ITFI20130147A1 - Apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana. - Google Patents
Apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana.Info
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Description
DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:
“Apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana.â€
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dei diffusori acustici ed in particolare al campo tecnico dei diffusori acustici realizzati con trasduttori acustici ad onda piana (plane wave transducers).
STATO DELL’ARTE
Sono noti nell’arte i trasduttori acustici cosiddetti ad onda piana (plane wave transducers). Detti trasduttori acustici ad onda piana presentano numerosi vantaggi e benefici rispetto ai diffusori acustici tradizionali detti comunemente altoparlanti “a cono†(cone speakers) o “a tromba†.
I diffusori acustici tradizionali del tipo “a cono†, infatti, emettono onde di pressione di tipo sferico che si propagano da un punto in ogni direzione, si attenuano in maniera proporzionale al quadrato della distanza dal punto di emissione e, dato che si propagano in ogni direzione, sono soggette a subire numerose riflessioni prima di giungere all’apparato auditivo dell’utente, riflessioni che causano distorsioni di vario tipo che affliggono e vanno a detrimento del contenuto trasportato, musica, voce etc.
I trasduttori acustici ad onda piana, invece, emettono onde di pressione di tipo planare che si propagano in una sola direzione, si attenuano in maniera proporzionale alla distanza dal punto di emissione e non sono soggette, propagandosi in una sola direzione, a subire riflessioni prima di giungere all’apparato auditivo dell’utente, riuscendo quindi a consegnare un contenuto audio sostanzialmente integro e distorto soltanto in quantità minima rispetto all’originale.
Oltre a ciò, i diffusori acustici tradizionali del tipo “a cono†risultano più voluminosi e pesanti, hanno tempi di risposta molto più elevati e costi finali di utilizzo maggiori se si considera che, a parità di superficie da coprire, sono necessari diffusori tradizionali in numero circa tre volte superiore rispetto ai trasduttori acustici ad onda piana.
Infine, i trasduttori acustici ad onda piana non hanno bisogno, a differenza dei diffusori acustici tradizionali dell’aria come mezzo di propagazione del contenuto acustico e ciò rende possibile la diffusione del suono anche in ambienti in cui i diffusori acustici tradizionali non possono essere impiegati o installati, come, ad esempio l’acqua oppure il terreno etc.
La presente invenzione, pertanto, concerne un apparato per la diffusione musicale tramite trasduttori acustici ad onda piana atto ad essere impiegato ed integrato in situazioni ed ambienti in cui i diffusori acustici tradizionali e anche i trasduttori acustici ad onda piana non possono, solitamente, essere impiegati o installati, come, ad esempio l’acqua di una piscina oppure il terreno di un giardino etc.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Fig. 1 Illustra una vista in sezione di una prima realizzazione preferita della presente invenzione.
Fig. 2 Illustra una vista in sezione di una seconda realizzazione preferita della presente invenzione.
Fig. 3 Illustra una realizzazione preferita del contenitore 10 e del passante elettrico 13 della prima realizzazione preferita dell’apparato secondo la presente invenzione.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione concerne un apparato per la diffusione audio comprendente trasduttori acustici cosiddetti ad onda piana (plane wave transducers) e atto ad essere impiegato ed integrato in situazioni ed ambienti in cui i diffusori acustici tradizionali e anche i trasduttori acustici ad onda piana non possono, solitamente, essere impiegati o installati, come, ad esempio l’acqua di una piscina oppure il terreno di un giardino etc.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
La presente invenzione ha come obiettivo l’introduzione dei trasduttori acustici cosiddetti ad onda piana in ambienti in cui né i suddetti trasduttori acustici, né gli altoparlanti a cono tradizionali hanno mai trovato impiego - o hanno trovato impiego ma con risultati largamente insoddisfacenti - per rendere possibile la riproduzione audio in ambienti (come ad esempio l’acqua di una piscina) e modalità (come ad esempio previo interramento sotto la superficie del manto erboso di un parco o di un giardino) finora preclusi.
La prima realizzazione preferita della presente invenzione concerne un diffusore acustico basato su trasduttori acustici cosiddetti ad onda piana atto ad essere installato e a trasmettere contenuto audio in acqua, ad esempio nell’acqua di una piscina.
Il suono può propagarsi molto bene in acqua. Il suono, infatti, à ̈ una variazione di pressione che si propaga in un mezzo fisico elastico, come l’aria o l’acqua. La propagazione di un’onda acustica à ̈ un meccanismo di trasporto dell’energia che avviene attraverso onde acustiche che si presentano come successioni di compressioni e rarefazioni del mezzo; il segnale acustico e la sua propagazione à ̈ quindi associato a variazioni di pressione.
La velocità di propagazione c [m/s] dipende dalle caratteristiche del mezzo in cui queste variazioni di pressione hanno luogo. In un mezzo fluido, la velocità di propagazione del suono à ̈ definita dalla formula: c = √K/Ï dove K à ̈ il modulo di compressibilità e Ï Ã ̈ la densità del mezzo.
Il modulo di compressibilità si misura in Pascal, indica la capacità dei materiali a resistere a forze di compressione uniformi e quantifica il modo in cui il movimento di un atomo (o molecola) influenza quello degli atomi adiacenti. Sebbene l’acqua sia molto più densa dell’aria, (il Ï dell’acqua à ̈ 820 volte maggiore del Ï dell’aria), il suo modulo di compressibilità à ̈ circa quindicimila volte maggiore di quello dell’aria. Per questa ragione, dalla summenzionata relazione che dà la velocità di propagazione del suono in un fluido, si ottiene che il suono si propaga più velocemente in acqua (c = 1500 m/s) che in aria (c = 343 m/s).
Un’altra differenza significativa tra aria e acqua come mezzi di trasmissione di onde acustiche à ̈ rappresentata dalla soglia di udibilità , definita come la compressione minima Pmin che l'orecchio umano à ̈ in grado di percepire. Essa vale 30 µPa in aria e 1 µPa in acqua. Ciò fa sì che il livello sonoro equivalente in acqua sia superiore di quello in aria. Ad esempio, un’onda sonora a 60 dB in aria viene percepita a 86 dB in acqua.
Dato che un’onda, in generale, diminuisce di intensità man mano che si allontana dalla sorgente, indipendentemente dal mezzo in cui si propaga, Il fatto che la soglia di udibilità in acqua sia più bassa di quella in aria fa sì che un’onda sonora di uguale intensità possa essere percepita a distanza maggiore se si propaga in acqua piuttosto che in aria.
Un’ulteriore differenza significativa tra aria e acqua riguarda il fattore di assorbimento del mezzo che impatta sul fattore di attenuazione dell’onda sonora che si propaga in detto mezzo.
L’acqua, su distanze inferiori al km e frequenze da 100 Hz a 10 kHz, può essere considerata avere un fattore di assorbimento praticamente nullo, a differenza dell’aria.
Pertanto, non soltanto l’acqua può vantaggiosamente essere impiegata per la trasmissione di onde acustiche, ma essa presenta anche significativi vantaggi rispetto all’aria nell’efficienza della trasmissione di dette onde acustiche.
In riferimento alla figura 1 allegata, la prima realizzazione preferita dell’apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana secondo la presente invenzione comprende: un contenitore 10, munito di mezzi di chiusura a tenuta, e associato, a tenuta, ad una parete vibrante 11; almeno un trasduttore acustico 12 ad onda piana fissato solidalmente a detta parete vibrante 11 e disposto in corrispondenza del vano interno di detto contenitore 10; mezzi per consentire l’attraversamento, a tenuta, delle pareti di detto contenitore 10 da parte dei conduttori elettrici associati a detto almeno un trasduttore acustico 12 ad onda piana.
Vantaggiosamente, inoltre, l’apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana secondo la presente invenzione comprende mezzi per regolare la pressione all’interno di detto contenitore 10.
Detti mezzi per consentire l’attraversamento, a tenuta, delle pareti di detto contenitore 10 da parte dei conduttori elettrici associati a detto almeno un trasduttore acustico 12 ad onda piana possono comprendere, ad esempio: un connettore elettrico passante da pannello a tenuta 19, oppure un passante elettrico 13 comprendente un circuito stampato di tipo multistrato, preferibilmente in vetro epossidico rinforzato FR-4, munito su entrambe le facce di piazzole 20 atte ad accogliere, mediante saldatura, detti conduttori elettrici e atto ad essere fissato, a tenuta, a detto contenitore 10 o al suo coperchio.
Detti mezzi di chiusura a tenuta comprendono preferibilmente un coperchio atto ad impegnarsi, a tenuta, con detto contenitore 10.
In riferimento alla figura 3 allegata, detto coperchio 14 può essere eventualmente atto ad impegnarsi, inoltre, con detto passante elettrico 13 in modo da mantenere la tenuta. A tale scopo, ad esempio, detto coperchio 14 può comprendere un foro centrale 15 e, sulla faccia interna, dei fori di fissaggio per l’ancoraggio di detto passante elettrico 13.
Nel montaggio, detto passante 13 viene collegato elettricamente ai conduttori mediante saldatura e poi viene fissato alla faccia interna del coperchio 14. A questo punto il coperchio viene fissato a sua volta, a tenuta, ad esempio tramite l’impiego di un’opportuna guarnizione, al contenitore 10. Il foro centrale 15, dal quale passano i conduttori elettrici saldati alla faccia esterna di detto passante, viene successivamente resinato, ad esempio con resina di tipo epossidico, per proteggere i contatti elettrici da ossidazione.
Detta parete vibrante 11 à ̈ realizzata con materiali atti a deformarsi sotto l’effetto di vibrazioni quindi, in generale, tutti i materiali non rigidi e non spugnosi.
Sono materiali indicati per realizzare detta parete vibrante 11, pertanto, il legno massiccio o multistrato, il vetro, la fibra di carbonio, i materiali plastici deformabili come il plexiglas etc.
All’opposto, esempi di materiali non indicati per realizzare detta parete vibrante 11 sono il legno truciolare, il sughero, la gomma, la spugna etc.
Ottimi risultati sono stati raggiunti con una parete vibrante realizzata con un materiale dal nome commerciale di “Alustep Floor†realizzato da un’anima alveolare in alluminio ricoperta da entrambi i lati da uno strato in fibra di vetro impregnato con resina epossidica.
Detto contenitore 10 può assumere forme e dimensioni diverse e può essere realizzato in materiali diversi, secondo la modalità di impiego dell’apparato secondo la presente invenzione.
Ad esempio, detto contenitore 10 può essere realizzato da una camera 10a che racchiude il vano in corrispondenza del quale detto almeno un trasduttore viene fissato su detta parete vibrante 11 ed à ̈ atta ad impegnarsi, a tenuta, con un coperchio 10b, e da una struttura 10c atta a sovrapporsi a detta parete vibrante 11 e ad impegnarsi solidalmente con essa in corrispondenza del perimetro, in modo tale da lasciare un’intercapedine 16 tra la parte centrale di detta struttura 10c e la parte centrale di detta parete vibrante 11. Detta intercapedine à ̈ atta a consentire alla parte centrale di detta parete vibrante 11 di vibrare liberamente.
Detta struttura 10c può essere vantaggiosamente atta ad accogliere un ulteriore strato esterno 17 protettivo di detta parete vibrante 11 che viene fissato a detta parete vibrante 11 e poi fissato anch’esso a detta struttura 10c in corrispondenza della periferia.
Detta camera 10a e detta struttura 10c possono essere realizzate in materiale plastico, ad esempio in plexiglas. Detto strato esterno 17 può essere anch’esso realizzato in materiale plastico oppure in pietra, in marmo, in materiale tessuto etc. Detti mezzi per regolare la pressione all’interno di detto contenitore 10 possono comprendere una valvola 18, preferibilmente del tipo a spillo, tramite la quale à ̈ possibile estrarre l’aria dall’interno di detto contenitore e riempire successivamente l’interno di detto contenitore 10 con un gas inerte come azoto, argon etc. Ciò consente di estrarre il vapore presente nell’aria inizialmente presente all’interno del contenitore 10 in modo da prevenire la formazione di condensa e evitare, tra le altre cose, la possibile ossidazione dei contatti e dei conduttori elettrici interni a detto contenitore 10.
Il riempimento di detto contenitore 10 con gas inerte consente di realizzare un valore di pressione interno a detto contenitore pressoché uguale al valore di pressione esterno all’apparato secondo la presente invenzione. In questo modo i valori di pressione all’esterno e all’interno di detta parete vibrante sono pressoché gli stessi e detta parete vibrante 11 si trova in equilibrio meccanico e atta, pertanto, quando in funzione, ad avere una resa acustica ottimale.
La pressione interna a detto contenitore 10 viene regolata in base alla profondità a cui verrà istallata l’apparato secondo la presente invenzione.
Nel caso di installazione dell’apparato secondo la presente invenzione nell’acqua di una piscina, la pressione interna a detto contenitore 10 può essere regolata, tramite l’insufflaggio di gas inerte descritto, a valori preferibilmente compresi tra 1 atm e 1.19 atm, valore di pressione che si ha a circa due metri di profondità sotto il pelo dell’acqua.
Nella realizzazione preferita della presente invenzione descritta, detto almeno un trasduttore acustico 12 à ̈ il modello HIAX32C20 – 8 commercializzato da Hi-Wave. Questo trasduttore acustico à ̈ in grado di produrre, su singolo canale, una intensità sonora percepita di circa 75 dB in aria, corrispondenti a 100 dB in acqua. Il segnale acustico risultante, percepito in acqua, risulta molto nitido alle frequenze medio-alte, mentre alle basse frequenze il rapporto segnale/rumore si riduce a causa del rumore di fondo ricco, solitamente, di frequenze inferiori ai 200 Hz.
In riferimento alla figura 2 allegata, in una seconda realizzazione preferita della presente invenzione, non à ̈ presente detta struttura 10c atta a sovrapporsi a detta parete vibrante 11 e ad impegnarsi solidalmente con essa in corrispondenza del perimetro. Detto contenitore 10 à ̈ fissato solidalmente alla parte centrale di detta parete vibrante 11.
In questa seconda realizzazione preferita, l’apparato secondo la presente invenzione à ̈ atto ad essere installato nel terreno, ad esempio sotto al manto erboso di un parco o di un giardino.
Vantaggiosamente, detta parete vibrante 11, comprende una pluralità di fori atti ad evitare possibili ristagni d’acqua e a favorire il passaggio di radici e nutrimento per lo strato di erba soprastante. Le dimensioni di detta parete vibrante 11 sono scelte in modo da raggiungere un compromesso ottimale tra la resa acustica e la resistenza alla deformazione.
In questa seconda realizzazione preferita, inoltre, vengono impiegati preferibilmente due trasduttori acustici 12 bilanciati, ad esempio del tipo Hi-Wave modello HIAX32C30-4/B da 30W di potenza e 4 Ohm di impedenza alimentati in serie in modo da realizzare un’impedenza complessiva di 8 Ohm.
Claims (16)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato per la diffusione audio tramite trasduttori acustici ad onda piana comprendente un contenitore (10), munito di mezzi di chiusura a tenuta, e associato solidalmente ad una parete vibrante (11) realizzata con materiale atto a deformarsi sotto l’effetto di vibrazioni; almeno un trasduttore acustico (12) ad onda piana fissato solidalmente a detta parete vibrante (11) e disposto in corrispondenza del vano interno di detto contenitore (10); mezzi per consentire l’attraversamento, a tenuta, delle pareti di detto contenitore (10) da parte dei conduttori elettrici associati a detto almeno un trasduttore acustico (12) ad onda piana e atti ad alimentare detto almeno un trasduttore acustico (12) ad onda piana.
- 2. Apparato secondo la rivendicazione 1 comprendente mezzi per regolare la pressione all’interno di detto contenitore (10).
- 3. Apparato secondo la rivendicazione 2 in cui detti mezzi per regolare la pressione all’interno di detto contenitore (10) comprendono una valvola (18) atta a consentire l’estrazione dell’aria dall’interno di detto contenitore e il successivo riempimento dell’interno di detto contenitore (10) con un gas inerte.
- 4. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 2 in cui detti mezzi per consentire l’attraversamento, a tenuta, delle pareti di detto contenitore (10) da parte dei conduttori elettrici associati a detto almeno un trasduttore acustico (12) ad onda piana comprendono un connettore elettrico passante da pannello a tenuta (19).
- 5. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 2 in cui detti mezzi per consentire l’attraversamento, a tenuta, delle pareti di detto contenitore (10) da parte dei conduttori elettrici associati a detto almeno un trasduttore acustico (12) ad onda piana comprendono un passante elettrico (13) comprendente un circuito stampato di tipo multistrato, munito su entrambe le facce di piazzole (20) atte ad accogliere, mediante saldatura, detti conduttori elettrici e atto ad essere fissato, a tenuta, a detto contenitore (10) o al coperchio di detto contenitore (10).
- 6. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 4 in cui detti mezzi di chiusura a tenuta di detto contenitore (10) comprendono un coperchio atto ad impegnarsi, a tenuta, con detto contenitore (10).
- 7. Apparato secondo le rivendicazioni 4 e 5 quando dipendente da 4, in cui detto coperchio (14) comprende un foro centrale (15) e, sulla faccia interna, dei fori di fissaggio per l’ancoraggio di detto passante elettrico (13).
- 8. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 6 in cui detta parete vibrante (11) à ̈ realizzata con materiali atti a deformarsi sotto l’effetto di vibrazioni.
- 9. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 7 in cui detta parete vibrante (11) Ã ̈ realizzata con materiali scelti nel gruppo comprendente il legno massiccio o multistrato, il vetro, la fibra di carbonio, i materiali plastici deformabili come il plexiglas.
- 10. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 7 in cui detta parete vibrante (11) à ̈ realizzata con un materiale dal nome commerciale di “Alustep Floor†realizzato da un’anima alveolare in alluminio ricoperta da entrambi i lati da uno strato in fibra di vetro impregnato con resina epossidica.
- 11. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 9 in cui detto contenitore (10) à ̈ realizzato da una camera (10a) che racchiude il vano in corrispondenza del quale detto almeno un acustico (12) viene fissato su detta parete vibrante (11) ed à ̈ atta ad impegnarsi, a tenuta, con un coperchio (10b), e da una struttura (10c) atta a sovrapporsi a detta parete vibrante (11) e ad impegnarsi solidalmente con essa in corrispondenza del perimetro, in modo tale da lasciare un’intercapedine (16) tra la parte centrale di detta struttura (10c) e la parte centrale di detta parete vibrante (11).
- 12. Apparato secondo la rivendicazione 11 in cui detta struttura (10c) può essere vantaggiosamente atta ad accogliere un ulteriore strato esterno (17) protettivo di detta parete vibrante (11) che viene fissato a detta parete vibrante (11) e poi fissato anch’esso a detta struttura (10c) in corrispondenza della periferia.
- 13. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 11 in cui detto contenitore (10), detta camera (10a) e detta struttura (10c) sono realizzate in materiale plastico.
- 14. Apparato secondo le rivendicazioni 11 - 12 in cui detto ulteriore strato esterno (17) Ã ̈ realizzato in materiale scelto nel gruppo comprendente materiali plastici, pietra, marmo, materiale tessuto.
- 15. Apparato secondo le rivendicazioni 1 - 10 in cui detto contenitore (10) Ã ̈ fissato solidalmente alla parte centrale di detta parete vibrante (11).
- 16. Apparato secondo la rivendicazione (15) in cui detta parete vibrante (11) comprende una pluralità di fori.
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