BR112017015384B1 - Método de adaptação do ganho de volume aplicado em um amplificador e amplificador - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE ADAPTAÇÃO DO GANHO DE VOLUME APLICADO EM UM AMPLIFICADOR E AMPLIFICADOR. A presente invenção se refere a um método de adaptação do ganho de volume aplicado em um amplificador que controla pelo menos um alto-falante de um compartimento em função do ganho de volume desejado selecionado por um usuário em uma escala aumentada por um ganho de volume desejado máximo, que inclui as etapas de: determinação (204) da intensidade eficaz aplicada a pelo menos um alto-falante, cálculo (206 e 208) de um ganho de volume máximo a partir: do ganho de volume desejado, da intensidade eficaz aplicada ao alto-falante, das características térmicas do alto-falante, do ganho de volume desejado máximo, cálculo (210) de uma função monótona crescente que fornece um ganho de volume aplicado variável em função do ganho de volume desejado, de modo que a imagem do ganho de volume desejado máximo pela função monótona seja igual ao ganho de volume máximo, aplicação (212) ao amplificador, como ganho de volume aplicado, do mínimo do ganho de volume máximo e do ganho de volume aplicado variável para o ganho de volume desejado.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método de adaptação do ganho de volume aplicado em um amplificador de áudio que controla, pelo menos, um alto-falante de um compartimento em função do ganho de volume desejado selecionado por um usuário em uma escala aumentada por um ganho de volume desejado máximo.
[002] Um alto-falante eletrodinâmico é um dispositivo eletromecânico cujo objetivo é converter em pressão acústica a tensão elétrica que é aplicada aos seus terminais. Devido à resistência elétrica da bobina do alto-falante e da corrente que nela circula, surge um aquecimento térmico. O alto-falante tem uma certa capacidade de dissipar no seu ambiente, a energia térmica que ele cria. No entanto, quando a energia elétrica recebida pelo alto- falante produz uma energia térmica superior à que ele consegue dissipar, a temperatura da bobina do alto-falante pode aumentar acima de um valor permitido, levando à deterioração da bobina e, portanto, do alto-falante.
[003] Existem métodos e dispositivos que são implantados para limitar a potência térmica produzida pelo alto-falante, limitando a corrente que circula no interior da bobina.
[004] Esses métodos utilizam frequentemente a tensão aplicada ao alto-falante para enviar a ele, em um modelo cuja saída é comparada a um limite mínimo para agir sobre a tensão aplicada ao alto-falante. Os modelos mais complexos medem a corrente que atravessa a bobina. Para evitar o sobreaquecimento do alto-falante, o ganho de volume desejado pelo usuário é reduzido automaticamente para limitar a potência térmica no alto-falante. O ganho de volume desejado é a ordem aplicada pelo usuário para regular o nível sonoro produzido pelos compartimentos. O usuário percebe essa variação. Para atenuar a variação percebida pelo usuário, constantes de tempo que limitam a velocidade de variação do ganho de volume desejado são acrescentadas ao dispositivo de limitação da potência. Os dispositivos de limitação da velocidade de variação são difíceis de regular e, na maior parte das vezes, resultam no fenômeno de bombeamento.
[005] O objetivo da invenção é limitar a potência térmica dissipada pelo alto-falante e ao mesmo tempo evitar a percepção da variação de energia fornecida ao alto-falante pelo usuário e os fenômenos de bombeamento.
[006] Para isso, a invenção tem por objetivo um método do tipo anteriormente citado, definido pelo fato de que compreende as etapas de: - determinação da intensidade eficaz aplicada a pelo menos um alto-falante, - cálculo de um ganho de volume máximo a partir: - do ganho de volume desejado, - da intensidade eficaz aplicada ao alto-falante, - das características térmicas do alto-falante, - do ganho de volume desejado máximo, - cálculo de uma função monótona crescente que dá um ganho de volume aplicado variável em função do ganho de volume desejado, de modo que a imagem do ganho de volume desejado máximo pela função monótona seja igual ao ganho de volume máximo, - aplicação ao amplificador, como ganho de volume aplicado, do mínimo do ganho de volume máximo e do ganho de volume aplicado variável para o ganho de volume desejado.
[007] De acordo com as realizações particulares de execução, o método inclui uma ou várias das seguintes características: - a função monótona é uma função afim; - a função monótona é dada por:
em que α é um valor compreendido entre 0 e 1; (Gvolume)max variável é o ganho de volume aplicado variável; (Gvolume)max é o ganho de volume máximo; (Gvolume desejado) é o ganho de volume desejado; e (Gvolume desejado)max é um ganho de volume desejado máximo. - uma etapa de cálculo do ganho de volume máximo individual é efetuada para cada alto-falante a partir: - do ganho de volume desejado, - da intensidade eficaz aplicada ao alto-falante, - das características térmicas do alto-falante, e o ganho de volume máximo é determinado a partir dos ganhos de volume máximo individuais. - o ganho de volume máximo é o mínimo dos ganhos de volume máximo individuais e do ganho de volume desejado máximo.
[008] Ademais, outro objetivo da invenção é um amplificador que inclui: - meios de determinação da intensidade eficaz aplicada a pelo menos um alto-falante; - meios de cálculo de um ganho de volume máximo a partir: - do ganho de volume desejado, - da intensidade eficaz aplicada ao alto-falante, - das características térmicas do alto-falante, - do ganho de volume desejado máximo, - meios de cálculo de uma função monótona crescente que dão um ganho de volume aplicado variável em função do ganho de volume desejado, de modo que a imagem do ganho de volume desejado máximo pela função monótona seja igual ao ganho de volume máximo; e - meios para aplicar ao amplificador, como ganho de volume aplicado, o mínimo do ganho de volume máximo e do ganho de volume aplicado variável para o ganho de volume desejado.
[009] A invenção será mais bem compreendida após a leitura da descrição adiante, fornecida apenas a título de exemplo e em referência aos desenhos, nos quais: - a Figura 1 é uma vista esquemática de uma instalação de restituição sonora; - a Figura 2 é um organograma do método de regulagem contínua do volume de amplificação; e - a Figura 3 é uma curva ilustrando o volume de amplificação aplicado em função do volume de amplificação desejado através da execução do método da Figura 2.
[010] A instalação de restituição sonora 10 ilustrada na Figura 1 inclui um módulo 12 de produção de um sinal de áudio, como uma leitora de disco digital conectada a um alto-falante 14 através de um amplificador 16.
[011] O amplificador 16 inclui um estágio de amplificação em tensão 18 em cuja saída o alto-falante 14 é conectado. Entre a fonte 12 e a entrada do estágio de amplificação 18, o amplificador inclui um estágio 20 de ajuste do nível sonoro de acordo com um ganho de volume aplicado designado (Gvolume) aplicado, cuja saída é conectada a um estágio de controle 22 específico para fornecer um sinal de excitação do alto-falante que é fornecido na unidade de amplificação 18.
[012] O estágio de controle 22 se destina especialmente a calcular a tensão U e a intensidade I que devem ser aplicadas ao alto-falante para que a membrana do alto-falante esteja a cada instante em uma posição determinada com uma velocidade, uma aceleração, uma derivada da aceleração em relação ao tempo, específicas para reproduzir o sinal recebido pela unidade de controle 22. Em particular, o estágio de controle 22 é específico para determinar a intensidade I que, a cada instante, irá circular no alto-falante 14 depois da amplificação pelo estágio de amplificação 18 em função dos parâmetros dinâmicos desejados para a membrana do alto-falante.
[013] Além disso, o amplificador 16 inclui uma unidade 24 de controle do volume sonoro. Esta unidade 24 se destina especificamente a definir e tratar o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado no estágio de ajuste do volume sonoro 20, ao qual a sua saída é conectada.
[014] A unidade 24 é conectada aos meios 26 de entrada de um ganho de volume desejado designado Gvolume desejado correspondente a uma expressão do nível sonoro desejado pelo usuário. Esses meios 26 são formados, por exemplo, por um potenciômetro de regulagem do volume sonoro acessível manualmente pelo usuário. O ganho de volume desejado Gvolume desejado pode ser regulado manualmente em uma escala desde um valor mínimo até um valor máximo designado por (Gvolume desejado)max
[015] A unidade 24 de controle do volume sonoro é conectada ao estágio de controle 22 para receber a corrente instantânea I.
[016] A unidade 24 inclui meios 28 de cálculo de um ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável e meios 30 de comparação aos quais são conectados os meios de entrada 26 e os meios de cálculo 28. Os meios de comparação 30 se destinam a fornecer, no estágio 20 de ajuste do nível sonoro, o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado, em seguida uma comparação entre os valores do ganho de volume desejado Gvolume desejado e o ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável.
[017] Os elementos aqui descritos são executados por parte para cada um dos alto-falantes dos compartimentos da instalação, que têm características mecânicas e/ou elétricas diferentes, e/ou que devem reproduzir sinais de fontes diferentes.
[018] Deste modo, a unidade de controle 22 se destina especificamente a efetuar o cálculo da corrente instantânea Ii para cada alto- falante i e a unidade de controle do volume sonoro 24 recebe cada uma das correntes instantâneas Ii.
[019] O funcionamento do amplificador, em especial da unidade 24 de controle do volume sonoro, é ilustrado na Figura 2.
[020] Na etapa 202, a unidade 24 recebe as correntes Ii que deveriam circular nos alto-falantes 14 para obter as grandezas dinâmicas dos alto-falantes 14. Cada corrente Ii é fornecido pelo estágio de controle 22 que, a partir do sinal musical a ser reproduzido e do ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado apresentados na entrada do estágio de controle 22, determina a corrente Ii a ser circulada e a tensão Ui, a ser aplicada aos terminais do alto- falante i para obter as grandezas dinâmicas desejadas.
[021] Como alternativa, a corrente instantânea Ii é medida nos terminais do alto-falante 14.
[022] A partir do valor instantâneo Ii o valor eficaz rms (acrônimo de Root Mean Square no idioma inglês) da corrente instantânea aplicado a cada alto-falante designada (lrms)i é determinado na etapa 204 pelos meios de cálculo 28, por exemplo, pela implantação de um filtro passa-baixa, ao longo de um tempo selecionado dependente da constante de tempo térmica do alto-falante.
[023] Na etapa 206, para cada alto-falante Ii, um valor eficaz normalizado (l rms norm)i da corrente com um ganho de volume unitário é determinado pelos meios de cálculo 28, pela fórmula:
em que Gvolume desejado é o valor do ganho de volume desejado introduzido pelo usuário desde os meios de entrada 26, e (lrms)i é o valor eficaz da corrente instantânea que deve ser aplicada ao alto-falante.
[024] Na etapa 208, um ganho de volume máximo ((Gvolume)max)i é determinado pelos meios de cálculo 28 de acordo com a fórmula: ou
em que (Pi)max potência térmica máxima admissível para o alto- falante Ii e (Re)i é a resistência elétrica do alto-falante i.
[025] A corrente eficaz máxima (l rms max)i é determinada então a partir da resistência (Re)i do alto-falante e da potência térmica máxima admissível (Pi)max pelo alto-falante.
[026] A cada instante, o ganho de volume máximo (Gvolume max)i depende, portanto, da intensidade eficaz (lrms)i aplicada ao alto-falante 14 conforme determinado durante a etapa 204.
[027] Um ganho de volume máximo (Gvolume)max para o conjunto de alto-falantes 1 a n 0 é calculado pelos meios de cálculo 28 de acordo com a relação:
[028] Esse valor de ganho de volume máximo (Gvolume)max é o valor mínimo dos ganhos de volume máximo individuais (Gvolume max)i de cada alto- falante e do ganho de volume máximo desejado (Gvolume desejado)max, que é reduzido em 0,1% por razões de implantação de cálculo.
[029] Na etapa 210, os meios de cálculo 28 integrados à unidade de controle do volume sonoro 24 determinam um ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável de acordo com a seguinte fórmula:
em que: - α é um valor compreendido entre 0 e 1 que corresponde à proporção de potência máxima admitida a partir da qual uma limitação em potência passa a agir. Este valor é estabelecido na concepção do amplificador. (Gvolume)max variável é o ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max é o ganho de volume máximo (Gvolume desejado) é o ganho de volume desejado (Gvolume desejado)max é um ganho de volume desejado máximo
[030] De forma ainda mais geral, o ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável é uma função monótona crescente, por exemplo, uma função afim, que fornece um ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável em função do ganho de volume desejado Gvolume desejado, de modo que uma imagem do ganho de volume desejado máximo (Gvolume desejado)max pela função monótona seja igual ao ganho de amplificação máximo (Gvolume)max.
[031] Na etapa 212, os meios de comparação 30 determinam o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado pelo estágio de ajuste do nível sonoro 20 como sendo o mínimo do ganho de volume desejado (Gvolume)desejado e do ganho de volume aplicado variável (Gvolume)max variável, ou seja:
[032] A Figura 3 ilustra o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado em função do ganho de volume desejado (Gvolume)desejado.
[033] A curva em traço contínuo representa a relação entre essas duas grandezas para um ganho de volume máximo (Gvolume)max igual a 10, um coeficiente a igual a 0,8 e um ganho de volume desejado máximo (Gvolume desejado)max igual a 30.
[034] Nesse caso, compreende-se que o volume aplicado (Gvolume)aplicado é igual ao ganho de volume desejado Gvolume desejado até o ponto de interseção entre a função monótona designada pela referência 302 e o segmento de reta que corresponde à identidade identificada pela referência 304.
[035] O segmento de reta 302 correspondente à função monótona crescente passa pelo ponto cuja abscissa 30 é o ganho de volume desejado máximo e pelo ponto cuja ordenada 10 corresponde ao ganho de volume máximo.
[036] Seu coeficiente diretor é dado por
e é proporcional ao valor 1-α estabelecido. O traço misto representa a função que fornece o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado em função do ganho de volume desejado (Gvolume)desejado para um ganho de volume máximo (Gvolume)max igual a 14 e um coeficiente α estabelecido igual a 0,8.
[037] Compreende-se que, a cada instante, a forma da curva que fornece o ganho de volume aplicado (Gvolume)aplicado em função do ganho de volume desejado Gvolume desejado varia em função da variação da música e das correntes Ii.
[038] Considerando o fato de que as correntes eficazes (lrms)i são obtidas por filtração do tipo passa-baixa, suas variações são lentas em vista das variações do sinal musical. Deste modo, a eventual diminuição do ganho do volume aplicado (Gvolume)aplicado é lenta e não produz ruídos parasitas.
[039] O dispositivo é do tipo preditivo e, portanto, não inclui um circuito, o que poderia desencadear uma instabilidade ou efeito de bombeamento indesejável.
[040] O ganho de volume aplicado para o controle de cada alto- falante é, inicialmente, idêntico para cada alto-falante. Como alternativa, é diferente para cada um dos alto-falantes.
[041] Considerando a presença da função monótona, o método de limitação da potência térmica é tal que uma modificação do ganho de volume desejado Gvolume desejado pelo usuário resulta numa modificação do volume aplicado (Gvolume)aplicado com o mesmo sentido de variação, mesmo se não se encontrar nas mesmas proporções, limitando a potência por cada alto-falante.
[042] Deste modo, o usuário não é perturbado pela percepção de desconsideração da sua instrução de variação do volume desejado pelos meios de entrada 26, mesmo se o amplificador funcionar com um valor próximo do seu valor limite de amplificação.
Claims (6)
1. MÉTODO DE ADAPTAÇÃO DO GANHO DE VOLUME APLICADO ((Gvolume)aplicado) EM UM AMPLIFICADOR (16), que controla pelo menos um alto-falante (14) de um compartimento em função do ganho de volume desejado (Gvolume desejado) selecionado por um usuário em uma escala aumentada por um ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max), caracterizado por incluir as etapas de: (a) determinação (204) da intensidade eficaz (lrms) aplicada a pelo menos um alto-falante, (b) cálculo (206, 208) de um ganho de volume máximo ((Gvolume)max) a partir: - do ganho de volume desejado (Gvol ume desejado), - da intensidade eficaz (lrms) aplicada ao alto-falante, - das características térmicas ((Pi)max, (Re)i) do alto- falante, - do ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max), (c) cálculo (210) de uma função monótona crescente que fornece um ganho de volume aplicado variável ((Gvolume)max variável) em função do ganho de volume desejado (Gvolume desejado) de modo que a imagem do ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max) pela função monótona seja igual ao ganho de volume máximo ((Gvolume)max), e (d) aplicação (212), ao amplificador, como ganho de volume aplicado ((Gvolume)aplicado), do mínimo do ganho de volume desejado (Gvolume desejado) e do ganho de volume aplicado variável ((Gvolume) max variável).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela função monótona ser uma função afim.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela função monótona ser dada por:
- em que α é um valor compreendido entre 0 e 1; - (Gvolume)max variável é o ganho de volume aplicado variável; - (Gvolume)max é o ganho de volume máximo; - Gvolume desejado é o ganho de volume desejado; e - (Gvolume desejado)max é um ganho de volume desejado máximo.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações - a 3, caracterizado por uma etapa de cálculo do ganho de volume máximo individual ((Gvolume)max i) ser efetuada para cada alto-falante (i) a partir: - do ganho de volume desejado (Gvolume desejado), - da intensidade eficaz (lrms) aplicada ao alto-falante, - das características térmicas ((Pi)max, (Re)i) do alto-falante, e o ganho de volume máximo (Gvolume max) ser determinado a partir dos ganhos de volume máximo individuais ((Gvolume max)i).
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo ganho de volume máximo (Gvolume max) ser o mínimo dos ganhos de volume máximo individuais ((Gvolume max),) e do ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max).
6. AMPLIFICADOR (16), caracterizado por compreender: - meios (26) de entrada de um ganho de volume desejado (Gvolume desejado) para o usuário por um usuário em uma escala aumentada por um ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max), - meios de adaptação do ganho de volume aplicado ((Gvolume)aplicado) pelo amplificador pelo menos um alto-falante (14) de um compartimento em função do ganho de volume desejado (Gvolume desejado) selecionado, sendo que o amplificador ainda inclui: - meios de determinação da intensidade eficaz (lrms) aplicada a pelo menos um alto-falante, - meios de cálculo de um ganho de volume máximo ((Gvolume)max) a partir: - do ganho de volume desejado (Gvolume desejado), - da intensidade eficaz (lrms) aplicada ao alto-falante, - das características térmicas (Pi)max, (Re)i) do alto-falante, - do ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max), - meios de cálculo de uma função monótona crescente que fornece um ganho de volume aplicado variável ((Gvolume)max variável) em função do ganho de volume desejado (Gvolume desejado), de modo que a imagem do ganho de volume desejado máximo ((Gvolume desejado)max) pela função monótona seja igual ao ganho de volume máximo ((Gvolume)max), - meios para aplicar (212) ao amplificador, como ganho de volume aplicado ((Gvolume)aplicado), o mínimo do ganho de volume desejado (Gvolume desejado) e do ganho de volume aplicado variável ((Gvolume) max variável).
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