ITRM930679A1 - Strumento per la misura diretta del tempo di riverberazione di un ambiente, e procedimento per detto. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale, dal titolo :

STRUMENTO PER LA MISURA DIRETTA DEL TEMPO DI RIVER-BERAZIONE DI UN AMBIENTE, E PROCEDIMENTO PER DETTO;

SOMMARIO

Strumento e procedimento per la misura diretta del tempo di riverberazione basato sulla determinazione del tempo di decadimento della densit? di energia acustica. Detto strumento ? costituito essenzialmente da convertitori analogico digitali (ADC), banchi di filtri digitali (DF), sommatori (?), ecc. Per misurare le tre componenti del vettore velocit? (Fig. 1) ? possibile usare per es., sei microfoni accoppiati in fase, ciascuna coppia disposta lungo una delle tre direzioni ortogonali. Il tempo di elaborazione dei sei segnali di pressione, provenienti dai microfoni, deve essere inferiore ai periodo di tempo corrispondente alla frequenza di campionamento dei segnali acquisiti nel "range" acustico che si intende analizzare. Dalla misura della densit? dell'energia acustica, istante per istante, ? quindi possibile determinare il suo tempo di decadimento seguendo le metodologie note per valutare la risposta impulsiva del sistema acustico. L'invenzione si colloca nel campo tecnico dell'acustica e trova idonea applicazione in quello degli strumenti di controllo acustico. L'invenzione comporta un passo avanti soprattutto nei sistemi di controllo delle propriet? di assorbimento dell'energia acustica degli ambienti.

L'invenzione riguarda un dispositivo ed il relativo procedimento per misurare direttamente il tempo di riverberazione ed ? essenzialmente basato sulla determinazione del tempo di decadimento della densit? di energia acustica.

E' noto che quando il campo sonoro presente in un ambiente ? sensibilmente modificato dalla presenza di elementi diversi dalla sorgente che genera il campo stesso e dal mezzo nel quale il suono si propaga (come nella situazione di campo non libero), il principale parametro acustico oggettivo, che caratterizza in ogni suo punto l'ambiente stesso, ? dato dal tempo di decadimento delle grandezze acustiche necessarie e sufficienti alia compieta descrizione del campo stesso e cio? la pressione acustica ed il vettore velocit? delle particelle dei mezzo.

E' dimostrato che dal tempo di decadimento di una sola di queste quantit?, ad esempio dal solo valore della pressione, non ? possibile risalire, in modo completo, alle propriet? di assorbimento acustico dell'ambiente, se non in condizioni di campo particolarmente restrittive o addirittura ideali (campo diffuso, onde piane, ecc.).

Poich? l'acustica degli ambienti in situazioni reali ? assolutamente lontana dalle suddette condizioni, per determinare completamente le propriet? acustiche in un ambiente, ? necessario misurare il tempo di decadimento di una grandezza acustica che contenga, contemporaneamente, le informazioni di tutti e quattro i descrittori di campo, cio?, la pressione oltre ai tre componenti della velocit?).

In genere, il problema veniva risolto misurando il tempo di riverberazione in un certo punto della sala, di cui misurare l'acustica, per risalire alle propriet? di assorbimento dell'energia acustica delie pareti. Il tempo di riverberazione ? definito come il tempo necessario affinch? la densit? di energia, presente in un punto del campo diminuisca di un milione di volte (T60).

Come ? inoltre noto, dal principio di conservazione dell'energia acustica formulabile tramite l'equazione di continuit?, risulta che nelle condizioni di campo acustico reale, la densit? di energia e la divargenza dell'intensit? acustica istantanea sono entrambe grandezze Idonee per la caratterizzazione completa delle propriet? di assorbimento acustico dell'ambiente. Occorre pertanto effettuare la misura, istante per istante, di una o dell'altra di queste due grandezze, per poter determinare il tempo di decadimento energetico del campo o del tempo di riverberazione, in base alla definizione sopra riportata.

Tutti i procedimenti fino ad ora in uso per la misura diretta del tempo di riverberazione sono basati sulla misura del decadimento del quadrato della pressione acustica.

Come accennato sopra, ci? ? corretto soltanto in casi di campo ideale o di campi ricostruiti- in condizioni!controllate, non certamente nei casi reali, legati all'esperienza quotidiana dell'ambiente acustico, come sale da concerto, teatri, uffici, ambienti di lavoro, ambienti domestici, arene, piazze, strade, ecc.

Con l'invenzione presentata, per la quale si intende richiedere una copertura brevettale, ? resa possibile la misura della densit? istantanea dell'energia acustica, cio? la misura diretta del tempo di riverberazione. Ci? si basa sulla possibilit? di determinare il "tempo di decadimento della densit? di energia acustica".

A conforto di quanto detto fino ad ora, riportiamo la seguente equazione:

dove p(x,t) e v(x,t) sono rispettivamente la pressione acustica ed il vettore di velocit? acustica delle particelle di fluido nel punto x dei campo sonoro.

Il quadrato della velocit? ? esprimibile in termini delle componenti di v(x,t) come

L'invenzione viene ora descritta, a scopo illustrativo e non limitativo, in base ad una versione attualmente preferita dagli inventori, facendo riferimento alla Fig. 1 che riporta uno schema di massima del densitometro acustico e della possibile elaborazione in tempo reale degli elementi utili per una misura diretta del tempo di riverberazione di un ambiente. In essa sono indicati:

Dallo schema di Fig. 1 , dunque, risulta che per misurare le tre componenti del vettore velocit? ? possibile utilizzare sei microfoni accoppiati in fase, ciascuna coppia disposta lungo una delle tre direzioni ortogonali. Il tempo di elaborazione dei sei segnali di pressione, provenienti dai microfoni, deve essere inferiore ai periodo di tempo corrispondente alla frequenza di campionamento dei segnali acquisiti nel "rango" acustico che si intende analizzare (tempo reale).

I segnali microfonici ottenuti dalla trasduzione dei segnali di pressione acustica PAx - PBx... ecc. per ciascuna direzione spaziale devono essere tali da mantenere la stessa relazione di fase presente originariamente nei diversi punti di misura nel campo sonoro. Tali segnali analogici vengono digitalizzati ADC tramite convertitore analogico digitale per ogni coppia PAx - PBx,... e quindi sottoposti ad un processo di filtraggio DF, allo scopo di ottenere la loro scomposizione in bande di frequenza (ad es. bande di terzi di ottava).

I due segnali, appartenenti alla medesima coppia, e relativamente a ciascuna banda di frequenza, vengono quindi sottratti ? tra loro, e la differenza ottenuta viene sottoposta ad un processo di integrazione I continua nel tempo, il cui risultato costituisce la componente della ve-locit? Vx nella direzione spaziale identificata dalla coppia.

Da una qualsiasi coppia di segnali viene inoltre ottenuto il valor medio spaziale della pressione acustica istantanea.

Le grandezze cos? ottenute per la pressione acustica P e le tre componenti spaziali delia velocit? Vx, Vy, Vz delle particelle di aria, relativamente ai medesimo istante temporale, ed alla medesima banda di frequenza, vanno ora elaborate algebricamente ?, secondo le operazioni indicate negli ultimi tre blocchi dello schema di Fig. 1, avendo preventivamente memorizzato, nella circuiteria, i valori per le costanti c (velocit? dei suono nel'aria nelle condizioni di misura) e p (densit? dell'aria nelle condizioni di misura).

Dalla misura della densit? dell'energia acustica, istante per istante, ? quindi possibile determinare il suo tempo di decadimento, seguendo le metodologie gi? note che utilizzano, ad esempio "il colpo di pistola" o ?la sequenza di massima lunghezza" per valutare la risposta impulsiva del sistema acustico.

Sotto l'aspetto pratico, l'invenzione ? da considerarsi un passo avanti nella tecnica dei densitometri, cio? di quegli strumenti utilizzati per misurare l'energia acustica degli ambienti.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Densitometro acustico, per la misura diretta del tempo di riverberazione di un ambiente, caratterizzato da! fatto di essere costituito essenzialmente da microfoni accoppiati in fase ed essendo, ciascuna coppia di essi, disposta lungo una delle tre direzioni ortogonali, da convertitori analogico-digitali, (ADC), da banchi di filtri (DF), da sommatori (?), da integratori (I), ecc.
2. 2. Densitometro acustico, per la misura diretta del tempo di riverberazione di un ambiente, secondo la Riv. 1, caratterizzato dal fatto che, per determinare il tempo di decadimento della densit? di energia acustica il procedimento ? il seguente: si utilizzano coppie di microfoni, tipicamente tre coppie (Fig. 1), quindi, dalla misura della densit? dell?energia acustica, istante per istante, si determina il suo tempo di decadimento: i segnali microfonici ottenuti dalla distribuzione dei segnali di pressione acustica (PAx - PBx... ecc.) per ciascuna direzione spaziale devono essere tali da mantenere la stessa relazione di fase presente originariamente, nei diversi punti di misura nel campo sonoro ed essendo, tali segnali analogici digitalizzati (ADC) tramite un convertitore analogico digitale per ogni coppia (PAx - PBx,...) e quindi sottoposti ad un processo di filtraggio (DF),; cosi che i due segnali, appartenenti alla medesima coppia, e relativamente a ciascuna banda di frequenza, vengono sottratti tra loro, e la differenza ottenuta viene sottoposta ad un processo di integrazione ( I ) continua nel tempo, il cui risultato costituisce la componente della velocit? (Vx) nella direzione spaziale identificata dalla coppia stessa; quindi le grandezze cosi ottenute per la pressione acustica (P) e le tre componenti spaziali della velocit? (Vx, Vy, Vz) delle particelle di aria, relativamente al medesimo istante temporale, ed alla medesima banda di frequenza, vengono elaborate algebricamente (?), avendo preventivamente memorizzato, nella circuiteria, i valori per le costanti c (velocit? del suono nell'aria nelle condizioni di misura) e p (densit? del'aria nelle condizioni di misura).
3. 3. Densitometro acustico, per la misura diretta il tempo di riverberazione di un ambiente, secondo le precedenti rivendicazioni, caratterizzato fatto che l'elaborazione dei segnali provenienti dalle tre coppie di microfoni deve essere inferiore al periodo di tempo corrispondente alla frequenza di campionamento dei segnati acquisiti nel "range" acustico che si intende analizzare.