PT1317869E

PT1317869E - Sistema de transdutores de som com propriedades direccionais controláveis

Info

Publication number: PT1317869E
Application number: PT01975031T
Authority: PT
Inventors: Johan Van Der Werff
Original assignee: Johan Van Der Werff
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US7343018B2; CN1456023A; CN1258952C; ATE332618T1; DK1317869T3; AU2001294400A1; ES2273894T3; HK1060470A1; US20040028238A1; NL1016172C2; EP1317869B1; WO2002023945A1; DE60121349D1; DE60121349T2; KR20030066615A; EP1317869A1; KR100835295B1

Description

ΡΕ1317869 - 1 -

DESCRIÇÃO "SISTEMA DE TRANSDUTORES DE SOM COM PROPRIEDADES DIRECCIONAIS CONTROLÁVEIS" A invenção refere-se a um sistema de transdutores de som, em particular altifalantes, que compreende n altifalantes (n = 2 x) que são dispostos de acordo com um padrão regular ao longo de uma linha num invólucro em forma de coluna, em que cada transdutor de som é dotado com um filtro associado, cada filtro recebendo um sinal áudio numa sua entrada e fornecendo um sinal numa sua saida conectada ao transdutor de som associado para que os transdutores de som possuam, em funcionamento, um padrão de sinal com uma característica predeterminada.

Embora a invenção se aplique a transdutores de som, isto é, a altifalantes e a microfones, por motivos de clareza de compreensão da invenção será feita, de aqui em diante, referência a altifalantes.

Tais sistemas de altifalantes em coluna são utilizados especialmente em sistemas de apresentações públicas, em concertos (musicais) e semelhantes, e eles têm como vantagem o facto de, através da utilização de um grande número de altifalantes conectados em paralelo, poderem fornecer uma potência muito alta, permitindo que um único sistema abranja uma área muito grande. -2- ΡΕ1317869

Uma desvantagem de tais colunas de altifalantes é elas terem, visto no sentido vertical, uma elevada sensibilidade direccional. A Fig. 1 mostra as propriedades direccionais de uma coluna de altifalantes convencional donde se verifica que o ângulo de cobertura é pequeno nas altas frequências e é grande nas baixas frequências e, para além disto, são bem visíveis os lóbulos laterais nos flancos opostos do lóbulo principal. Os lóbulos laterais de primeira ordem no exemplo apresentado têm, em relação ao lóbulo principal, um nível de cerca de 13 dB, os lóbulos laterais de segunda ordem têm um nível de cerca de -18 dB e os lóbulos laterais de terceira ordem têm um nível de cerca de -21 dB, etc.

As variações do ângulo de cobertura e dos lóbulos laterais são, em muitos casos, indesejáveis porque elas podem ter uma influência altamente adversa na qualidade do som do sistema em geral e de inteligibilidade em particular. Especialmente em espaços onde estão presentes superfícies altamente reflectivas e onde, dependendo das circunstâncias, podem estar presente um número grande ou pequeno de pessoas, é quase impossível, devido às variações do ângulo de cobertura e dos lóbulos laterais, obter um padrão de som satisfatório. Uma descrição detalhada dos problemas acima referidos pode ser encontrada no artigo "Design and Implementation of a Sound Column with Exceptional Properties", de J. van der Werff, da 96th AES Convention, de 26 de Fevereiro - 1 de Março de 1994, em -3 - ΡΕ1317869

Amesterdão. 0 artigo acima inclui uma descrição de uma coluna de altifalantes conhecida pelo nome de "coluna de λ constante" que tem, para todas as frequências, o mesmo ângulo de cobertura e o mesmo nivel de lóbulos laterais. Esta situação é conseguida através de uma filtragem das altas frequências do sinal aplicado aos altifalantes de um modo tal que, de acordo ela, à medida que um altifalante é localizado mais afastado do centro acústico da coluna, a filtragem começa numa frequência mais baixa. A Fig. 2 mostra as propriedades direccionais de uma tal coluna de λ constante. Todavia, esta figura mostra que embora existam melhorias das características em relação às da Fig. 1, os lóbulos laterais ainda estão presentes. 0 documento US-A-3.308.237 revela um método para a supressão dos lóbulos laterais de um padrão acústico direccional a fim de melhorar a saída acústica. De acordo com este documento esta situação é conseguida proporcionando uma pluralidade de matrizes de altifalantes em coluna e limitando a frequência do sinal fornecido de modo a que o distribuidor de corrente se conforme às propriedades dos polinómios de Tchebyscheff. A invenção contempla a apresentação de um sistema de altifalantes e, mais especificamente, de um sistema de transdutores de som que permite a supressão dos lóbulos -4- ΡΕ1317869 laterais de um modo essencialmente na totalidade ou, pelo menos, até um nivel muito baixo desejado, enquanto que o ângulo de cobertura é mantido constante para todas as frequências áudio relevantes. A invenção contempla ainda a apresentação de um sistema do tipo acima mencionado que permite o alargamento do lóbulo principal.

Finalmente, a invenção contempla a apresentação de um sistema do tipo acima mencionado que permite a eliminação dos chamados lóbulos de periodicidade periodicidade ou, pelo menos, a sua supressão em larga medida.

Para este fim, a invenção proporciona um sistema de transdutores de som do tipo acima mencionado caracterizado por serem proporcionados meios para aplicar a cada altifalante n na coluna uma tensão Vn definida por: ( a.dlsn ^ d) onde: Vn : a tensão nos terminais do V : a tensão nos terminais acústico da coluna; disn : a distância em metros altifalante n; dos altifalantes no centro do altifalante n ao centro acústico da coluna; -5- ΡΕ1317869 dlsmax: a distância em metros até ao centro acústico do altifalante mais distante dele; α : parâmetro dependendo do ângulo de cobertura, da frequência e da dimensão da matriz de acordo com a relação: α = β./.-^ k onde: β : o ângulo de cobertura vertical em graus que é escolhido como constante para uma concepção em particular; f : a frequência em Hz; 1 array ’· o comprimento da matriz em metros; k : uma constante = 14.103 dadas as unidades mencionadas para β, f e larray.

De acordo com a invenção foi verificado surpreendentemente que se a potência aplicada ao altifalante nas colunas satisfizer a relação acima definida então os lóbulos laterais são completamente eliminados e o ângulo de cobertura fica constante. A Fig. 3 mostra o digrama direccional de uma coluna de altifalantes construída de acordo com o princípio da invenção que mostra claramente este resultado.

No exemplo de acordo com a Fig. 3 o ponto de partida é uma coluna com 43 altifalantes e um diâmetro de 13,5 cm com o centro acústico localizado no centro -6- ΡΕ1317869 longitudinal da coluna, uma chamada coluna simétrica. Todavia, o principio da invenção é também aplicável de um modo linear a matrizes com um centro acústico situado de um modo assimétrico. A Fig. 4 mostra esquematicamente um sistema de altifalantes de acordo com a invenção dotado com um número de altifalantes 1 ao qual é conectado o sinal de sarda de um amplificador 2. Entre a saída do amplificador e os altifalantes está incluída uma conexão em série de atenuadores 3 ajustáveis e filtros 4 de passagem baixa ajustáveis. Os atenuadores são regulados de acordo com a fórmula (1) e os filtros de passagem baixa de acordo com o princípio da coluna de λ constante. A fórmula (1) pode também ser utilizada com vantagem para dar aos vários altifalantes numa coluna uma ponderação de tempo. Com uma ponderação de tempo pode ser influenciada a característica direccional de uma coluna e, em particular, a largura do lóbulo principal. A fórmula (1) escrita para um tempo de atraso do sinal aplicado ao altifalante n numa coluna é conforme se segue:

(2) -7 - ΡΕ1317869 onde : tn : o tempo de atraso do transdutor n; maxt : a diferença temporal máxima entre os transdutores (dependendo da frequência, extensão da alargamento); disn : a distância do altifalante n ao centro acústico; dJsmâX: a distância do altifalante mais distante do centro acústico; α : parâmetro que produz o efeito pretendido, normalmente de cerca de 3.

Com a fórmula (2), de um modo opcional, também o lóbulo principal pode ser dividido em dois lóbulos principais que produzem um equiângulo com o eixo principal. Esta situação é especialmente útil, por exemplo, em estádios para irradiar sobre duas filas de bancadas. A ponderação de tempo pode ser aplicada de um modo independente e também em combinação com a ponderação do nível de acordo com a fórmula (1).

Os lóbulos de periodicidade resultam da descontinuidade entre os transdutores dentro de uma matriz. Cada matriz efectiva é constituída por um número finito de transdutores tendo um certo efeito direccional. Quando o efeito direccional dos transdutores individuais é inferior ao crítico, surgem os lóbulos de periodicidade. Estes lóbulos de periodicidade podem ser evitados escolhendo o efeito direccional não inferior àquele que é obtido de acordo com a relação abaixo: -8- ΡΕ1317869 ρ = ρ f,<p rf,0‘ -0,5 α.φ onde : Ρ : a pressão sonora em Pascal (na frequência e no ângulo com o eixo principal); φ : o ângulo (em radianos entre -π e π) em relação ao eixo principal do transdutor, no sentido da matriz (0 é o eixo principal); f : a frequência com que é determinado o efeito direccional; α : parâmetro dependente da frequência e da dimensão do transdutor de acordo com a relação abaixo: k onde: d : a distância entre os centros dos transdutores; k : uma constante. Optimamente é igual a 18, valores práticos são entre 18 e de cerca de 25.

Esta relação descreve a radiação polar e a sensibilidade, respectivamente, do transdutor na matriz. Este comportamento polar pode ser realizado das maneiras convencionais. A Fig. 5 mostra curvas típicas nas frequências de 250 Hz - 5 kHz com k = 18 e d = 13,5 cm. -9- ΡΕ1317869

Lisboa, 3 de Outubro de 2006

Claims

ΡΕ1317869 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de transdutores de som, em particular altifalantes, que compreende n altifalantes (n = 2 ... x) que são dispostos de acordo com um padrão regular ao longo de uma linha num invólucro em forma de coluna, em que cada transdutor de som é dotado com um filtro associado, cada filtro recebendo um sinal áudio numa sua entrada e fornecendo um sinal numa sua saída conectada ao transdutor de som associado para que os transdutores de som possuam, em funcionamento, um padrão de sinal com uma característica predeterminada, caracterizado por, para obter o referido padrão de sinal, serem proporcionados meios para aplicar a cada altifalante n na coluna uma tensão Vn definida de acordo com:

onde: Vn : a tensão nos terminais do altifalante n; V : a tensão nos terminais dos altifalantes no centro acústico da coluna; dlsn : a distância em metros do altifalante n ao centro acústico da coluna; dlsmax: a distância em metros ao centro acústico do altifalante mais distante dele; α : parâmetro dependente do ângulo de cobertura, da frequência e da dimensão da matriz de acordo com a relação: -2- ΡΕ1317869 a = β-f / array k onde: β : o ângulo de cobertura vertical em graus que é escolhido como constante para uma concepção em particular; f : a frequência em Hz; 1 array : o comprimento da matriz em metros; k : uma constante = 14.103 dadas as unidades mencionadas para β, f e larray.
2. Sistema de transdutores de som, em particular altifalantes, que compreende n altifalantes (n = 2 ... x) que são dispostos de acordo com um padrão regular ao longo de uma linha num invólucro em forma de coluna, em que cada transdutor de som é dotado com um filtro associado, cada filtro recebendo um sinal áudio numa sua entrada e fornecendo um sinal numa sua saída conectada ao transdutor de som associado, para que os transdutores de som possuam, em funcionamento, um padrão de sinal com uma característica predeterminada, caracterizado por, serem proporcionados meios para atrasar no tempo o sinal que é aplicado a um altifalante n na coluna de acordo com a fórmula:

onde: tn : o tempo de atraso do transdutor n; maxt : a diferença máxima de tempo entre os transdutores -3- ΡΕ1317869 (dependente da frequência, extensão do alargamento); dlsn : a distância do altifalante n ao centro acústico; dlsmâX: a distância do altifalante mais distante do centro acústico; α : parâmetro que produz o efeito pretendido, normalmente de cerca de 3.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, em que α =3.
4. Sistema de transdutores de som, em particular altifalantes, que compreende n altifalantes (n = 2 ... x) que são dispostos de acordo com um padrão regular ao longo de uma linha num invólucro em forma de coluna, em que cada transdutor de som é dotado com um filtro associado, cada filtro recebendo um sinal áudio numa sua entrada e fornecendo um sinal numa sua saída conectada ao transdutor de som associado, para que os transdutores de som possuam, em funcionamento, um padrão de sinal com uma caracteristica predeterminada, caracterizado por, serem proporcionados meios para aplicar a cada altifalante n na coluna uma potência Pf.<p de acordo com:

onde: P : a pressão sonora em Pascal (na frequência e no ângulo com o eixo principal); φ : o ângulo (em radianos entre -π e π) em relação ao eixo -4- ΡΕ1317869 principal do transdutor no sentido da matriz (0 é o eixo principal); f : a frequência com que é determinado o efeito direccional; α : parâmetro dependente da frequência e da dimensão do transdutor de acordo com a relação abaixo: k onde: d : a distância entre os centros dos transdutores; k : uma constante.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por o valor de k estar entre 18 e 25.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por k = 18. Lisboa, 3 de Outubro de 2006