ES2273894T3 - Sistemas de transductores de sonidos con caracteristicas direccionales controlables. - Google Patents

Abstract

Sistema de transductores de sonido, en particular altavoces, que comprende n altavoces (n = 2 ... x) que están dispuestos de acuerdo con un modelo regular a lo largo de una línea en un cuerpo envolvente en forma de columna, en el que cada uno de los transductores de sonido están dotados de un filtro asociado, recibiendo todos los filtros una señal de audio en una entrada de los mismos y suministrando una señal en su salida al transductor de sonido asociado, a efectos de que los transductores de sonido en funcionamiento posean un modelo de señal con característica predeterminada, caracterizado porque, para obtener dicho modelo de señal, se disponen medios para aplicar en cada altavoz n de la columna un voltaje Vn, de acuerdo con: en la que: Vn: voltaje en los terminales del altavoz n; V: voltaje en los terminales de los altavoces en el centro acústico de la columna; dlsn: distancia en metros del altavoz n al centro acústico de la columna; dlsmax: distancia en metros al centro acústico del altavoz más alejado del mismos; a: parámetro que depende del ángulo de cobertura, frecuencia y dimensión del conjunto de acuerdo con la relación: en la que: a: ángulo de cobertura vertical en grados, que se escoge de modo fijo para un diseño específico; f: frecuencia en Hz; lconjunto: longitud del conjunto en metros; k: constante = 14.103 en las unidades mencionadas a, f y lconjunto.

Description

Sistemas de transductores de sonidos con características direccionales controlables.

La presente invención se refiere a un sistema de transductores de sonidos, en particular altavoces, que comprende n altavoces (n=2 ... x) que están dispuestos de acuerdo con un modelo regular a lo largo de una línea en un cuerpo envolvente en forma de columna, de manera que cada uno de los transductores de sonido están dotados de un filtro asociado, recibiendo la totalidad de dichos filtros una señal de audio en una entrada y facilitando una señal en una salida del mismo al transductor de sonido asociado, a efectos de que los transductores de sonido en funcionamiento posean un modelo de señal con una característica predeterminada.

Si bien la invención se refiere a transductores de sonido, es decir, altavoces y micrófonos, a continuación se hará referencia a altavoces a efectos de claridad de comprensión de la invención.

Estos sistemas de altavoces en forma de columna son utilizados especialmente en sistemas dirigidos al público, en conciertos (pop) y similares, y tienen como ventaja que por la utilización de un gran número de altavoces conectados en paralelo se puede suministrar una potencia muy elevada, de manera que con un sólo sistema se puede cubrir un espacio grande.

Un inconveniente de dichas columnas de altavoces es que, vistas en dirección vertical, son muy sensibles a la dirección.

La figura 1 muestra las propiedades direccicionales de una columna convencional de altavoces, de la cual se observa que para altas frecuencias el ángulo de cobertura es pequeño, y para frecuencias más bajas el ángulo de cobertura es grande, mientras que además los lóbulos laterales en lados opuestos del lóbulo principal son bien visibles. Los lóbulos laterales de primer orden del ejemplo mostrado tienen, con respecto al lóbulo principal, un nivel aproximado de 13 dB, los lóbulos laterales de segundo orden tienen un nivel aproximado de -18 dB y los lóbulos laterales de tercer orden tienen un nivel aproximado de -21 dB, etc.

El ángulo de cobertura variable y los lóbulos laterales son, en muchos casos poco deseables porque pueden tener una influencia muy adversa en la calidad de sonido del sistema en general y en la inteligibilidad en particular. Especialmente, en espacios en los que existen superficies fuertemente reflectantes y en los que, dependiendo de las circunstancias, un número grande o pequeño de personas se puede encontrar presente, es difícilmente posible, debido al ángulo de cobertura variable y a los lóbulos laterales, obtener un modelo de sonido satisfactorio. Para una explicación detallada de los problemas antes indicados, se hace referencia al artículo "Design and Implementation of a Sound Column with Exceptional Properties" de J. Van, der,Werff, 96 Convención AES, 26 de Febrero - 1 de Marzo de 1994, Amsterdam.

El artículo indicado comprende una descripción de una columna de altavoces con la designación de "columna de \lambda constante" que, para todas las frecuencias, tiene el mismo ángulo de cobertura y el mismo nivel de lóbulos laterales. Esto se consigue por un elevado filtrado de la señal aplicada a los altavoces, de manera que, al estar situado un altavoz más alejado de la parte media de la columna, el filtrado empieza a una frecuencia más baja.

La figura 2 muestra las características direccionales de dicha columna de \lambda constante. Esta figura muestra, no obstante, que si bien las características han sido mejoradas con respecto a las de la figura 1, los lóbulos laterales se encuentran todavía presentes.

La patente US-A-3.308.237 describe un método para suprimir los lóbulos laterales de un modelo acústico direccional a efectos de mejorar la salida acústica. De acuerdo con esta publicación, esto se consigue al disponer una serie de conjuntos de altavoces de columna y limitando la frecuencia de la señal facilitada de manera tal que el distribuidor de corriente se adapte a las características de los polinomios de Tchebyscheff.

La invención prevé dar a conocer un sistema de altavoces y, de manera más general, un sistema de transductores de sonido que posibilitan que los lóbulos laterales se supriman esencialmente de forma completa, o por lo menos, hasta un nivel muy bajo deseado, mientras que el ángulo de cobertura constante se mantiene para todas las frecuencias de audio relevantes.

La invención prevé, además, un sistema del tipo antes mencionado que posibilita la ampliación del lóbulo principal.

Finalmente, la invención prevé un sistema del tipo antes mencionado que posibilita la eliminación de los lóbulos parásitos ("grating") o, como mínimo su supresión en una proporción muy amplia.

Con este objetivo, la invención da a conocer un sistema de transductores de sonido del tipo antes mencionado, que se caracteriza por la disposición de medios para aplicar a cada altavoz n de la columna un voltaje V_{n} definido según:

1

en la que:

V_{n}:

voltaje en los terminales del altavoz n;

V:

voltaje en los terminales de los altavoces en el centro acústico de la columna;

dls_{n}:

distancia en metros del altavoz n al centro acústico de la columna;

dls_{max}:

distancia en metros al centro acústico del altavoz más alejado;

\alpha:

parámetro que depende del ángulo de cobertura, frecuencia y dimensión del conjunto de acuerdo con la relación:

2

en la que:

\beta:

obertura de ángulo vertical en grados, que se escoge de manera fija para un diseño específico;

f:

frecuencia en Hz;

l_{conjunto}:

longitud del conjunto en metros;

k:

constante 14.10^{3} dadas las unidades mencionadas para \beta, f y l_{conjunto}

De acuerdo con la invención, se ha descubierto, de manera sorprendete, que si en potencia aplicada al altavoz en la columna satisface a la relación indicada, los lóbulos laterales quedan completamente eliminados y el ángulo de cobertura es constante.

La figura 3 muestra el diagrama de dirección de una columna de altavoces construida de acuerdo con el principio de la invención, de la que resulta totalmente evidente.

En el ejemplo, según la figura 3, el punto inicial ha sido una columna con 43 altavoces y un diámetro de 13,5 cm, con el centro acústico situado en la parte media longitudinal de la columna, un llamado conjunto simétrico. No obstante, el principio de la invención es aplicable también, de manera directa, en conjuntos con centro acústico situado de forma asimétrica.

La figura 4 muestra, esquemáticamente, un sistema de altavoz, de acuerdo con la invención, dotado de una serie de altavoces (1), a n que se aplica la señal de salida de un amplificador (2). Entre la salida del amplificador y los altavoces, se ha incluido una conexión en serie de atenuadores ajustables (3) y filtros de paso bajo ajustable (4). Los atenuadores están dispuestos de acuerdo con la fórmula (1) y los filtros de paso bajo, de acuerdo con el principio de columna de \lambda constante.

La fórmula (1) puede ser también utilizada de manera ventajosa para dar a varios altavoces de una columna una ponderación temporal. Con una ponderación temporal, se puede influir en la característica direccional de una columna y, en particular, en la amplitud del lóbulo principal.

La fórmula (1), descrita para el retardo de tiempo de la señal aplicada a un altavoz n de una columna, es la siguiente:

3

en la que:

t_{n}:

retraso de tiempo del transductor n;

maxt:

diferencia máxima de tiempo entre los transductores (dependiendo de la frecuencia, magnitud de la ampliación);

dls_{n}:

distancia del altavoz n al centro acústico;

dls_{max}:

distancia del altavoz más alejado del centro acústico;

\alpha:

parámetro que consigue el efecto buscado, aproximadamente 3.

Con la fórmula (2), opcionalmente, asimismo, el lóbulo principal puede ser dividido en dos lóbulos principales, que forman un ángulo igual con el eje principal. Esto es especialmente útil, por ejemplo, en estadios para la irradiación de dos filas de escenarios. La ponderación de tiempo se puede aplicar independientemente del nivel de ponderación según la fórmula (1), pero también en combinación con el mismo.

Los lóbulos parásitos o de rejilla ("grating") resultan de la discontinuidad entre transductores dentro de un conjunto. Cada conjunto práctico consiste en un número finito de transductores que tiene un cierto efecto direccional. Cuando el efecto dirección de los transductores individuales es menor que el crítico, se producen lóbulos parásitos o de rejilla. Estos lóbulos de rejilla pueden ser impedidos al escoger el efecto direccional que no sea inferior al que resulta de la siguiente relación:

4

en la que:

P:

presión del sonido en Pascal (a la frecuencia y ángulo con el eje principal)

\varphi:

ángulo (en radianes entre -\pi y \pi) con respecto al eje principal del transductor, en la dirección del conjunto (0 es el eje principal)

f:

frecuencia a la que se determina el efecto de dirección

\alpha:

parámetro que depende de la frecuencia y dimensión del transductor de acuerdo con la siguiente relación:

5

en la que:

d:

distancia centro a centro entre los transductores

k:

constante. El valor óptimo es 18; valores prácticos entre 18 y 25 aproximadamente.

Esta relación describe la radiación polar y la sensibilidad, respectivamente, del transductor del conjunto. Este comportamiento polar puede ser conseguido de formas convenientes.

La figura 5 muestra curvas típicas a las frecuencias de 250 Hz - 5 Khz a K= 18 y d = 13,5 cm.

Claims (6)

1. Sistema de transductores de sonido, en particular altavoces, que comprende n altavoces (n = 2 ... x) que están dispuestos de acuerdo con un modelo regular a lo largo de una línea en un cuerpo envolvente en forma de columna, en el que cada uno de los transductores de sonido están dotados de un filtro asociado, recibiendo todos los filtros una señal de audio en una entrada de los mismos y suministrando una señal en su salida al transductor de sonido asociado, a efectos de que los transductores de sonido en funcionamiento posean un modelo de señal con característica predeterminada, caracterizado porque, para obtener dicho modelo de señal, se disponen medios para aplicar en cada altavoz n de la columna un voltaje V_{n}, de acuerdo con:

6

en la que:

V_{n}:

voltaje en los terminales del altavoz n;

V:

voltaje en los terminales de los altavoces en el centro acústico de la columna;

dls_{n}:

distancia en metros del altavoz n al centro acústico de la columna;

dls_{max}:

distancia en metros al centro acústico del altavoz más alejado del mismos;

\alpha:

parámetro que depende del ángulo de cobertura, frecuencia y dimensión del conjunto de acuerdo con la relación:

7

en la que:

\beta:

ángulo de cobertura vertical en grados, que se escoge de modo fijo para un diseño específico;

f:

frecuencia en Hz;

l_{conjunto}:

longitud del conjunto en metros;

k:

constante = 14.10^{3} en las unidades mencionadas \beta, f y l_{conjunto}.

2. Sistema de transductores de sonido, en particular altavoces, que comprende n altavoces (n = 2 ... x) que están dispuestos de acuerdo con un modelo regular a lo largo de una línea en un cuerpo envolvente en forma de columna, en el que cada uno de los transductores de sonido está dotado de un filtro asociado, recibiendo todos los filtros una señal de audio en una entrada de los mismos y suministrando una señal en una salida al transductor de sonido asociado, a efectos de que los transductores de sonido en funcionamiento posean un modelo de señal con una característica predeterminada, caracterizado por la disposición de medios para retrasar en el tiempo la señal aplicada a un altavoz n de la columna de acuerdo con la fórmula.

8

en la que:

t_{n}:

retraso de tiempo del transductor n;

maxt:

diferencia máxima de tiempo entre los transductores (dependiendo de la frecuencia, magnitud de la ampliación);

dls_{n}:

distancia del altavoz n al centro acústico;

dls_{max}:

distancia del altavoz más alejado del centro acústico;

\alpha:

parámetro que consigue el efecto buscado, aproximadamente 3.

3. Sistema, según la reivindicación 2, en el que \alpha = 3.

4. Sistema de transductores de sonido, en particular altavoces, que comprende n altavoces (n = 2 ... x) que están dispuestos de acuerdo con un modelo regular a lo largo de una línea en un cuerpo envolvente en forma de columna, en el que cada uno de los transductores de sonido están dotados de un filtro asociado, recibiendo todos los filtros una señal de audio en una entrada de los mismos y suministrando una señal en su salida al transductor de sonido asociado, a efectos de que los transductores de sonido en funcionamiento posean un modelo de señal con característica predeterminada, caracterizado porque se disponen medios para aplicar a cada altavoz n de la columna una potencia P_{f,\varphi} de acuerdo con:

9

en la que:

P:

presión del sonido en Pascal (a la frecuencia y ángulo con el eje principal)

\varphi:

ángulo (en radianes entre -\pi y \pi) con respecto al eje principal del transductor, en la dirección del conjunto (0 es el eje principal)

f:

frecuencia a la que se determina el efecto de dirección

\alpha:

parámetro que depende de la frecuencia y dimensión del transductor de acuerdo con la siguiente relación:

10

en la que:

d:

distancia centro a centro entre los transductores

k:

constante.

5. Sistema, según la reivindicación 4, caracterizado porque el valor de k está comprendido entre 18 y 25.

6. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque k = 18.