ITVI20100034A1

ITVI20100034A1 - UNCOUPLING SYSTEM FOR SPEAKER SYSTEMS

Info

Publication number: ITVI20100034A1
Application number: IT000034A
Authority: IT
Inventors: Umberto Nicolao; Paolo Tezzon
Original assignee: Sonus Faber Spa
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-08-18

Description

Descrizione dell<'>invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

"Sistema di disaccoppiamento per sistemi di altoparlanti’<’>"Decoupling system for loudspeaker systems’ <’>

Ε' noto che la produzione di un suono è originata da elementi posti in vibrazione. Nel loro movimento questi ultimi generano una compressione ed una rarefazione della massa d'aria che li circonda, producendo un’onda di pressione che si propaga nell’ambiente circostante smorzandosi progressivamente con l’aumentare della distanza da essa percorsa. It is known that the production of a sound originates from elements placed in vibration. In their movement, the latter generate a compression and a rarefaction of the air mass that surrounds them, producing a pressure wave that propagates in the surrounding environment, gradually dulling as the distance traveled increases.

Assunto che la gamma delle frequenze umanamente percettibili si estende per circa tre decadi, da 20 Hz a 20,000 Hz, con lunghezze d’onda comprese pertanto tra poco meno di due centimetri sino a oltre 17 metri, si evince agevolmente come la generazione di suoni di bassa frequenza sia legata a elementi vibranti di dimensione molto più consistente che non riferendosi a suoni di frequenza elevata. Assuming that the range of humanly perceptible frequencies extends for about three decades, from 20 Hz to 20,000 Hz, with wavelengths therefore ranging from just under two centimeters up to over 17 meters, it is easy to see how the generation of sounds of low frequency is related to vibrating elements of a much larger size than referring to high frequency sounds.

Da un altro punto di vista, è come dire che la massa d’aria interessata alla propagazione di un suono di frequenza grave è di gran lunga superiore a quella richiesta da un suono di frequenza ai limiti superiori dell’udibilità. From another point of view, it is like saying that the mass of air involved in the propagation of a low frequency sound is far greater than that required by a sound of frequency at the upper limits of audibility.

Analogamente, nel campo della riproduzione sonora, l'ultimo anello della catena audio è costituita da un sistema di trasduzione elettroacustica in cui uno o più elementi vengono posti in vibrazione a seguito dell’ applicazione di un segnale elettrico a audiofrequenza, Similarly, in the field of sound reproduction, the last link in the audio chain consists of an electroacoustic transduction system in which one or more elements are placed in vibration following the application of an audio frequency electrical signal,

11 caso più noto ed elementare è quello dell<'>altoparlante magnetodinamico, in cui la conversione elettroacustica viene ottenuta facendo interagire un campo magnetico stazionario con uno variabile nel tempo, funzione del segnale audio da riprodurre. The best known and most elementary case is that of the magnetodynamic loudspeaker, in which the electroacoustic conversion is obtained by making a stationary magnetic field interact with one that varies over time, a function of the audio signal to be reproduced.

Ad entrare in vibrazione è in tale caso una membrana le cui dimensioni e la cui conformazione nascono da presupposti di varia natura ed esigenza (gamma di funzionamento, sensibilità del trasduttore, dispersione, linearità in frequenza, ecc.). In this case, a membrane enters into vibration, the dimensions and conformation of which arise from assumptions of various nature and requirements (operating range, transducer sensitivity, dispersion, frequency linearity, etc.).

Proprio i limiti tecnologici di una simile soluzione comportano sovente la necessità, all’atto di costituire un sistema di altoparlanti a gamma audio intera o quasi intera, di dovere ricorrere ad altoparlanti specializzati nelle varie gamme di frequenza, nominalmente noti come woofer (altoparlante specializzato nella riproduzione delle frequenze audio mediobasse), mìdrange (altoparlante specializzato nella riproduzione delle frequenze audio medie) e tweeter (altopariante specializzato nella riproduzione delle frequenze audio medio-alte). Precisely the technological limitations of such a solution often entail the need, when setting up a speaker system with full or almost full audio range, to have to resort to specialized speakers in the various frequency ranges, nominally known as woofer (speaker specialized in reproduction of medium-low audio frequencies), mìdrange (speaker specialized in reproducing medium-high audio frequencies) and tweeter (loudspeaker specialized in reproducing medium-high audio frequencies).

Per quanto affermato in precedenza, infatti, l’esigenza di riprodurre suoni di frequenze basse (grandi masse d<’>aria spostate, elevate dimensioni dell<’>elemento vibrante) risulta in contrasto, a maggior ragione se contemporanea, con quella della riproduzione delle frequenze alte {piccole masse d'aria spostate, minime dimensioni dellelemento vibrante). Ciò giustifica l'impiego di diaframmi a cupola di diametro inferiore ai 3 cm per i tweeter e diaframmi conici di diametro alla base anche superiore ai 40 cm per i woofer. As stated previously, in fact, the need to reproduce sounds of low frequencies (large masses of displaced air, large dimensions of the vibrating element) is in contrast, even more so if contemporary, with that of reproduction. of high frequencies (small displaced air masses, minimum dimensions of the vibrating element). This justifies the use of dome diaphragms with a diameter of less than 3 cm for the tweeters and conical diaphragms with a diameter at the base even greater than 40 cm for the woofers.

Un ulteriore aspetto di cui tenere conto nella progettazione di sistemi di altoparlanti è la necessità di isolare l<'>emissione anteriore del trasduttore da quella posteriore, pena l’insorgere di un fenomeno noto come cortocircuito acustico, che di fatto si oppone alla riproduzione efficiente delle frequenze medio-basse, Another aspect to take into account in the design of loudspeaker systems is the need to isolate the front emission of the transducer from the rear one, otherwise a phenomenon known as acoustic short circuit may arise, which in fact opposes efficient reproduction. low-medium frequencies,

Questa si ottiene montando l'altoparlante in un mobile che ne assicuri la tenuta stagna (sistemi in sospensione pneumatica) oppure che sia accordato ai fine di estendere ulteriormente la risposta del componente (sistemi in bass-refiex, ecc.). This is achieved by mounting the loudspeaker in a cabinet which ensures its watertight integrity (pneumatic suspension systems) or which is tuned in order to further extend the response of the component (bass-refiex systems, etc.).

Ove possibile e utile, l’altoparlante può altresì essere incassato in un<’>ampia superficie come la parete di una stanza (sistema in barile infinito), ottenendo così l’auspicato effetto di isolamento anteriore-posteriore unitamente ad un incremento deireffieienza grazie al conseguimento di un miglior adattamento acustico, Where possible and useful, the loudspeaker can also be embedded in a <'> large surface such as the wall of a room (infinite barrel system), thus obtaining the desired front-rear isolation effect together with an increase in efficiency thanks to the achievement of a better acoustic adaptation,

li ricorso a componenti vibranti nella realizzazione dì sistemi per la riproduzione del suono è. in conseguenza di quanto affermato piu sopra, la strada più seguita. The use of vibrating components in the realization of systems for the reproduction of sound è. as a consequence of what has been stated above, the most followed path.

Per quanto attiene il settore dei diffusori acustici di qualità, notevoli sono gli sforzi da parte della maggior parte dei costruttori per realizzare mobili inerti con materiali sufficientemente rigidi per non divenire essi stessi elementi vibranti, con il risultato di generare suoni spuri, indesiderati. As far as the sector of quality loudspeakers is concerned, the efforts of the majority of manufacturers to make inert furniture with sufficiently rigid materials not to become vibrating elements themselves are considerable, with the result of generating spurious, unwanted sounds.

Materiali privilegiati sono senza dubbio il legno ed i materiali compositi su base lignea come il truciolare e l<’>MDF, sia per ragioni di costo (lavorazione più semplice ed economica) come per ragioni estetiche. Preferred materials are undoubtedly wood and wood-based composite materials such as chipboard and MDF, both for cost reasons (simpler and cheaper processing) and for aesthetic reasons.

Ciò non toglie che. a causa dell’entità delle vibrazioni prodotte dai trasduttori delle frequenze medio-basse, è pressoché impossibile, o meglio, quasi mai praticabile, realizzare un mobile massimamente inerte perché il peso dei prodotto diverrebbe poco gestibile in temiini di costo, di movimentazione cd in ultima analisi di posizionamento da parte delfutente finale. The fact remains that. due to the extent of the vibrations produced by the transducers of the medium-low frequencies, it is almost impossible, or rather, almost never practicable, to create a piece of furniture that is maximally inert because the weight of the product would become difficult to manage in terms of cost, handling and ultimately positioning analysis by the end user.

Così, si può affermare che i diffusori acustici disponibili sul mercato sono nella stragrande maggioranza dei casi tutf altro che inerti sotto il profilo delle vibrazioni, con la conseguenza che a queste ultime viene potenzialmente lasciato libero sfogo verso le superflui con cui entrano in contatto una volta installati. Thus, it can be said that the loudspeakers available on the market are in the vast majority of cases anything but inert from the point of view of vibrations, with the consequence that the latter are potentially given free rein to the superfluous ones they come into contact with once. installed.

A loro volta, dette superile i possono trasferire le vibrazioni ad oggetti piu leggeri, che divengono così sorgenti sonore spurie. In turn, these surfaces can transfer vibrations to lighter objects, which thus become spurious sound sources.

Tutto ciò limita inoltre ìl fonoisolamento tra ambienti adiacenti, con il risultato di produrre fastidiosi effetti acustici, soprattutto concentrati su frequenze medio-basse in ambienti diversi da quello sede della sonorizzazione c come tali, oltretutto. diffìcilmente trattabili acusticamente. All this also limits the sound insulation between adjacent rooms, with the result of producing annoying acoustic effects, especially concentrated on medium-low frequencies in environments other than the one where the sound system is located and as such, moreover. difficult to treat acoustically.

Ma è in modo particolare la qualità di riproduzione sonora a dover patire le maggiori conseguenze in quei casi in cui il diffusore acustico sia installato nei medesimo locale ove figura la restante catena audio, con particolare riferimento a sorgenti audio, sia digitali come analogiche. In un simile contesto, difatti, le vibrazioni migrano dal diffusore alla sorgente, la quale le mescola al segnale utile restituendole, previa amplificazione, al diffusore acustico. Questo processo si ripete iterativamente originando un fastidioso fenomeno detto accusile feedback, o rientra acustico. But it is in particular the quality of sound reproduction that must suffer the greatest consequences in those cases in which the acoustic diffuser is installed in the same room where the remaining audio chain appears, with particular reference to audio sources, both digital and analog. In such a context, in fact, the vibrations migrate from the speaker to the source, which mixes them with the useful signal, returning them, after amplification, to the acoustic speaker. This process is repeated iteratively, giving rise to an annoying phenomenon called accusile feedback, or acoustic re-entry.

Negli ultimi vent<'>anni. quando un costruttore di diffusori acustici ha deciso di affrontare il problema delle vibrazioni spurie del mobile alTatto della progettazione di un suo nuovo prodotto, la sua unica preoccupazione è stata quella di predisporre delle soluzioni per scaricare da qualche parte ed in qualche modo dette vibrazioni. Con ciò non si è fatto altro che consegnare di l<'>atto il problema nelle mani dell<'>utente finale. For the past twenty <'> years. when a loudspeaker manufacturer decided to tackle the problem of spurious vibrations in the furniture when designing a new product, his only concern was to prepare solutions to discharge these vibrations somewhere and in some way. With this we have done nothing but hand over the problem in the hands of the end user.

In tale contesto, la soluzione che è stata suggerita, e che ad oggi è divenuta pressoché uno standard, è stata quella dì dotare il sistema di altoparlanti di appositi piedini appuntili (spike), con il fine di agevolare il trasferimento delle vibrazioni dal diffusore acustico al pavimento o al suo supporto (vedi Fig, 1 A >; anche i supporti per diffusori acustici da scaffale hanno in generale adottato il medesimo accorgimento. In this context, the solution that was suggested, and which to date has become almost a standard, was to equip the speaker system with special spikes, in order to facilitate the transfer of vibrations from the acoustic diffuser. to the floor or its support (see Fig, 1 A>; also the supports for bookshelf loudspeakers have generally adopted the same solution.

Si dimostra che, affinché detto rimedio non generi un male peggiore di quello che intenderebbe curare, il diffusore acustico dovrebbe poggiare su di una massa inerziale, ovverosia non prona ad accettare il trasferimento delle vibrazioni con il risultato di entral e in vibrazione essa stessa. It is shown that, in order for this remedy not to generate an evil worse than the one it intends to cure, the acoustic diffuser should rest on an inertial mass, i.e. not prone to accept the transfer of vibrations with the result of entral and in vibration itself.

Così, coloro che tra gli utenti finali si sono resi conto del problema, hanno pensato bene di provvedere a porre sotto il diffusore acustico uno o più blocchi in pietra, ma di peso per lo più scelto casualmente e dunque come tale generalmente inadeguato a causa del Γ assenza di un metodo di calibrazione mirato all’entità e alle peculiarità della vibrazione che detti blocchi in pietra sarebbero chiamati a dissipare. Thus, those among the end users who have realized the problem, have seen fit to arrange to place under the acoustic diffuser one or more stone blocks, but of weight mostly chosen randomly and therefore generally inadequate as such due to the Γ absence of a calibration method aimed at the entity and peculiarities of the vibration that said stone blocks would be called upon to dissipate.

Il ritrovato di cui è richiesto il brevetto si applica nel campo dei diffusori acustici per la riproduzione musicale in ambito sia domestico-amatoriale (impianti HiFi e Home Cinema), come professionale dì potenza media (sonorizzazione e monitoraggio in studi di registrazione, diffusione sonora in ambienti destinati al commercio) e elevata (rinforzo sonoro a indirizzo pubblico). The invention for which the patent is requested is applied in the field of acoustic speakers for music reproduction in both domestic and amateur environments (HiFi systems and Home Cinema), as a professional medium power (sound system and monitoring in recording studios, sound diffusion in commercial environments) and high (public address sound reinforcement).

Esso consiste nel prevedere un sistema di disaccoppiamento meccanico in grado di isolare il sistema di altoparlanti dal pavimento su cui quest'ultimo poggia ovvero sulla parete o sul soffitto al quale è fissato (omwall) o incassato (in-wall). It consists in providing a mechanical decoupling system capable of isolating the loudspeaker system from the floor on which the latter rests or on the wall or ceiling to which it is fixed (omwall) or recessed (in-wall).

l.Jn tale accorgimento consente di prevenire il trasferimento delle vibrazioni dal diffusore acustico alle pareli, al pavimento e/o al soffitto de! locale, evitando cosi l’insorgere di fenomeni di disturbo acustico derivami dalla vibrazione delle superfici piuttosto che di oggetti a diretto contatto con queste (quadri, sistemi di illuminazione, ecc,). Particolare e significativo è inoltre il miglioramento della qualità di riproduzione sonora laddove ìi diffusore acustico sia installato nel medesimo locale in cui figura la restante catena audio, con particolare riferimento a sorgenti audio, sia digitali come analogiche. In un simile contesto, difatti, si viene ad interrompere il flusso delle vibrazioni dal diffusore alla sorgente, impedendo o minimizzando Γ effetto del cosiddeto acoustìc feedback, o rientro acustico (vedi Fig. Ί A e I B). l.Jn this precaution prevents the transfer of vibrations from the acoustic diffuser to the walls, floor and / or ceiling of the! local, thus avoiding the onset of acoustic disturbance phenomena deriving from the vibration of the surfaces rather than objects in direct contact with them (paintings, lighting systems, etc.). The improvement in the quality of sound reproduction is also particular and significant when the acoustic diffuser is installed in the same room as the remaining audio chain, with particular reference to audio sources, both digital and analog. In such a context, in fact, the flow of vibrations from the speaker to the source is interrupted, preventing or minimizing the effect of the so-called acoustìc feedback, or acoustic re-entry (see Fig. Ί A and I B).

Di particolare rilievo è il vantaggio uditivo che si consegue nella qualità della riproduzione sonora nel caso di impiego in sistemi di altoparlanti full-range e, ancor più significativamente nel caso di unità specializzate per la riproduzione sonora di segnali audio di bassa frequenza (subwoofer attivi e passivi). Of particular importance is the auditory advantage that is achieved in the quality of sound reproduction in the case of use in full-range loudspeaker systems and, even more significantly in the case of specialized units for the sound reproduction of low frequency audio signals (active subwoofers and passive).

Parallelamente, detto disaccoppiamento consente di limitare la propagazione del suono in ambienti adiacenti al locale sonorizzato, migliorando il io noi so lamento c dunque riducendo il disturbo recato a terzi. Tutto ciò assume una importanza non indifferente nel caso di installazioni domestiche in condomini e particolarmente in quelli dì costruzione non recente, in tempi cioè in cui l'isolamento acustico tra pareti di appartamenti adiacenti si può dire fosse curato in maniera approssimativa, quando non trascurato del tutto. At the same time, said decoupling makes it possible to limit the propagation of sound in environments adjacent to the soundproofed room, improving the environment and thus reducing the disturbance caused to third parties. All this takes on considerable importance in the case of domestic installations in condominiums and particularly in those of not recent construction, that is, in times when the acoustic insulation between walls of adjacent apartments can be said to be treated in an approximate way, if not neglected of the everything.

Sulla base di quanto detto. Γ accorgimento deputato a garantire il disaccoppiamento dei diffusore acustico dalla superficie su cui poggia, tipicamente il pavimento, senza però escludere la possibilità di considerare pareti o soffitto, o altre soluzioni ancora (muretti, qualsivoglia tipo di supporto, ecc.), va sempre posto in relazione: Based on the above. Γ device designed to ensure the decoupling of the acoustic diffuser from the surface on which it rests, typically the floor, without however excluding the possibility of considering walls or ceiling, or other solutions (walls, any type of support, etc.), it must always be placed in relation:

Con il peso del diffusore acustico; With the weight of the speaker;

- Con la minima frequenza che il diffusore acustico è chiamato a riprodurre. - With the minimum frequency that the loudspeaker is required to reproduce.

In iig. 2-a è illustrato il particolare di una implementazione del conceto di disaccoppiamento del diffusore acustico. In essa figura una piastra metallica (I) che viene fissata sul tondo del diffusore acustico (2), ad esempio mediante delle viti (3), Tale piastra è forata per ospitare dei piedini conici in metallo (4) i quali risultano isolati dalla suddetta piastra per mezzo di apposite guarnizioni smorzanti in materiale cedevole (5) di forma e caratteristiche opportune, I piedini conici (4), in numero di 3 o superiore, sono a loro volta regolabili in altezza per mezzo di un dado (6) anch<'>esso isolato dalla piastra dal lato opposto della guarnizione di smorzamento (5). In iig. 2-a shows the detail of an implementation of the concept of decoupling the acoustic diffuser. In it there is a metal plate (I) which is fixed on the round of the acoustic diffuser (2), for example by means of screws (3). plate by means of special damping gaskets in yielding material (5) of suitable shape and characteristics, The conical feet (4), 3 or more in number, are in turn adjustable in height by means of a nut (6) also < '> it is isolated from the plate on the opposite side of the damping seal (5).

In fig. 2-b è illustrata un’ulteriore alternativa. In essa figura una piastra metallica 0) che viene fissata sul fondo del diffusore acustico (2), ad esempio mediante delle viti (3). Tale piastra è forata per ospitare dei supporti in metallo suddivisi in due parti (4. 5) disaccoppiate tra loro mediante una o più molle di caratteristiche opportune (6). I supporti a molla, in numero di 3 o superiore, sono a loro volta regolabili in altezza per mezzo di un dado (7). In fig. 2-b shows a further alternative. It shows a metal plate 0) which is fixed to the bottom of the acoustic diffuser (2), for example by means of screws (3). This plate is perforated to house metal supports divided into two parts (4. 5) which are decoupled from each other by means of one or more springs with suitable characteristics (6). The spring supports, 3 or more in number, are in turn adjustable in height by means of a nut (7).

Il concetto di disaccoppiamento diffusore-superficie di appoggio/fissaggìo può essere fruttuosamente implementato anche nel caso di diffusori acustici a parete o a incasso su parete o soffi tto/controsoffitto. come evidenziato schematicamente in fig. 3-a e 3-b. In questo caso, il sistema di altoparlanti, costituito nell’esempio da un pannello ( 1 ) sul quale sono montati un woofer (3) ed un tweeter (4) a comporre un sistema a due vie con crossover attivo o passivo incorporato e con volume di carico acustico ricavato da intercapedine o predisposto in sede di installazione, risulta disaccoppiato dalla superficie di fissaggio tramite una guarnizione perimetrale cedevole (5 in fig. 3-b) e da un’apposita guarnizione di tenuta (5 in fig. 3-a) in materiale cedevole al fine di isolare le viti di fissaggio (2 in fig. 3-a). in figura ipotizzate per fissaggio a muro (7 in fig. 3-a) mediante tassello (6 in fig. 3-a). The concept of diffuser-support surface / fixing decoupling can be fruitfully implemented also in the case of wall-mounted or recessed-in-wall or ceiling / false-ceiling loudspeakers. as shown schematically in fig. 3-a and 3-b. In this case, the loudspeaker system, consisting in the example of a panel (1) on which a woofer (3) and a tweeter (4) are mounted to compose a two-way system with built-in active or passive crossover and with volume of acoustic load obtained from the cavity or prepared during installation, is decoupled from the fixing surface by means of a yielding perimeter gasket (5 in fig. 3-b) and by a special sealing gasket (5 in fig. 3-a) in yieldable material in order to isolate the fixing screws (2 in fig. 3-a). in the figure hypothesized for wall fixing (7 in fig. 3-a) by means of a plug (6 in fig. 3-a).

Un analogo accorgimento può interessare come detto diffusori acustici cabinati con fissaggio a parete o so ffitto/controsof fitto, A similar expedient can be of interest, as mentioned, to acoustic loudspeakers with wall or ceiling / false ceiling fastening,

In fig. 4 è illustrata una serie di grafici che dimostrano la sensibile riduzione delle vibrazioni misurate sul pavimento, a 50cm dal diffusore acustico rispetto al caso di diffusore acustico con sistema di appoggio convenzionale (tipo in fig. i -a), adottando una soluzione di disaccoppiamento come quella schematizzata in fig. 2-a, Al fine di simulare condizioni di funzionamento rappresentative, come segnale di misura è stato utilizzato del rumore a banda audio applicalo in ingresso al sistema di altoparlanti ad un livello tale da generare una pressione sonora di circa 93 dB alla distanza di 1 metro, In fig. 4 shows a series of graphs that demonstrate the significant reduction of vibrations measured on the floor, at 50cm from the acoustic diffuser compared to the case of acoustic diffuser with conventional support system (type in fig.i -a), adopting a decoupling solution such as the one schematized in fig. 2-a, In order to simulate representative operating conditions, audio band noise was used as the measurement signal, apply it in input to the loudspeaker system at a level such as to generate a sound pressure of about 93 dB at a distance of 1 meter ,

E' a questo punto evidente come per provvedere al disaccoppiamento di un sistema di altoparlanti con le finalità precedentemente illustrate siano possibili numerose soluzioni alternative: ciascuna di queste, per poter essere efficace, dovrà essere calibrata in funzione del peso de! diffusore acustico e della gamma di frequenze che, esso è chiamato a riprodurre. At this point it is evident that numerous alternative solutions are possible to provide for the decoupling of a loudspeaker system with the purposes described above: each of these, in order to be effective, must be calibrated according to the weight of the speaker. acoustic diffuser and the range of frequencies it is called upon to reproduce.

Claims

CLAIMS The originality of the following aspects is claimed: 1. Decoupling of a single-way or multi-way cabled loudspeaker system from the support surface obtained by means of one or more anti-vibration supports, realize them using devices that include springs and / or gaskets in soft material, with a view to reducing or minimizing migration of the vibrations produced in its operation by the acoustic diffuser towards the support surface itself.

2. As in the previous point but with reference to enclosed loudspeaker systems for wall or ceiling mounting.

3. As in point 1 but with reference to loudspeaker systems for recessed wall, ceiling or false ceiling,