tradicionales. La
puesta en movimiento de la membrana, siguiendo la corriente de
modulación, puede hacerse mediante una motorización de tipo
electromagnética, como muestran los dibujos que ilustran la
invención, aunque esta motorización también puede ser de tipo
piezoeléctrica (figura 10), de tipo electroestático o de otro
modo.
La figura 1 representa, en sección, un
transductor tradicional con una membrana de gran dimensión,
destinada en particular a la reproducción de frecuencias que van de
graves a medias.
La figura 2 representa, en sección, un
transductor tradicional más especializado en la reproducción de
frecuencias altas y se caracteriza por una membrana más pequeña.
La figura 3 muestra de manera esquemática, con
perspectiva axonométrica, el principio de funcionamiento de un
transductor de membrana plegada; solo se representa una parte de la
membrana, del circuito eléctrico y del circuito magnético.
La figura 4 representa, en sección, un
transductor que emula el Sawafugi y Tadashi con dos membranas
dúctiles simétricas.
La figura 5 representa, con perspectiva
axonométrica, el transductor, objeto de la invención, con la
configuración de radiación acústica omnidireccional, provisto de una
membrana con forma de domo; este transductor permite la
reproducción de las frecuencias bajas y medias.
La figura 6 representa el mismo transductor, en
sección.
La figura 7 representa, en sección, el
transductor, objeto de la invención, con la configuración de
radiación acústica omnidireccional, con una membrana anular,
destinada más específicamente a la reproducción de frecuencias
agudas. El yunque 10 está representado con una línea de puntos para
una mejor comprensión del dispositivo de membrana anular.
La figura 8 representa el transductor
omnidireccional con membrana anular, visto en sección.
La figura 9 representa, en sección, la
superposición, según un eje, de dos transductores
omnidireccionales, encargándose cada uno de la reproducción de una
parte del espectro audible (frecuencias bajas y
bajas-media para los graves y frecuencias
altas-medias y agudas para los agudos).
La figura 10 representa, con perspectiva
axonométrica, el transductor, objeto de la invención, con la
configuración de radiación acústica con directividad controlada.
La figura 11 representa, en corte, el
transductor de la figura 10.
Para designar, en las distintas figuras, los
elementos que tengan la misma función en realizaciones diferentes,
los números de referencia que figuran en los dibujos están
precedidos, en la descripción y las reivindicaciones, del número de
la figura a la que se refiere la descripción. Por ejemplo, la
membrana (9) de la figura 5 es nombrada (59) en la descripción, la
misma membrana (9) en la figura 6 es nombrada (69) en la
descripción.
Una primera realización se representa en las
figuras 5 y 6. El transductor acústico según la invención está
constituido por un chasis rígido (53 y 63) sobre el que se
fijan:
- -
- Un circuito magnético (55 y 56) acoplado a un imán (54 y 64), destinado a crear un campo magnético en un entrehierro (56 y 66).
- -
- Una membrana móvil en (57 y 67) ascenso sobre una suspensión dúctil periférica (58 y 68) e incluyendo una bobina móvil (59 y 69) sumiéndose en el entrehierro (56 y 66). Esta membrana, representada aquí con forma de domo convexo, podrá presentar otra forma compatible con una buena rigidez. Esta membrana podrá incluir pliegos u ondulaciones destinados a formar todo o una parte de su suspensión (58 y 68).
- -
- Una superficie fija y rígida llamada yunque (510 y 610), colocada frente a la membrana móvil (57 y 67) y unida (511 y 611) de manera rígida al chasis o formando parte integrante de este.
Este transductor se caracteriza por la
disposición de sus componentes, que permitan obtener un transductor
acústico omnidireccional, es decir, que genere una radiación sonora
resultante (51 y 61) de 360º en el plano perpendicular al sentido
de desplazamiento (52 y 62) de su membrana. La forma, el perfil y
el dimensionamiento de los distintos elementos dependen de sus
características eléctricas o mecánicas, así como del espectro de
frecuencias que se reproducirán. Este transductor, si está
destinado a reproducir frecuencias bajas o medias, se podrá acoplar
a una caja (621) destinada a recuperar o amortizar la energía
acústica generada por la parte de atrás de la membrana móvil.
Las figuras 7 y 8 representan otra realización
del transductor omnidireccional. Lleva un chasis rígido (73 y 83)
sobre el que se fijan:
- -
- Un circuito magnético (75 y 85) acoplado a un imán (74 y 84), destinado a crear un campo magnético en un entrehierro (76 y 86).
- -
- Una membrana móvil anular (77 y 87) montada sobre una suspensión dúctil periférica interna y externa (78 y 88) e incluyendo una bobina móvil (79 y 89) sumiéndose en el entrehierro (76 y 86). Esta membrana podrá incluir pliegos u ondulaciones destinados a formar todo o una parte de su suspensión. Las figuras 7 y 8 muestran dicho dispositivo para su suspensión periférica externa.
- -
- Una superficie fija y rígida llamada yunque (710 y 810), colocada frente a la membrana móvil anular (77 y 87) y fijada (711 y 811) de manera rígida a los demás componentes no móviles del transductor.
Esta disposición con membrana anular permite
conservar una superficie efectiva de la membrana compatible con una
buena potencia acústica, evitando las oposiciones de fase acústica
que ocurren en este tipo de transductor cuando la longitud radial
de la interfaz membrana y yunque está demasiado cerca de la
longitud de onda de las frecuencias reproducibles. Esta disposición
está destinada más específicamente a la reproducción de frecuencias
agudas, de poca longitud de onda.
En referencia a la figura 9, y para permitir la
reproducción de un espectro de frecuencia dado, es posible
superponer, según un eje paralelo al desplazamiento de las membranas
móviles (92), dos o más de estos transductores omnidireccionales,
cada uno a cargo de la reproducción de una franja de frecuencias
determinada. La poca altura de cada transductor permite un
acercamiento de los centros acústicos de los diferentes
transductores y por tanto la reducción de los lóbulos de
directividad inherentes a la asociación de varios transductores
tradicionales. Todas las referencias de esta figura se refieren a
los elementos funcionales similares a las figuras 5 a 8
anteriormente descritas.
La figura 10 muestra una variante de la primera
realización propuesta. La particularidad consiste en una
motorización de la membrana (107) por un dispositivo que comporte
una varilla única o compuesto de cristal con propiedades
piezoeléctricas (106b) deformándose siguiendo la corriente de
modulación aplicada a la varilla mediante conexiones eléctricas
(104b). Los movimientos resultantes de las deformaciones de la
varilla (106b) se transmiten mecánicamente a la membrana (107) por
un elemento rígido y ligero (109b). La radiación sonora resultante
(101) es perpendicular al sentido de desplazamiento (102) de la
membrana (107). La forma, el perfil y el dimensionamiento de los
distintos elementos dependen de sus características eléctricas o
mecánicas, así como del espectro de frecuencias que se
reproducirán. Los demás elementos del dispositivo según la figura 10
son idénticos por sus funciones a los elementos equivalentes de la
primera realización según las figuras 5 y 6.
La realización según las figuras 11 y 12
consiste en otra disposición de los distintos elementos del
transductor funcionando por compresión y expansión de la masa de
aire situada entre una membrana móvil fijada de manera flexible
sobre un chasis rígido y una superficie fija y rígida llamada
yunque, también fijada de manera rígida al mismo chasis; la membrana
y el yunque tienen la característica de estar dispuestas una frente
a la otra, por lo que la dirección de la onda acústica resultante
(111 y 121) es perpendicular al sentido de desplazamiento de la
membrana (112 y 122).
Esta realización conlleva:
- -
- Un chasis (113 y 123) rígido.
- -
- Un imán (114 y 124) acoplado a un circuito magnético (115 y 125), destinado a crear un campo magnético en un entrehierro (116).
- -
- Una membrana móvil (117 y 127) montada sobre una suspensión dúctil (118) e incluyendo una bobina móvil (119 y 129) sumiéndose en el entrehierro; dicha bobina móvil es guiada por otra en suspensión (1113 y 1213) destinada a asegurar su centrado en el entrehierro.
- -
- Una superficie fija y rígida o yunque (1110 y 1210), colocada frente a la membrana móvil y unida de manera rígida al chasis o que sea parte integrante de este.
- -
- Bafles (1112 y 1212), rígidos o no, colocados en un plano perpendicular a la membrana y al yunque, cuyo papel es limitar físicamente la masa de aire comprendida entre la membrana y el yunque; esos bafles pueden ser parte integrante del chasis (113 y 123).
Esta disposición permitirá obtener una
directividad precisa de la radiación acústica resultante en función
de la forma, la geometría y el dimensionamiento del conjunto formado
por la membrana, el yunque, los bafles y el chasis, y en función
del espectro de las frecuencias reproducibles. El transductor, si
está destinado a reproducir frecuencias bajas o medias, se podrá
acoplar a una caja (1221) destinada a recuperar o amortizar la
energía acústica generada por la parte de atrás de la membrana
móvil.
\newpage
Posibilidad de aplicación industrial y
fabricación:
La fabricación de este tipo de transductor es
idéntica a la de los transductores acústicos o altavoces
tradicionales.
Por sus materiales y su fabricación:
- -
- Chasis y yunque metálicos o de materiales sintéticos o compuestos, en planchas plegadas o prensadas o obtenidas por inyección de metal o de resina que pueda soportar fibras de consolidación o de refuerzo.
- -
- Membrana de metal, de papel, tratado o no, de materiales sintéticos o compuestos, fibrosos o no.
- -
- Suspensión de caucho natural o artificial o materiales sintéticos. Esta suspensión también puede conllevar pliegos u ondulaciones formados en la membrana del transductor.
- -
- Imanes, piezas de campos magnéticos, circuitos magnéticos y bobinados usuales.
- -
- De manera general, todos los materiales y modos de fabricación presentes y venideros adaptados a la fabricación y la mejora de los rendimientos de este tipo de transductor.
Por su realización y su uso:
- -
- Deberá responder y adaptarse a las características y al funcionamiento particular de este tipo de transductor. Se podrán aplicar a este tipo de transductor las motorizaciones de tipo electromagnético, piezoeléctrico, electroestático o demás, así como todos los procedimientos de control, de asistencia y de pilotaje de las piezas móviles mediante métodos analógicos o digitales.
- -
- El tipo de transductor de la invención podrá llevar un dispositivo llamado "pabellón acústico" que permite mejorar su rendimiento a través de un mejor acoplamiento acústico entre la membrana (sólido) y el medio ambiente (aire) mediante una transición progresiva de fas presiones.
- -
- El tipo de transductor de la invención podrá ser realizados por otros fluidos, gases o líquidos, distintos al aire ambiental.
Claims (9)
1. Transductor electroacústico que incluye:
- -
- un chasis (3).
- -
- una superficie rígida (10) fijada rígidamente al citado chasis (3).
- -
- una membrana móvil (7), fijada de manera flexible al citado chasis (3) y dispuesta frente a dicha superficie rígida (10); una masa de aire comprendida entre dicha superficie rígida (10) y dicha membrana móvil (7) y la distancia entre dicha superficie rígida (10) y dicha membrana flexible (7) aumentando desde el centro a la periferia.
- -
- un medio de motorización (4, 5, 9, 9b) para desplazar dicha membrana móvil (7) en la dirección (2) de dicha superficie rígida (10) en función de una corriente eléctrica de modulación a través de la cual el desplazamiento de dicha membrana (7) genera, por compresión y expansión de dicha masa de aire, una onda acústica cuya dirección de propagación (1) es sensiblemente perpendicular a la dirección (2) del desplazamiento de dicha membrana (7).
2. Transductor electroacústico según la
reivindicación 1 en la que dicha superficie rígida (10) y dicha
membrana móvil (7) presentan una simetría cilíndrica alrededor de un
eje paralelo a la dirección (2) de desplazamiento de dicha membrana
móvil (7), mediante la cual la radiación sonora obtenida es
omnidireccional en el plano perpendicular a dicha dirección (2) de
desplazamiento de dicha membrana móvil.
3. Transductor electroacústico según una de las
reivindicaciones precedentes en la que dicha superficie rígida (19)
presenta una forma de domo convexo.
4. Transductor electroacústico según la
reivindicación 3 en la que dicha membrana móvil (7) presenta
asimismo una forma de domo convexo.
5. Transductor electroacústico según la
reivindicación 3 en la que dicha membrana móvil (7) presenta una
forma anular.
6. Transductor electroacústico según la
reivindicación 1 incluyendo también pantallas acústicas (12)
colocadas en un plano perpendicular a dicha membrana móvil (7) y a
dicha superficie rígida (10) de manera a limitar dicha masa de aire
comprendida entre ellas, mediante la cual la radiación sonora
obtenida es direccional.
7. Transductor electroacústico según una de las
reivindicaciones 1, 2 ó 6 incluyendo asimismo un pabellón acústico
que permita mejorar el acoplamiento entre la membrana móvil (7) y el
aire ambiental.
8. Transductor electroacústico según una de las
reivindicaciones precedentes en la que dicho medio de motorización
es de tipo electromagnético (4, 5, 9), piezoeléctrico (9b) o
electroestático.
9. Conjunto constituido por una pluralidad de
transductores electroacústicos según una de las reivindicaciones 1
a 5, cada una adaptada a la reproducción de una franja de
frecuencias determinadas, superpuestas según un eje paralelo a la
dirección (2) del desplazamiento de dicha membrana móvil.
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