PT3063950T - Sistema de som com diretividade ajustável melhorada - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA DE SOM COM DIRETIVIDADE AJUSTÁVEL MELHORADA A invenção refere-se ao controlo da diretividade de fontes sonoras eletroacústicas, para serem usadas em sistemas de som profissionais, institucionais ou domésticos.

As fontes de som eletroacústicas são comumente chamadas de "alto-falante", "sistema de alto-falante", "linha de fonte" ou "alto-falante ou sistema de som".

Entre as caracteristicas essenciais que qualificam uma fonte de som, a diretividade e, mais especificamente, como controlá-la numa parte definida do espectro de som, desempenha um papel crucial nas aplicações profissionais. A diretividade geralmente expressa um ângulo correspondente ao setor angular para o qual o nivel de pressão sonora ou SPL para Nivel de pressão sonora em inglês é constante numa faixa de frequências especificada pelo fabricante. Diz-se assim que tal fonte de som tem, por exemplo, uma diretividade horizontal de 90°, controlada de 1 kHz a 10 kHz. De acordo com as conveniências internacionais, o termo "controlado" implica que o SPL é constante em +/- 3dB perto de um setor de 90° entre lkhz e 10kHz, enquanto a atenuação do SPL no exterior desse setor angular deve ser tão elevada quanto possível, tipicamente superior a 6 dB.

Em um sistema de som profissional, a diretividade de uma fonte de som distingue dois planos, o plano horizontal e o plano vertical, para os quais esta característica geralmente tem valores diferentes. A arte de controlar a diretividade das fontes de som remonta à origem dos altifalantes.

Hoje, existem dois métodos independentes que controlam a diretividade das fontes de som. O primeiro é tradicionalmente mecânico: depende muito do uso de sinos sonoros e/ou da disposição da matriz de transdutores múltiplos. Os produtos "fontes de som" pertencentes a esta classe, no setor profissional ou não, apresentam para um determinado plano, horizontal ou vertical, uma única diretividade, fixada de uma vez por todas pela configuração de material dos componentes da estrutura acústica. A escolha dos transdutores, a sua frequência de conexão, o tipo de buzina ou guia de onda montado na frente do transdutor ou de alto-falantes eletrodinâmicos determina, assim, as caracteristicas de diretividade da fonte sonora sobre uma bande espectral mais ou menos extensa.

Deve-se lembrar que apenas as frequências médias e altas podem ser controladas, uma vez que todas as frequências cujos comprimentos de onda excedem as dimensões físicas do objeto da fonte de som não são consideradas controláveis sob leis físicas essenciais. Por conseguinte, é ilusório controlar frequências inferiores a 100 Hz, ou seja, um comprimento de onda superior a 3,4 metros se a estrutura acústica for um cubo de 30 cm. Em frequências médias, ou seja, para alto-falantes médios cujas frequências são tipicamente entre cerca de 200 Hz e cerca de 1 kHz, um controlo satisfatório pode ser obtido por uma disposição ad hoc dos transdutores, jogando sobre as interferências entre falantes múltiplos. Em altas frequências, ou seja, para alto-falantes de agudos cujas frequências estão tipicamente compreendidas entre cerca de 1 kHz e cerca de 10 kHz, é necessário montar guias de onda e/ou pavilhões diante do orifício ou boca dos alto-falantes de agudos, muitas vezes chamados de "tweeters" em inglês, ou de motores de câmara de compressão para obter, pela forma da guia e/ou do pavilhão, a diretividade desejada. A vantagem da abordagem mecânica reside na sua simplicidade de design e no seu custo moderado, oferecendo resultados interessantes em frequências médias e altas. A desvantagem devido à fixidade mecânica é que não pode oferecer ao utilizador opções de diretividade no mesmo produto.

Esta desvantagem levou à introdução de comprimentos de onda de geometria variável ou guia de ondas inserindo abas ajustáveis na sarda de guias de ondas, ajustadas pelo utilizador de acordo com a sua escolha. Também é conhecido um dispositivo chamado Outline MINI COM.PASS - marca registada - que pertence à primeira classe de fontes de som de atuação mecânica, com elementos orientáveis, nos quais os transdutores médios estão montados. Infelizmente, esses ajustes apenas afetam certos parâmetros físicos da montagem de média/aguda, mas têm apenas um nível de desempenho limitado em toda a faixa de frequência procurada. A segunda maneira de controlar a diretividade emergiu nos últimos dez anos, baseia-se no uso eletrónico fornecido pelos componentes DSP para o Processador de Sinal Digital - ou processador de sinal digital em francês. Transdutores frequentemente idênticos estão associados num arranjo fisico predefinido. Os transdutores operam numa faixa de frequência comum escolhida pelo fabricante. 0 componente DSP é aplicado a, pelo menos, um dos transdutores dos parâmetros de magnitude e fase em outras palavras, filtragem, ganho, deslocamento de fase, atraso para modificar e controlar a diretividade do conjunto de alto-falantes considerados como uma fonte de som complexa. 0 interesse desta abordagem reside no seu poder para propor diferentes diretividades para a mesma configuração física. Envolve sempre um grande número de transdutores para alcançar o controlo de alta qualidade. A sua desvantagem é o seu alto custo, porque geralmente envolve um componente DSP com amplificação do transdutor e implica uma impossibilidade virtual de abordar o controlo das frequências muito altas assim que o comprimento de onda se torna muito menor do que o tamanho de cada transdutor, tipicamente acima de 4kHz.

Assim, o dispositivo apresentado no documento EP 1635606 pertence à primeira classe de fontes de som de atuação mecânica, com abas ajustáveis atuando mecanicamente e acusticamente em transdutores de média e agudo. O método usa diferentes parâmetros de DSP para diferentes configurações de abas, com o único objetivo de linearizar a resposta de frequência. Não há faixa de frequência comum para transdutores de média e agudo. A frequência de conexão entre transdutores de média e alta frequência é fixa, independente da orientação das abas. O documento US 2005/0207593 AI compreende um sistema de alto-falante que compreende uma guia de onda e sinais de processamento fornecidos a alto-falantes com intervalos de frequência sobrepostos para controlar a diretividade do sistema de alto-falante. O objetivo da invenção é superar as desvantagens de sistemas de altifalantes conhecidos propondo um sistema que tenha uma diretividade particularmente eficaz e que seja de construção suficientemente simples.

Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção por meio de um sistema de som que compreende, pelo menos, um transdutor de som agudo e pelo menos um transdutor de som médio, abas orientáveis atuando sobre uma emissão de som do transdutor de som agudo para produzir uma diretividade de emissão de som do transdutor de som agudo num setor angular selecionado, estando configurado para que o transdutor de som médio e o transdutor de som agudo emitam uma faixa de frequência comum e compreendam, pelo menos, um módulo de controlo do tipo de processador de sinal digital atuando num sinal destinado ao transdutor de som agudo e um sinal para o transdutor de som médio de modo a aplicar pelo menos um parâmetro de magnitude ao transdutor de som agudo (1) e/ou ao transdutor de som médio na faixa de frequência comum e, pelo menos, um parâmetro de fase no transdutor de som agudo e/ou o transdutor de som médio para produzir uma diretividade acústica, emissão do par que consiste no transdutor de som agudo e no transdutor de som médio de acordo com o mesmo setor angular escolhido como diretividade produzida pelas abas orientáveis.

Vantajosamente, as abas orientáveis e o módulo de controlo do tipo DSP são configurados de tal maneira que cada um deles gera uma presença das ondas sonoras a um nivel de som substancialmente constante no referido setor angular escolhido, as abas orientáveis e o módulo de controlo de tipo DSP são configurados de modo a atenuar ondas sonoras em qualquer ângulo fora do referido setor angular selecionado de acordo com uma atenuação superior a 6 dB em relação ao nivel de som mais alto no referido setor angular escolhido.

Vantajosamente, o sistema de som está configurado de forma a que a faixa de frequência comum seja variável em função da orientação das abas orientáveis.

Vantajosamente, o sistema de som compreende, pelo menos, dois transdutores de som médios e pelo menos um transdutor de som agudo, sendo os transdutores de som médios dispostos de cada lado do transdutor de som agudo.

Vantajosamente, o sistema de som compreende uma caixa que envolve, pelo menos, parcialmente uma das abas, pelo menos uma das abas tendo uma superfície voltada para um fluxo de som emitido pelo referido transdutor de som agudo e uma superfície orientada a uma distância do fluxo de som emitido pelo dito transdutor de som agudo, a caixa formando um obstáculo na frente da superfície da aba (6) orientada para longe do fluxo de som emitido pelo transdutor de som agudo para proteger esta superfície contra choque por um objeto Λο·h v* a n "h r·»

Vantajosamente, pelo menos, um transdutor de som médio compreende uma membrana móvel de forma substancialmente cónica e o invólucro de, pelo menos, uma aba é moldado de modo a se conformar a uma parte da forma substancialmente cónica da membrana.

Vantajosamente, o sistema de som constitui um sistema de som portátil.

Vantajosamente, o sistema de som compreende, pelo menos, dois transdutores de som graves e os referidos, pelo menos, dois transdutores de som de baixo estão dispostos de cada lado de uma montagem constituída pelo referido, pelo menos, um transdutor de som agudo e os referidos, pelo menos, dois transdutores de som médio.

Vantajosamente, o sistema de som compreende, pelo menos, uma guia de ondas que transporta ondas sonoras emitidas pelo transdutor de som agudo.

Vantajosamente, o sistema de som compreende uma ranhura através da qual as ondas sonoras produzidas pelo transdutor acústico são emitidas, pelo que dois transdutores de som médios estão dispostos de cada lado da ranhura.

Outras caracteristicas, objetos e vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes ao ler a seguinte descrição detalhada, feita com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra na secção um sistema de altifalantes de acordo com uma forma de realização da invenção. A figura 2 mostra em corte uma peça com abas orientáveis deste mesmo sistema de alto-falantes. 0 sistema de altifalante mostrado na Figura 1 compreende uma matriz K dos transdutores médio e alto. Este sistema de alto- falantes visto da frente é simétrico em relação ao plano vertical que atravessa o sistema no seu meio. A partir do meio da face frontal, existem motores com uma câmara de compressão 1 montada em linha acoplada a guias de ondas superpostas 2 tendo na face frontal uma sarda na forma de uma ranhura longitudinal vertical 3. De uma parte e da outra desta ranhura 3 está montado na face frontal dos transdutores médios 4 localizados mais próximos da ranhura 3. Em ambos os lados destes transdutores médios 4 são montados transdutores de graves 5 localizados perto da secção média.

Os transdutores agudos 1 emitem frequências agudas que são frequências entre cerca de 1 kHz e cerca de 10 kHz. Os transdutores médios emitem frequências médias que são frequências entre cerca de 200Hz e cerca de 1kHz. Os transdutores de graves emitem baixas frequências que são frequências abaixo de cerca de 200Hz.

De cada lado da ranhura 3 foram adicionadas paredes 6 obscurecendo parcialmente os transdutores médios 4 e cuja orientação possibilita dirigir as altas frequências irradiadas pelo transdutor agudo 1 num setor angular correspondente à diretividade do transdutor agudo.

Estas paredes 6 formam abas ajustáveis. Um ajuste mecânico destas abas orientáveis 6 é assim realizado na sarda da guia de ondas 2 própria ligada ao orifício do transdutor de alta frequência 1, aqui constituído por um motor de câmara de compressão. O conjunto é posicionado entre dois ou mais transdutores médios 4 montados em radiação direta num plano fixo, de modo que o dispositivo completo tenha uma simetria em relação a um plano vertical. As abas 6 localizadas na saída das guias de ondas 2 são aqui móveis com uma pré-seleção de várias orientações.

As abas 6 estão presas em duas caixas respetivas 7. Cada uma -η n CCl Ί VCi Ο Π /Λ Ο -I- /4 /Λ _ O ·—1/-\ νΛ/ΊΛ V* /"4 /~\ Π rn O VN ·—i /-Ί /~\ /4 /Λ 1 -! m -! +- r* /-4 /~\ pela face inferior da aba 6 afastada da corrente de som aguda. As caixas 7 protegem assim as abas 6 de tal maneira que nenhum objeto externo pode entrar em contato com a aba abaixo desta última. Cada uma das caixas 7 também acomoda e protege um sistema para rotação e pré-seleção da orientação da aba correspondente 6. Na presente forma de realização, as caixas 7 têm cada uma porção sobreposta de um respetivo transdutor de meio. Nesta peça de cobertura, cada caixa 7 penetra no espaço cónico delimitado pela membrana móvel do transdutor mediano 4 e está em conformidade com a forma da membrana.

Neste caso, as abas 6 podem ser orientadas individualmente, de modo que um ajuste assimétrico da orientação do fluxo de som pode ser adotado com o sistema atual, tanto para a direita como para a esquerda, dependendo de um dos dois As abas estão dispostas na posição elevada. A rotação das abas 6 permite modificar a diretividade dos agudos sobre a gama de operação dos transdutores agudos, tipicamente no intervalo de frequências acima de 800 Hz, desde que o tamanho das abas 6, em modo aberto ou fechado, suficiente para garantir um controlo efetivo. Na verdade, deve-se notar a perda de controlo de diretividade à medida que as abas são apertadas de acordo com um setor angular estreito devido a dimensões físicas que são muito pequenas na saída das abas.

Para cancelar este efeito, é introduzida uma configuração nos transdutores no sistema atual que ativa progressivamente esses transdutores pela DSP para compensar acusticamente a perda de controlo dos agudos na sua parte inferior.

No presente dispositivo, os transdutores médios 4 e os transdutores agudos 1 operam em uma faixa de frequência comum e um componente DSP define os parâmetros de magnitude e fase

^ ao -c ofi π /—^ /—\ c1 1 /~\ f r-3 n o^n f λ r τηήΗ Ί Λ r~\ ·Ζ> “F η V 3 Η O frequência comum de modo que a diretividade do transdutor obtida por esses parâmetros é a mesma que a diretividade produzida pelo ajuste das abas 6 nas frequências agudas. Para este fim, pelo menos três pontos de origem são combinados eletronicamente por DSP, nomeadamente o transdutor agudo 1 posicionado no centro e os dois transdutores idênticos 4 localizados de cada lado, de modo que, de uma maneira conhecida per se, a soma acústica resulta na diretividade desej ada. 0 presente dispositivo consiste, em outras palavras, em ajustar os parâmetros de filtragem, ganho, fase e atraso, um atraso equivalente a uma mudança de fase dependente da frequência e um equivalente de filtragem a uma magnitude dependente da frequência, como é o caso na presente forma de realização. Esta técnica pode ser generalizada em vários pontos de fonte adicionais que seriam posicionados em ambos os lados do dispositivo descrito acima, e isso, passo a passo, para controlar as frequências ainda mais baixas e correlacioná-las com as outras secções. Assim, um sistema de altifalantes com diretividade variável é obtido não só pela variabilidade da orientação das abas, mas também pela variabilidade coordenada do processamento aplicado pelo componente DSP.

Os transdutores agudos 1 são fornecidos aqui por um componente DSP incluído num módulo de controlo que também usa amplificação além do processamento do sinal digital. 0 filtro que passa-alto entre a frequência média e a alta frequência é definido como um valor Fc. 0 ganho e o atraso da secção aguda são ajustados em relação à secção média, de modo que a soma acústica seja mais favorável sobre o setor angular mais amplo, 110° no presente exemplo. Uma atenuação de ganho é implementada numa faixa de frequência [Fc, Frc] em relação ao ganho nominal na faixa de frequência inferior a Frc, de um valor inferior a 6 dB variando de acordo com a orientação das abas, entre Fc e Fc χ 2,5 de acordo com a orientação das abas 6. Um atraso adicional é aplicado na secção aguda dependendo da orientação das abas. Os transdutores médios 4 são também alimentados por um módulo de controlo que produz o processamento de sinal digital e a amplificação, sendo estes módulos aqui um para cada tipo de transdutor, mas que alternativamente podem ser substituídos por uma pluralidade de módulos de controlo por cada um associado a um respetivo transdutor. 0 módulo de controlo aqui é organizado externamente ao sistema de alto-falante mostrado nas figuras, mas, alternativamente, pode ser integrado a um sistema de alto-falante.

Se os transdutores médios 4 estão associados em paralelo, a transição do filtro passa-baixo entre frequências médias e altas frequências é fixado em Fc, uma sobreposição de filtro passa-baixo entre as frequências do meio transdutor 4 e transdutor de triplo 1 está ligado ao valor de Frc, Frc entre Fc e Fc variante x 2,5 de acordo com a orientação das abas 6. Uma atenuação ganho a [Fc, Frc] em relação ao ganho nominal da gama de frequências abaixo CRF está aqui colocado realizada com um valor de atenuação superior a 6 dB. 0 sistema de alto-falante atual é um sistema portátil de uma pessoa ou duas pessoas, usando alças dispostas nas extremidades do sistema atual.

Assim, as frequências e atenuações dadas na tabela segundo a qual as frequências e atenuações são dadas em função da diretividade desejada são utilizadas na presente forma de realização exemplar, podendo estas frequências e atenuações variar de acordo com a configuração fisica dos transdutores. Além disso, valores são dados aqui para um valor de Fc igual a 1 kHz.

Setor angular das abas 70° 90° 110° SECÇÃO MÉDIA:

Frequência de transição Fc (Hz) Fc Fc Fc

Frequência de sobreposição Frc (Hz) 2,5 x Fc 2,5 x Fc Fc Atenuação na faixa Fc-Frc -11 dB -14dB > 30dB

SECÇÃO AGUDA

Frequência de transição Fc (Hz) Fc Fc Fc

Atenuação na faixa Fc-Frc -3dB 2dB OdB

Atraso de acoplamento adicional (ms) -0,2 a -0,4 -0,1 a -0,2 0 O dispositivo descrito combina um ajuste mecânico da fonte de som através da utilização das abas ajustáveis 6 que atuam na secção aguda e uma configuração do componente DSP dos transdutores de baixo 5, médio 4 e agudo 1 implementando uma faixa de frequência comum para, pelo menos, dois tipos de transdutores, que a faixa de frequência comum aqui varia em função da orientação das abas de agudo 6. Os parâmetros mecânicos e eletrónicos são ajustados de modo a ampliar o controlo de diretividade obtido no agudo nas frequências médias reproduzidas pelos transdutores médios 4. Assim, os parâmetros relativos de magnitude e fase dos transdutores são alterados pelo componente DSP para obter uma correspondência entre a diretividade do agudo e o meio. É assim possível, ajustar a diretividade de uma fonte sonora contendo um tal dispositivo sobre um sector angular estendido situado entre 60° e 120°, com um bom controlo a partir de 300Hz, até frequências que excedem 10kHz.

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema de som compreendendo, pelo menos, um transdutor de alta frequência (1) e, pelo menos, um transdutor de média frequência (4) e abas orientáveis (6) que atuam sobre uma emissão de som do transdutor de alta frequência produzir uma diretividade da emissão de som do transdutor de alta frequência (1) ao longo de um sector angular escolhido, caracterizado por estar configurado de modo que o transdutor de média frequência (4) e o transdutor de alta frequência (1) emitem sobre uma faixa de frequência comum e inclui, pelo menos, um módulo de controlo do tipo de processador de sinal digital que atua num sinal para o sinal de alta- (1) e/ou sobre (1), o transdutor de frequência (1) e o sinal para o transdutor de média frequência (4) de forma a se aplicar, na faixa de frequência comum, o transdutor de média frequência (4), bem como, pelo menos, um parâmetro de fase no transdutor de alta frequência (1) e/ou no transdutor de média frequência pelo transdutor de alta frequência (1) e pelo transdutor de média frequência (6).
2. 2. Sistema de som de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as abas direcionais (6) e o módulo de controlo do tipo DSP serem configurados de modo que cada um deles gere uma presença das ondas sonoras (DSP), o módulo de controlo do tipo DSP está configurado de modo que fornece a atenuação do som em todos os ângulos escolhidos segundo uma atenuação superior a 6 dB, em relação ao nivel sonoro máximo no dito setor angular escolhido.
3. 3. Sistema de som de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por estar configurado de modo que a faixa de frequência comum seja variável dependendo da orientação das abas orientáveis (6).
4. 4. Sistema de som de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender, pelo menos, dois transdutores de média frequência (4) e, pelo menos, um transdutor de alta frequência (4) sendo posicionado sobre qualquer lado do transdutor de alta frequência (1) .
5. 5. Sistema de som de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender uma caixa (7) que contorna, pelo menos, parcialmente uma das abas (6), pelo menos, uma das abas que tem uma superfície que está orientada para enfrentar um fluxo de som pelo referido transdutor de alta frequência que está orientado para longe do fluxo de som pelo referido transdutor de alta frequência (1), a caixa (7) formando um obstáculo na frente da superfície do obturador transdutor (1) de modo a proteger a referida superfície de um impacto por um objeto estranho.
6. 6. Sistema de som de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por, pelo menos, o referido transdutor sonoro médio (4) comportar uma membrana móvel de forma substancialmente cónica e a caixa (7) de, pelo menos, uma aba (6) referida ser conformada de forma a encaixar uma parte da forma substancialmente cónica da membrana.
7. 7. Sistema de som de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por constituir um sistema de altifalante móvel.
8. 8. Sistema de som de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender, pelo menos, dois transdutores de baixa frequência (5) e os referidos, pelo menos, dois transdutores de baixa frequência (5) estarem posicionados em ambos os lados de um conjunto constituído pelo referido, pelo menos, um transdutor de alta frequência e os transdutores de média frequência (4).
9. 9. Sistema de som de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender, pelo menos, uma guia de ondas (2) que transporta ondas sonoras emitidas pelo transdutor de alta frequência (1).
10. 10. Sistema de som de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender uma ranhura (3) através da qual são emitidas as ondas sonoras produzidas pelo transdutor de alta frequência aguda (1), pelo que os dois transdutores de média frequência estão posicionados em ambos os lados da ranhura (3).