ITBS20000025A1 - Diffusore perfezionato a larga banda ad alta efficienza e ad altadirettivita' - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

“DIFFUSORE PERFEZIONATO A LARGA BANDA. AD

ALTA EFFICIENZA E AD ALTA DIRETTIVITÀ’”

La presente invenzione è diretta ai diffusori del suono a larga banda.

Le esigenze odierne per la riproduzione della musica e della voce sia dal vivo che riprodotta a scopo professionale e non, richiedono l’impiego di diffusori adatti e quindi i costruttori tendono tutti a rispettare la tipologia più avanti descritta. L’adattamento però non può tenere conto solamente delle esigenze di riproduzione del suono, dato che tali diffusori devono essere capaci, per le loro intrinseche caratteristiche, di contenere massimamente, durante il funzionamento, il proprio contributo al'inquinamento acustico, che ormai, troppo alto nelle società industrializzate, è combattuto tenacemente attraverso l’applicazione di leggi sempre più mirate e severe.

Da un lato quindi, le necessità dell’amplificazione sonora prevedono l’impiego di diffusori d’alta qualità, ad alto rendimento, ad alta tenuta di potenza e capacità di generare alte pressioni sonore su tutta la banda audio per la riproduzione fedele d’ogni tipo di sorgente, anche digitale, con particolare riferimento alla riproduzione intelligibile del parlato anche in condizioni acustiche non favorevoli; dall’altro tali diffusori non devono immettere nell’ ambiente circostante segnali o suoni a livelli troppo alti, pena le conseguenze negative per l’ambiente e per la salute umana, oltre a quelle sanzionatone dovute alla violazione delle leggi sull’inquinamento acustico, che sono presenti ormai in tutti i paesi.

Tuttavia questa due esigenze mal si conciliano, poiché derivano, per alcuni aspetti, da fini antitetici.

Scopo del presente trovato è di proporre un particolare diffusore che coniughi questo opposte esigenze, rispettandole senza compromessi, né per le prestazioni acustiche che il diffusore deve avere per la riproduzione del parlato o/e della musica, né rispetto alla peculiarità di non immettere nell’ambiente circostante segnali o suoni indesiderati.

Analizzando i possibili sistemi di traduzione del suono sino ad oggi proposti dalla tecnica e dal mercato, uno solo tra questi può essere impiegato con successo per l’ottenimento di, tutti insieme, gli obiettivi previsti, rispettando oltre ad essi, per quanto riguarda la costruzione, anche l’indispensabile criterio d’economicità, che ne determina concretamente il possibile impiego.

Tale sistema non può essere che un sistema molto direttivo e del tipo a tromba. In questo caso, un sistema a tromba di un tipo particolare che si adatti perfettamente ail’utilizzo. In realtà è possibile realizzare sistemi spiccatamente direzionali, non necessariamente a tromba; ma tali sistemi, generalmente costruiti per sfruttare la maggiore direttività, che molte sorgenti a radiazione diretta (altoparlanti in genere di piccolo diametro a larga banda), affiancati tra loro e montate su larga superficie piana (baffle), acquisiscono per interferenza o battimento, non rispondono ai requisiti d’efficienza e di qualità e quindi di rapporto prestazioni/economicità, che invece sono rispettati ampiamente dal sistema qui descritto.

Ora, possiamo affermare, come si evidenzia dall’abbondante letteratura sull’argomento, che, per sua natura, il sistema a tromba è l’unica tipologia di diffusore capace di conciliare efficienza, qualità, direttività e contenimento dei costi in riferimento alle superiori prestazioni, sia per il gran risparmio dovuto all’impiego di uno o pochissimi elementi attivi (altoparlanti), sia a quello prodotto dall’impiego, per il suo pilotaggio, di una potenza elettrica molto minore. La riduzione dei costi deriva inoltre da una minore spesa di manutenzione e o riparazione, che, in sistemi del genere a radiazione diretta come quello citato, non può avvenire, proprio per l’alto numero d’altoparlanti impiegati.

Queste prerogative del sistema a tromba, genericamente descritto, si scontrano però con un’altra esigenza, non ancora descritta, che, non soddisfatta dal sistema di sonorizza-zione, toglierebbe importanza alle pur buone o eccellenti prestazioni raggiungibili. Tale esigenza, anch’essa tra quelle irrinunciabili al raggiungimento dell’obiettivo, consiste nel contenimento delle dimensioni, pur nel rispetto delle caratteristiche prestazionali in termini di pressione sonora e direttività necessaria.

Ora è noto che un sistema di sonorizzazione a tromba, di per sé, implica dimensioni fisiche relazionate alle frequenze che tale sistema deve riprodurre utilmente, tanto più se tali frequenze devono anche essere disperse nell’ambiente con una spiccata e prevedibile direttività. Poiché si è detto che il sistema deve essere in grado di riprodurre un’ampia banda di frequenza, per ottenere la fedeltà necessaria, sia per la riproduzione vocale, sia per a riproduzione o produzione delia musica, esso dovrà essere in grado almeno di riprodurre, come singola unità una banda compresa tra 100 e 10000 Hz (tipicamente 50 -15000 Hz) con una buona linearità e omogeneità d’emissione angolare. Questa necessità, se rispetto alla riproduzione delle frequenze alte non comporta, per il contenimento delle dimensioni, grandi difficoltà tecniche e progettuali, fatte salve quelle esclusivamente incontrate per controllare la dispersione angolare desiderata, rispetto invece alla riproduzione delle frequenze basse, le più basse specialmente, il contenimento delle dimensioni comporta una grandissima difficoltà tecnica progettuale e costruttiva, perché tali frequenze sono strettamente relazionate alle stesse dimensioni fisiche, le quali divengono sempre più grandi mano a mano che si vogliono riprodurre e direzionare le frequenze sempre più basse e raggiungono ingombri proibitivi rispetto ai presupposti alle necessità elencate.

Il diffusore oggetto di questa invenzione invece è geometricamente e acusticamente concepito in modo da rispettare le dimensioni fisiche necessarie alla riproduzione, sia dal punto di vista del rendimento e della qualità, sia dal punto di vista del controllo di direttività delle frequenze basse, senza alcuna penalizzazione delle caratteristiche di riproduzione delle frequenze medie ed alte, pur occupando uno spazio molto contenuto.

Esso è realizzato sfruttando contemporaneamente e peculiarmente alcune differenti configurazioni che utilizzano principi della fisica in generale e i particolari dell’acustica applicabili ad un diffusore sonoro, ottenendo il risultato positivo che ne deriva dalla somma dei soli vantaggi che ogni singola configurazione o peculiarità caratteristica presenta.

Una prima caratteristica, l’alto rendimento, è stata ottenuta con l’impiego di una tromba ad espansione esponenziale di grandi dimensioni, ripiegata in numerosi “anelli” concentrici che ne determinano lo sviluppo, dalla gola alla bocca, in senso radiale oltre che assiale, riducendo di circa sei volte lo spazio occupato nella dimensione di maggior ingombro, la lunghezza, a parità delle altre due dimensioni, quest’ultime rimanendo tali da ottenere le prestazioni acustiche direttamente relazionate. Una seconda caratteristica, l’alta direttività, è ottenuta non per la sola applicazione del principio fisico, per cui tanto più grande è la dimensione planare della sorgente, tanto più grande è la direttività, alle frequenze comparabili o superiori alla lunghezza d’onda corrispondente alla sua stessa dimensione, ma anche per un ulteriore importante perfezionamento.

Infatti, poiché caratteristiche direzionali spinte richiedono trombe con bocca assai larga e lenta variazione d’apertura, ben difficili da realizzare per le dimensioni proibitive come già ricordato, in questo particolare e sofisticato disegno si è ricorso ad un ulteriore importante perfezionamento, necessario all’ottenimento della maggiore direttività possibile alle frequenze basse, per il quale si è calcolato un percorso ad espansione esponenziale, ad anelli concentrici formanti alla fine del percorso stesso, un’area di bocca anulare o meglio a corona circolare, determinatesi intorno ad un elemento solido centrale posto lungo l’asse d’emissione sonora.

Questa geometria, per la stretta banda di frequenze per cui é calcolata, a parità di tutte le altre prestazioni, dà luogo alla più alta direttività conseguibile in quelle specifiche dimensioni.

Questo elemento centrale inoltre, oltre a formare per la sua geometria una bocca d’uscita della tromba ad area anulare, esso stesso adempie, con pari importanza, all’ottenimento di entrambe le caratteristiche già evidenziate non già per le frequenze basse ma per quelle frequenze medie e alte per le quali la tromba disegnata, terminante con la bocca anulare, non può essere utilizzata, pena lo scadimento inaccettabile delle prestazioni in rendimento e qualità.

Quest’elemento consiste in un paraboloide di grande diametro, posto coassialmente nella direzione dell’emissione sonora che costituisce al tempo stesso una delle pareti delimitanti una parte del condotto anulare concentrico della tromba per le basse frequenze, oltre che delimitare la camera di risonanza e fungere da “baffle” per montaggio dell’altoparlante alloggiato montato al suo centro. Tale altoparlante a sua volta può essere del tipo tradizionale, bicono, a due vie coassiale, woofer e tweeter, con condotto a tromba del tipo nascosto sotto il parapolvere o del tipo sporgente assialmente al cono d’emissione dell’altoparlante stesso.

Il paraboloide ha dimensioni e geometria tali da ottenere il necessario aumento di rendimento e la desiderata direttività per quella banda di frequenze oltre la quale non è proficuo il funzionamento della tromba anulare.

Tutto il sistema può quindi funzionare per l’intero spettro audio previsto con l’impiego di un solo altoparlante a banda estesa, o di un altoparlante biconico a banda estesa, o di un altoparlante coassiale a due vie, sfruttando in tutti e tre i casi la radiazione posteriore per l’ottenimento della riproduzione delle frequenze più basse attraverso la tromba anulare.

O ancora si può adottare la soluzione di impiegare uno o più altoparlanti dedicati alla frequenze basse che pilotano la gola della tromba anulare concentrica, mentre un altro altoparlante dei tipi citati viene fatto funzionare nella banda prevista, caricato dal paraboloide anteriore.

Tale configurazione geometrica delle parti che compongono il diffusore, presenta tra quelli citati, l’ulteriore vantaggio di rendere coerente e allineata sull’asse l’emissione sonora per tutta la banda audio riprodotta, con grande vantaggio per la regolarità della risposta in frequenza e della risposta temporale, facilmente ottenibili sia con un filtro di crossover a componenti passivi, nel caso dell’altoparlante coassiale a due vie o del sistema a tre vie con bassi separati, sia con l’impiego di amplificazione multicanale attiva.

Non ultimo dettaglio importante attiene, non in senso limitativo, alle possibili dimensioni esterne e il peso contenuto del diffusore, che si prestano perfettamente per il suo inserimento, singolarmente o in multipli accostati, nei controsoffitti con dimensioni standard. E’ progettato per essere costruito, con qualunque tipo di materiale che ne possa riprodurre la forma, anche e soprattutto in materiali leggeri e resistenti alle intemperie, quali plastica alluminio ecc. La sua struttura lo rende intrinsecamente molto rigido con grande vantaggio per la riproduzione del suono esente da risonanze parassite, grazie agli stessi anelli concentrici formanti la tromba anulare; la struttura è autoportante e facilita la creazione di “array” o motrici di multipli di singoli elementi con una vasta gamma di potenze e di gittata sonora, oltre che rendere facilmente costruibili coperture sonorizzate di qualunque area desiderata sia per interni che per esterni.

Il suo impiego grazie a queste favorevoli caratteristiche è universale soprattutto in tutte quelle realizzazioni dove sia necessario dirigere il suono in aree ben precise con il massimo della qualità e della intelligibilità, contenendo allo stesso tempo, in massima misura, le emissioni indesiderate fuori dalle aree previste.

I disegni allegati illustrano, non in senso limitativo, alcune possibili realizzazioni.

In detti disegni:

le Figg. da 1 a 6 mostrano altrettante configurazioni del diffusore di suono secondo l’invenzione;

la Fig.7 mostra un esempio di diffusore con un trombino frontale, questo essendo peraltro applicabile ad ogni configurazione di diffusore;

le Figg. 8, 8a e 8b mostrano esempi di possibili utilizzi del diffusore, singolarmente o in combinazioni varie; e la Fig.8 mostra un esempio di disposizione dei diffusori per il contenimento del suono.

In ogni realizzazione, il diffusore ha centralmente almeno un componente attivo, quale un altoparlante 11, da cui si sviluppa una tromba 12 ad espansione esponenziale. Nell’esempio della Fig. l , l’altoparlante 11 è posto al centro di un elemento riflettente frontale 13 dietro il quale vi è un riflettore paraboloide 14 che delimita con il dorso di detto elemento riflettente la tromba 12.

L’altoparlante ha un’emissione anteriore 1 1 per certe alte frequenze in fronte all’elemento riflettente 13 ed un’emissione posteriore 11” per altre frequenze più basse, rivolta verso una camera di compressione 1 S dalla quale si estende la tromba 12. Questa ha una espansione progressiva e si sviluppa in senso radiale terminando con una bocca 16 aperta in fronte al diffusore, tutt’attorno all’elemento riflettente per una emissione del suono in una sola direzione. L’elemento riflettente può contenere anche una camera risonante 17, secondo necessità.

Nelle realizzazioni delle Figg.2 e 3, dove elementi uguali od equivalenti a quelli della Fig. l (cosi come nelle susseguenti realizzazioni delle Figg. da 4 a 6) la camera di compressione 1 S sul retro dell’altoparlante è ampliata. La tromba 12 si sviluppa progressivamente dalla camera di compressione fino alla bocca ripiegata in due (Fig.2) o più (Fig.3) anelli concentrici 18 derivanti da pieghe intermedie a zig-zag, pressoché parallele all’asse geometrico del diffusore e fungenti pure da trasformatore d’impedenza. Il diffusore della Fig.4, per altro simile a quello delle Figg.2 e 3, si presenta con una tromba 12 che si sviluppa progressivamente dalla camera di compressione 1 S alla bocca 16 attraverso ripiegamenti intermedi 19 orientati aH’incirca radialmente al'asse geometrico dell’apparecchio.

Le esecuzioni dei diffusori rappresentati nelle Figg.5 e 6 sono similari a quelli delle Figg.3 e 4, rispettivamente, una in essi l’altoparlante centrale 11 è chiuso posteriormente e sono previsti uno o più altoparlanti aggiuntivi 20 per una emissione diretta verso la tromba 12.

In ognuno delle realizzazioni sul fronte dell’altoparlante centrale 11 può essere previsto una tromba aggiuntiva 21 come rappresentato nell’esempio della Fig.7.

Ogni diffusore sopra descritto può essere usato singolarmente o in combinazione con altri diffusori ordinati in file come mostrato nelle Figg.8, a e b, oppure a matrice. In un loro modo di utilizzo vantaggioso ma non limitativo, i diffusori possono essere disposti a soffitto, rivolti verso il basso, come mostrato nella Fig.9, per un direzionamento e allo stesso tempo un contenimento del suono.

Claims (9)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Diffusore di suono a larga banda, ad alta efficienza e ad alta direttività, caratterizzato dal fatto di comprendere in un corpo un elemento parabolico frontale riflettente (13), almeno un elemento attivo (11) al centro di detto elemento riflettente, ed una tromba (12) che si sviluppa nel retro e attorno all’elemento riflettente con una progressione dall’andamento desiderato a partire dall’elemento attivo fino ad una bocca di emissione (16) rivolta nella stessa direzione dell’elemento riflettente, l’elemento attivo avendo un’emissione anteriore nella direzione della bocca della tromba ed un’emissione posteriore diretta verso la tromba.
2. 2. Diffusore secondo la rivendicazione 1, in cui la tromba (12) è definita da un riflettore paraboloide ( 14) posto nel retro dell’elemento riflettente frontale (13) e si sviluppa progressivamente in senso radiale a partire da una camera di compressione (1 S) sul retro dell’elemento attivo fino alla bocca di emissione rivolta nella direzione di detto elemento riflettente.
3. 3. Diffusore secondo la rivendicazione 1, in cui la tromba (12) si sviluppa progressivamente in senso radiale, a partire da una camera di compressione nel retro dell’elemento attivo fino alla bocca di emissione, attraverso ripiegamenti intermedi ad anelli concentrici (18) coassiali con un asse geometrico del diffusore.
4. 4. Diffusore secondo la rivendicazione 1, in cui la tromba (12) si sviluppa progressivamente in senso radiale, a partire da una camera di compressione nel retro deirelemento attivo fino alla bocca di emissione, attraverso ripiegamenti intermedi (19) orientati radialmente ad un asse geometrico del diffusore.
5. 5. Diffusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’elemento attivo è un singolo altoparlante (11) con emissione posteriore verso la tromba (12).
6. 6. Diffusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui sono previsti un elemento attivo frontale caricato nell’elemento riflettente frontale ed almeno un elemento attivo aggiuntivo (20) rivolto verso la tromba, detti elementi attivo frontale e aggiuntivo essendo altoparlanti.
7. 7. Diffusore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui sul fronte dell’elemento attivo frontale è prevista una tromba aggiuntiva (21).
8. 8. Diffusore secondo una qualsiasi rivendicazioni precedente utilizzabile singolarmente o in combinazione con altri diffusori disposti in file o a matrice per direzionare e contenere il suono.
9. 9. Diffusore perfezionato a larga banda, ad alta efficienza e ad alta direttività, cóme sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati.