ITTO20090501A1

ITTO20090501A1 - HIGHLY DIRECTIVITY DEVICE FOR SOUND REPRODUCTION

Info

Publication number: ITTO20090501A1
Application number: IT000501A
Authority: IT
Inventors: Claudio Elio Di; Giovanni Iacovitti; Giorgio Pelosio
Original assignee: Dipartimento Di Biolog Animale Ed Ecologia Cent
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-02

Description

DESCRIZIONE dell’Invenzione Industriale avente per titolo: DESCRIPTION of the Industrial Invention entitled:

“DISPOSITIVO AD ELEVATA DIRETTIVITÀ PER LA RIPRODUZIONE ACUSTICA DI SUONI” "DEVICE WITH HIGH DIRECTIVITY FOR THE ACOUSTIC REPRODUCTION OF SOUNDS"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la generazione e la riproduzione acustica di suoni da utilizzare in applicazioni in cui sono richieste elevate caratteristiche di direttività rispetto a quelle fornite dai dispositivi usualmente disponibili in commercio, come altoparlanti o insiemi di altoparlanti per scopi generali. The present invention relates to a device for the generation and acoustic reproduction of sounds to be used in applications where high directivity characteristics are required compared to those provided by devices usually available on the market, such as loudspeakers or sets of loudspeakers for general purposes.

La caratteristica di elevata direttività è richiesta ad esempio per la trasmissione di suoni in ambienti interni o esterni dove è necessario comunicare per via acustica in modo quanto più selettivo possibile verso zone specifiche, come ad esempio verso settori di uno stadio o di luoghi per altri eventi collettivi, oppure dove è desiderabile ridurre il livello sonoro al di fuori di ben definite aree di interesse, come nel caso di deterrenza della fauna aviaria. The characteristic of high directivity is required, for example, for the transmission of sounds in indoor or outdoor environments where it is necessary to communicate acoustically in the most selective way possible towards specific areas, such as towards sectors of a stadium or places for other events. collective, or where it is desirable to reduce the sound level outside well-defined areas of interest, as in the case of deterrence of avian fauna.

L’elevata direttività è desiderabile anche per prevenire riverberazioni indesiderate del suono in luoghi dove queste determinano perdite di intelligibilità, come stazioni ferroviarie, aerostazioni, e così via. High directivity is also desirable to prevent unwanted reverberations of sound in places where these cause losses of intelligibility, such as railway stations, terminals, and so on.

Sono note nell’arte due distinte tecniche di focalizzazione acustica: la focalizzazione di tipo elettronico e la focalizzazione di tipo geometrico. Two distinct acoustic focusing techniques are known in the art: electronic focusing and geometric focusing.

Nella focalizzazione acustica di tipo elettronico vengono tipicamente utilizzate delle schiere, o “array”, finalizzate all’emissione controllata di onde acustiche e comprendenti: In electronic acoustic focusing, arrays or "arrays" are typically used, aimed at the controlled emission of acoustic waves and including:

- una pluralità di trasduttori in grado di trasmettere onde che si propagano in un mezzo elastico: i trasduttori possono, ad esempio, essere di tipo elettromeccanico, elettrostatico, elettrodinamico o piezo-elettrico; - a plurality of transducers capable of transmitting waves that propagate in an elastic medium: the transducers can, for example, be of the electromechanical, electrostatic, electrodynamic or piezoelectric type;

- una pluralità di dispositivi di alimentazione dei trasduttori tipicamente costituiti da amplificatori elettronici; - a plurality of transducer power supply devices typically constituted by electronic amplifiers;

- un sistema multicanale di elaborazione dei segnali, in cui tale elaborazione può comprendere tipicamente operazioni di filtraggio, di modulazione, di ritardo e di sfasamento dei segnali: il sistema multicanale permette di regolare la forma spazio-temporale dell’onda emessa, e quindi di modificare le caratteristiche di direzione dell’emissione per scopi di focalizzazione del suono. - a multichannel signal processing system, in which this processing can typically include filtering, modulation, delay and phase shifting of the signals: the multichannel system allows to regulate the space-time shape of the emitted wave, and therefore to change the direction characteristics of the emission for the purpose of focusing the sound.

Gli array acustici sono stati usati nelle applicazioni sonar fin dalla seconda Guerra Mondiale e oggi sono enormemente diffusi anche nella prospezione sismica (in banda infrasonica) e nella biomedicina (in banda ultrasonica). Acoustic arrays have been used in sonar applications since the Second World War and today they are also enormously widespread in seismic prospecting (in infrasonic band) and in biomedicine (in ultrasonic band).

Il modello matematico del campo irradiato da un array dotato di m trasduttori, contrassegnati dall’indice m= 1,2, K , M ed alimentati da un segnale, con forma d’onda generica s(t ) nel dominio del tempo t e trasformata di Fourier S(w ) nel dominio della pulsazione angolare w , sotto l’ipotesi di linearità del mezzo trasmissivo e dei trasduttori, è il seguente: The mathematical model of the field radiated by an array equipped with m transducers, marked by the index m = 1,2, K, M and fed by a signal, with generic waveform s (t) in the time domain t and transformed by Fourier S (w) in the domain of angular pulsation w, under the assumption of linearity of the transmission medium and of the transducers, is the following:

dove: where is it:

- Y(w, q ) è la trasformata di Fourier del segnale y(t, q ) ricevuto da un sensore omnidirezionale (o isotropo) a guadagno unitario posto in un punto P , caratterizzato dal vettore delle coordinate spaziali q ; - Y (w, q) is the Fourier transform of the signal y (t, q) received by an omnidirectional (or isotropic) sensor with unity gain placed in a point P, characterized by the vector of the spatial coordinates q;

- il cosiddetto “steering vector “,definito come contiene - the so-called "steering vector", defined as it contains

le M risposte in frequenza am(w, q ) , con m=1,2,...,k ,... M di ciascuno dei trasduttori dell’array rispetto al punto P e tiene conto degli effetti di propagazione, in particolare della divergenza del campo e dell’assorbimento e della dispersione temporale delle onde ad opera del mezzo trasmissivo; the M frequency responses am (w, q), with m = 1,2, ..., k, ... M of each of the transducers of the array with respect to the point P and takes into account the propagation effects, in particular the divergence of the field and the absorption and temporal dispersion of the waves by the transmission medium;

- S ( w ) e<− jwT>è la trasformata di Fourier del segnale s(t − T ) , dove T è il ritardo dovuto alla propagazione. - S (w) and <- jwT> is the Fourier transform of the signal s (t - T), where T is the delay due to propagation.

Mediante l’applicazione di filtri con risposta in frequenza Wm(w ) a ciascun sensore, si determina nel punto P un campo acustico definito dalla seguente formula di “beamforming”: By applying filters with frequency response Wm (w) to each sensor, an acoustic field defined by the following "beamforming" formula is determined at point P:

Quindi il segnale S ( w ) giunge nella posizione arbitraria q con un guadagno pari a: Hence the signal S (w) arrives at the arbitrary position q with a gain equal to:

g(w,q)=w<H>(w)a( w, q ) g (w, q) = w <H> (w) a (w, q)

che rappresenta una funzione di direttività dipendente dalla posizione della sorgente e dalla frequenza. which represents a directivity function dependent on the position of the source and on the frequency.

La funzione di direttività, indicata nel seguito come “beampattern”, descrive un fascio sintetico o filtro spaziale, creando un trasduttore virtuale con direttività pari a g(w, q ) rispetto al ricevitore . The directivity function, referred to below as “beampattern”, describes a synthetic beam or spatial filter, creating a virtual transducer with directivity equal to g (w, q) with respect to the receiver.

Le geometrie di array più usate sono quelle lineari o 1-D, spesso con i sensori equispaziati lungo l’asse di costruzione, e quelle bidimensionali o planari (2-D) , con i sensori disposti su uno stesso piano, ottenendo ad esempio array di tipo circolare, a spirale, a croce, e così via. The most used array geometries are linear or 1-D, often with sensors equally spaced along the construction axis, and two-dimensional or planar (2-D) ones, with sensors arranged on the same plane, obtaining for example arrays circular, spiral, cross type, and so on.

Un array lineare verticale ideale può dar luogo a fasci con direttività regolabile solo nella coordinata zenitale, ma indipendente dalla coordinata azimutale. Per ogni componente armonica del segnale, il fascio emesso dall’array presenta tipicamente un lobo principale nella direzione zenitale di interesse, con un’ampiezza angolare, a -6 dB rispetto al massimo, pari a circa pi / L , dove L è la lunghezza fisica dell’array, detta apertura, espressa in lunghezze d’onda l , relative alla frequenza considerata (si ricorda che la pulsazione angolare w , pari a 2pi f , dove f è la frequenza, misurata in Hz, e la lunghezza d’onda l sono legate tra loro dalla relazione 2pi c = lw , dove c è la velocità di propagazione nel mezzo). An ideal vertical linear array can give rise to beams with directivity adjustable only in the zenith coordinate, but independent of the azimuthal coordinate. For each harmonic component of the signal, the beam emitted by the array typically has a main lobe in the zenith direction of interest, with an angular amplitude, at -6 dB with respect to the maximum, equal to approximately pi / L, where L is the length physics of the array, called aperture, expressed in wavelengths l, relative to the frequency considered (remember that the angular pulsation w, equal to 2pi f, where f is the frequency, measured in Hz, and the wavelength l are related to each other by the relationship 2pi c = lw, where c is the speed of propagation in the medium).

Oltre al lobo principale, in dipendenza di vari fattori, quali la spaziatura e la direttività dei singoli trasduttori, gli array lineari presentano lobi laterali di emissione che si cerca generalmente di contenere attraverso la scelta delle risposte dei filtri Wm(w ) . In particolare, se la distanza fra i centri di emissione di trasduttori adiacenti è superiore a metà lunghezza d’onda, si presentano i cosiddetti “grating lobes”, ovvero lobi che non possono essere controllati dal beamforming. In addition to the main lobe, depending on various factors, such as the spacing and directivity of the individual transducers, linear arrays have emission side lobes that are generally attempted to contain through the choice of the responses of the Wm (w) filters. In particular, if the distance between the emission centers of adjacent transducers is greater than half a wavelength, the so-called "grating lobes" occur, ie lobes that cannot be controlled by beamforming.

Gli array planari possono invece sagomare il fascio simultaneamente nelle due coordinate spaziali (elevazione e azimut). Planar arrays can instead shape the beam simultaneously in the two spatial coordinates (elevation and azimuth).

I problemi principali degli array sono: The main problems with arrays are:

- peso, costo e dimensioni, dovuti alla molteplicità dei trasduttori, e delle relative apparecchiature; - weight, cost and dimensions, due to the multiplicity of transducers, and related equipment;

- efficienza: in particolare il massimo guadagno di array, dato per definizione da w H a ( w , q 0 ) - efficiency: in particular the maximum array gain, given by definition from w H a (w, q 0)

G ( w , q 0 )= max = a ( w , q 0 ) G (w, q 0) = max = a (w, q 0)

w per la posizione di interesse q0, è sempre w for the position of interest q0, is always

w w

significativamente inferiore a quello di un trasduttore singolo di pari dimensione caratteristica (apertura lineare o superficie), a causa degli interspazi esistenti fra i trasduttori dell’array; significantly lower than that of a single transducer of the same characteristic size (linear opening or surface), due to the interspaces existing between the transducers of the array;

- variazione in frequenza dello steering vector a( w, q ) per una determinata spaziatura dei trasduttori: oltre certi limiti, questa variazione non può essere più efficacemente compensata dai filtri di beamforming. - variation in frequency of the steering vector a (w, q) for a given spacing of the transducers: beyond certain limits, this variation cannot be more effectively compensated by the beamforming filters.

I primi due dei tre succitati problemi possono essere ridotti usando un numero ridotto di trasduttori estesi e quindi a direttività elevata. Tuttavia, questo riduce le capacità di puntamento elettronico. The first two of the three aforementioned problems can be reduced by using a small number of extended and therefore high directivity transducers. However, this reduces the electronic pointing capabilities.

Un’analisi teorica dettagliata della risposta di array lineari acustici è disponibile nell’articolo: G.Jacovitti, A. Neri, G. Scarano, “Pulsed Response of Focused arrays in Ecographic B-Mode Systems” in IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-32, N. 6, Novembre 1985, pp.850-860. A detailed theoretical analysis of the response of linear acoustic arrays is available in the article: G.Jacovitti, A. Neri, G. Scarano, "Pulsed Response of Focused arrays in Ecographic B-Mode Systems" in IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-32, No. 6, November 1985, pp. 850-860.

Nella focalizzazione acustica di tipo geometrico, più antica rispetto a quella di tipo elettronico, vengono tipicamente utilizzati delle superfici riflettenti. In the acoustic focusing of the geometric type, older than the electronic type, reflective surfaces are typically used.

Il più classico sistema di focalizzazione geometrica, usato largamente anche in settori analoghi, come quelli ottici e elettromagnetici, consiste nel porre il trasduttore nel fuoco di un paraboloide di rotazione, per formare un fascio acustico direttivo allineato con l’asse del paraboloide stesso. Questa tecnica è stata largamente usata in passato, soprattutto in ricezione, per realizzare radar acustici. The most classic geometric focusing system, also widely used in similar sectors, such as optical and electromagnetic ones, consists in placing the transducer in the focus of a rotating paraboloid, to form a directional acoustic beam aligned with the axis of the paraboloid itself. This technique has been widely used in the past, especially in reception, to create acoustic radars.

Il problema fondamentale della focalizzazione geometrica rispetto a quella elettronica ottenuta con gli array è che essa può essere modificata attraverso movimentazioni meccaniche. Non è quindi possibile deflettere “istantaneamente” il fascio acustico. The fundamental problem of the geometric focus compared to the electronic focus obtained with arrays is that it can be modified through mechanical movements. It is therefore not possible to “instantaneously” deflect the acoustic beam.

D’altra parte, il vantaggio della focalizzazione geometrica consiste nell’alta efficienza potenziale dovuta all’utilizzazione di gran parte dell’energia emessa dal trasduttore. On the other hand, the advantage of the geometric focus consists in the high potential efficiency due to the use of a large part of the energy emitted by the transducer.

Nel settore degli altoparlanti convenzionali sono disponibili numerose realizzazioni di tipo direttivo. Tra queste sono di particolare importanza i gruppi, o “cluster”, di trasduttori utilizzati per l’irradiazione del suono in settori abbastanza ampi. Più recentemente sono stati sviluppati e utilizzati array lineari, detti anche linee di suono. In the field of conventional loudspeakers, numerous executive-type constructions are available. Among these, the groups, or "clusters", of transducers used for sound irradiation in fairly large sectors are of particular importance. More recently, linear arrays, also called lines of sound, have been developed and used.

Ad esempio, gli altoparlanti della linea Intellivox DDC (http://resource.boschsecurity.com/documents/LBC325100_DataSheet_enUS_ T2955605899.pdf) sono in grado di emettere il suono fortemente concentrato in un piccolo settore zenitale, la cui inclinazione può essere regolata per via elettronica. Questi altoparlanti sono di particolare utilità in ambienti caratterizzati da una forte riverberazione verticale, come ad esempio nelle cattedrali. For example, the speakers of the Intellivox DDC line (http://resource.boschsecurity.com/documents/LBC325100_DataSheet_enUS_ T2955605899.pdf) are able to emit the sound strongly concentrated in a small zenithal sector, the inclination of which can be adjusted by electronics. These speakers are particularly useful in environments with strong vertical reverberation, such as in cathedrals.

Per risolvere i problemi di controllo della direttività su entrambe le coordinate angolari, verticale ed orizzontale, sono stati ancora più recentemente introdotti altoparlanti speciali. Tra questi possono essere citati: To solve the directivity control problems on both angular coordinates, vertical and horizontal, special loudspeakers have been introduced even more recently. Among these can be mentioned:

- SB-1 Parabolic Sound della Meyer Sound (http://www.meyersound.com/pdf/products/industrial_series/sb-1_ds.pdf) Utilizza un metodo di focalizzazione a riflessione su paraboloide di rotazione per la parte delle frequenze più alte, e di diffusione a tromba per le frequenze più basse. Il diametro del paraboloide è di 54.0”. La risposta in frequenza è nell’intervallo tra 500 e 15000 Hz. - SB-1 Parabolic Sound by Meyer Sound (http://www.meyersound.com/pdf/products/industrial_series/sb-1_ds.pdf) Uses a reflection focusing method on a rotation paraboloid for the higher frequency part , and horn diffusion for the lower frequencies. The diameter of the paraboloid is 54.0 ”. The frequency response is in the range between 500 and 15000 Hz.

- LRAD Long range Acoustic Device della DeTect. Inc. - LRAD Long range Acoustic Device by DeTect. Inc.

(http://www.detectinc.com/downloads/DeTect%20LRAD%20Long%20Range%20Acoustic%20Dev ice%20117.pdf) (http://www.detectinc.com/downloads/DeTect%20LRAD%20Long%20Range%20Acoustic%20Dev ice% 20117.pdf)

Utilizza un metodo di focalizzazione basato sulla emissione rifasata elettronicamente di trasduttori disposti su un disco di diametro 33.0” (array planare). It uses a focusing method based on the electronically corrected emission of transducers arranged on a 33.0 ”diameter disk (planar array).

- SB-3F Sound Field Synthesis della Meyer Sound (http://www.meyersound.com/pdf/products/industrial_series/sb-3f_ppi.pdf) Utilizza un metodo di focalizzazione basato sull’emissione rifasata elettronicamente di 448 trasduttori montati su un piatto esagonale di diametro di circa 40” (array planare). La risposta in frequenza è nell’intervallo 2000-9000 Hz. - SB-3F Sound Field Synthesis by Meyer Sound (http://www.meyersound.com/pdf/products/industrial_series/sb-3f_ppi.pdf) It uses a focusing method based on the electronically corrected emission of 448 transducers mounted on a 40 ”diameter hexagonal plate (planar array). The frequency response is in the 2000-9000 Hz range.

-IntelliDisc-DS90 della AXYS -IntelliDisc-DS90 from AXYS

(http://www.duran-audio.com/pdfs/downloads/IntelliDisc/IntelliDisc_DS-90_lr.pdf) (http://www.duran-audio.com/pdfs/downloads/IntelliDisc/IntelliDisc_DS-90_lr.pdf)

Utilizza un metodo di focalizzazione basato sull’emissione rifasata elettronicamente di trasduttori montati su un piatto esagonale di diametro di circa 33.5” (array planare). La risposta in frequenza è nell’intervallo 130-12000 Hz. It uses a focusing method based on the electronically corrected emission of transducers mounted on a hexagonal plate with a diameter of about 33.5 "(planar array). The frequency response is in the 130-12000 Hz range.

I quattro succitati dispositivi utilizzano un unico sistema di focalizzazione: geometrico a riflessione, come nel caso del dispositivo SB-1, oppure ad emissione rifasata elettronicamente di più trasduttori, come nei casi restanti. La capacità di focalizzazione degli array cresce con le dimensioni lineari (altezza, larghezza, ovvero diametro). Di conseguenza, il numero di trasduttori di un array planare cresce proporzionalmente alla superficie occupata dall’array stesso. Ne consegue che dispositivi altamente direttivi, cioè in grado di selezionare il settore di insonificazione con elevato grado di discriminazione verticale e orizzontale, richiedono un numero assai elevato di trasduttori. Ciò implica non solo costi elevati, ma anche pesi e difficoltà costruttive piuttosto elevate. The four aforementioned devices use a single focusing system: geometric with reflection, as in the case of the SB-1 device, or with electronically corrected emission of several transducers, as in the remaining cases. The focusing capacity of arrays grows with linear dimensions (height, width, or diameter). Consequently, the number of transducers in a planar array grows proportionally to the surface occupied by the array itself. It follows that highly directive devices, ie capable of selecting the insonification sector with a high degree of vertical and horizontal discrimination, require a very large number of transducers. This implies not only high costs, but also quite high construction weights and difficulties.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni in entrambe le coordinate angolari, in particolare nelle direzioni verticale ed orizzontale, senza ricorrere alla utilizzazione di array planari. The object of the present invention is therefore to indicate a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds in both angular coordinates, in particular in the vertical and horizontal directions, without resorting to the use of planar arrays.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni che presenti una maggiore superficie efficace di radiazione e, quindi, una maggiore direttività rispetto ai dispositivi di arte nota, a parità di numero e tipologia dei trasduttori impiegati. A further object of the present invention is to indicate a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds which has a greater effective radiation surface and, therefore, a greater directivity than the prior art devices, with the same number and type of transducers used.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni che, a parità di superficie efficace di radiazione, utilizzi un minor numero di trasduttori rispetto ai dispositivi di arte nota. A further object of the present invention is to indicate a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds which, for the same effective radiation surface, uses fewer transducers than devices of the known art.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni che consenta di regolare elettronicamente le caratteristiche di direttività del fascio acustico su un piano a scelta. A further object of the present invention is to indicate a high directivity device for the acoustic reproduction of sounds which allows the directivity characteristics of the acoustic beam to be electronically adjusted on a plane of choice.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni che consenta di deflettere elettronicamente il fascio acustico su un piano a scelta senza ricorrere ad una movimentazione meccanica del dispositivo stesso. A further object of the present invention is to indicate a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds which allows the acoustic beam to be deflected electronically on a plane of your choice without resorting to mechanical movement of the device itself.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni che consenta di inviare contemporaneamente suoni diversi in direzioni prevalenti diverse. A further object of the present invention is to indicate a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds which allows different sounds to be sent simultaneously in different prevailing directions.

In sintesi, il dispositivo descritto nella presente invenzione si basa su una focalizzazione acustica ibrida al fine di ottenere un’elevata direttività del fascio acustico. Tale focalizzazione acustica viene in pratica ottenuta attraverso l’uso contemporaneo di due tecniche: In summary, the device described in the present invention is based on a hybrid acoustic focusing in order to obtain a high directivity of the acoustic beam. This acoustic focus is practically obtained through the simultaneous use of two techniques:

- una tecnica di focalizzazione acustica passiva, ottenuta mediante uno specchio acustico cilindrico a profilo approssimativamente parabolico; - a passive acoustic focusing technique, obtained by means of a cylindrical acoustic mirror with an approximately parabolic profile;

- una tecnica di focalizzazione elettronica attiva, ottenuta mediante l’impiego di una schiera di trasduttori situati approssimativamente lungo la retta focale della parabola individuata da tale specchio acustico. - an active electronic focusing technique, obtained through the use of an array of transducers located approximately along the focal line of the parabola identified by this acoustic mirror.

La focalizzazione acustica ibrida permette di indirizzare prevalentemente l’emissione acustica entro un fascio acustico definito sia su un piano a scelta, sia su quello ortogonale. La focalizzazione elettronica permette inoltre la deflessione del fascio su uno dei piani senza movimentazione meccanica (steering elettronico). The hybrid acoustic focus allows to direct mainly the acoustic emission within an acoustic beam defined both on a plane of your choice and on the orthogonal one. The electronic focusing also allows the deflection of the beam on one of the planes without mechanical movement (electronic steering).

L’uso di un settore parabolico consente di limitare il mascheramento della radiazione da parte del sistema di trasduttori e le conseguenti perdite di efficienza. The use of a parabolic sector allows to limit the masking of the radiation by the transducer system and the consequent efficiency losses.

In una forma di realizzazione del dispositivo, i trasduttori sono inclinati rispetto all’asse della parabola. L’orientazione dei trasduttori inclinata verso il basso consente, tra l’altro, di proteggere gli stessi dalle precipitazioni atmosferiche. Una forma preferita di utilizzo del dispositivo secondo la presente invenzione è finalizzata all’invio di segnali acustici alla fauna aviaria con lo scopo di stimolarne comportamenti, secondo criteri dettati dalle conoscenze nel settore. Il dispositivo secondo l’invenzione può tuttavia essere impiegato per altri scopi di segnalazione, di comunicazione e di diffusione. In one embodiment of the device, the transducers are inclined with respect to the axis of the parabola. The orientation of the transducers inclined downwards allows, among other things, to protect them from atmospheric precipitation. A preferred form of use of the device according to the present invention is aimed at sending acoustic signals to avian fauna with the aim of stimulating their behavior, according to criteria dictated by knowledge in the sector. The device according to the invention can however be used for other reporting, communication and dissemination purposes.

Gli scopi suddetti risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione dettagliata del metodo e del sistema secondo l’invenzione, con particolare riferimento alle Figure allegate in cui: The aforementioned purposes will become clearer from the detailed description of the method and system according to the invention, with particular reference to the attached Figures in which:

- la Figura 1 rappresenta una vista laterale del dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni; Figure 1 represents a side view of the high directivity device for the acoustic reproduction of sounds;

- la Figura 2 rappresenta una vista frontale del dispositivo di Figura 1; Figure 2 represents a front view of the device of Figure 1;

- la Figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un processore di segnali digitali utilizzato per alimentare una pluralità di trasduttori del dispositivo di Figura 1; Figure 3 represents a block diagram of a digital signal processor used to power a plurality of transducers of the device of Figure 1;

- le Figure 4 e 5 rappresentano un’indicazione qualitativa dell’andamento di fasci acustici, emessi dal dispositivo di Figura 1, rispettivamente su un piano verticale ed orizzontale. - Figures 4 and 5 represent a qualitative indication of the trend of acoustic beams, emitted by the device of Figure 1, respectively on a vertical and horizontal plane.

Con riferimento alle Figure 1 e 2, viene indicato un dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni, indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 1. With reference to Figures 1 and 2, a device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds is indicated, indicated as a whole with the reference number 1.

Il dispositivo 1 comprende una pedana 15 che supporta un primo basamento 3 su cui sono montati dei mezzi di movimentazione meccanici 16, i quali permettono di regolare l’angolo zenitale, o verticale, di orientamento del dispositivo 1. The device 1 comprises a platform 15 which supports a first base 3 on which mechanical movement means 16 are mounted, which allow to adjust the zenith, or vertical, angle of orientation of the device 1.

I mezzi di movimentazione meccanica 16, opportunamente comandati da mezzi di controllo (non rappresentati), agiscono su un supporto basculante 14 che supporta un corpo antenna 10 e poggia a sua volta su un secondo basamento 2. Il corpo antenna 10 presenta tipicamente uno schermo a profilo parabolico cilindrico, o con altri profili più elaborati, comunque capaci di effettuare una focalizzazione. The mechanical movement means 16, suitably controlled by control means (not shown), act on a pivoting support 14 which supports an antenna body 10 and rests in turn on a second base 2. The antenna body 10 typically has a cylindrical parabolic profile, or with other more elaborate profiles, however capable of focusing.

Da pareti laterali 17,17’ del corpo antenna 10 si ergono rispettivamente due bracci portatraversa 11, i quali fungono da supporto per un elemento di supporto 13, in particolare una traversa, che si estende per tutta la lunghezza del corpo antenna 10. From the side walls 17,17 'of the antenna body 10 there are respectively two crossbar holder arms 11, which act as a support for a support element 13, in particular a crosspiece, which extends along the entire length of the antenna body 10.

Sull’elemento di supporto 13 è montata una schiera lineare, o array, di trasduttori 12. A linear array, or array, of transducers 12 is mounted on the support element 13.

I trasduttori 12 sono disposti approssimativamente sulla retta focale della parabola individuata da detto specchio acustico e sono preferibilmente equispaziati. The transducers 12 are arranged approximately on the focal line of the parabola identified by said acoustic mirror and are preferably equally spaced.

In una forma di realizzazione, i trasduttori 12 sono inclinati di un angolo predeterminato rispetto all’asse della parabola che forma il profilo parabolico 16. In una forma di realizzazione preferita, tale angolo predeterminato è approssimativamente di 45°. I trasduttori 12 sono preferibilmente trombe del tipo “midrange-tweeter”. L’efficacia del controllo elettronico dei trasduttori 12 dipende essenzialmente dal numero dei trasduttori impiegati e dalle loro caratteristiche di direttività. Come è meglio visibile in Figura 1, i bracci portatraversa 11 comprendono una porzione inclinata 11’ disposta in modo tale che i trasduttori 12 siano collocati a una certa distanza dal corpo antenna 10. In questo modo, quando i trasduttori 12 sono opportunamente alimentati, le onde acustiche da essi generate vengono riflesse dal profilo parabolico 16 e dirette nelle direzioni desiderate. In one embodiment, the transducers 12 are inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the parabola that forms the parabolic profile 16. In a preferred embodiment, this predetermined angle is approximately 45 °. The transducers 12 are preferably horns of the "midrange-tweeter" type. The effectiveness of the electronic control of the transducers 12 essentially depends on the number of transducers used and their directivity characteristics. As can be seen better in Figure 1, the cross-carrying arms 11 comprise an inclined portion 11 'arranged in such a way that the transducers 12 are placed at a certain distance from the antenna body 10. In this way, when the transducers 12 are suitably powered, the acoustic waves generated by them are reflected by the parabolic profile 16 and directed in the desired directions.

I mezzi di movimentazione meccanica 16 comprendono: The mechanical handling means 16 comprise:

- un motore 7, tipicamente di tipo elettrico monofase, per fornire l’alimentazione al dispositivo 1 ed in particolare ai mezzi di movimentazione meccanica 16; - eventualmente un riduttore 6, collegato al motore 7; - a motor 7, typically of the single-phase electric type, to provide power to the device 1 and in particular to the mechanical handling means 16; - optionally a reducer 6, connected to the motor 7;

- una ralla 4, montata sul primo basamento 3 che appoggia sulla pedana 15, per consentire il movimento intorno ad un asse verticale del dispositivo 1; - a fifth wheel 4, mounted on the first base 3 which rests on the platform 15, to allow movement around a vertical axis of the device 1;

- un supporto basculante 14, che supporta il corpo antenna 10 e che, con l’ausilio di un dispositivo oleodinamico 8, consente di regolare l’angolo verticale del corpo antenna 10. - a tilting support 14, which supports the antenna body 10 and which, with the aid of an hydraulic device 8, allows you to adjust the vertical angle of the antenna body 10.

Per quanto riguarda la regolazione del fascio acustico sul piano passante per la retta focale, esso viene ottenuto in modo elettronico, cioè modificando i segnali che alimentano la schiera. As regards the adjustment of the acoustic beam on the plane passing through the focal line, it is obtained electronically, ie by modifying the signals that feed the array.

A questo proposito, i mezzi di controllo del dispositivo 1 includono un processore di segnali digitali 20, rappresentato in Figura 3. In this regard, the control means of the device 1 include a digital signal processor 20, shown in Figure 3.

Il processore di segnali digitali 20 comprende un blocco di ingresso 21 in cui il segnale acustico da diffondere attraverso i trasduttori 12 viene convertito in digitale ed inviato ad una pluralità di filtri digitali 22, tipicamente di tipo FIR. I filtri digitali 22 sono in numero dimezzato rispetto ai trasduttori 12 da alimentare, in quanto, in una forma di realizzazione preferita, l’alimentazione e la geometria dell’array hanno un piano di simmetria. Dopo l’operazione di filtraggio, il segnale viene riconvertito in analogico da una pluralità di blocchi di conversione D/A 23, sempre in numero pari ai filtri digitali 22. Il segnale analogico riconvertito viene trasmesso da ogni blocco di conversione D/A 23 a coppie di amplificatori analogici 24,25 che pilotano i rispettivi trasduttori 12 denominati S1,…,S12. The digital signal processor 20 comprises an input block 21 in which the acoustic signal to be diffused through the transducers 12 is converted into digital and sent to a plurality of digital filters 22, typically of the FIR type. The digital filters 22 are halved in number compared to the transducers 12 to be powered, since, in a preferred embodiment, the power supply and the geometry of the array have a plane of symmetry. After the filtering operation, the signal is reconverted to analog by a plurality of D / A conversion blocks 23, again in a number equal to the digital filters 22. The reconverted analog signal is transmitted by each D / A conversion block 23 to pairs of analog amplifiers 24,25 driving the respective transducers 12 called S1,…, S12.

La struttura di formazione del fascio acustico sopra riportata è quella classica del beamforming di Frost che appare ad esempio in: The acoustic beam formation structure shown above is the classic one of Frost beamforming which appears for example in:

- Frost, 0. L., "An algorithm for linearly constrained adaptive array processing", Proc. IEEE, vol. 60, pp. 926-935, Agosto 1972. - Frost, 0. L., "An algorithm for linearly constrained adaptive array processing", Proc. IEEE, vol. 60, pp. 926-935, August 1972.

Altri riferimenti sono: Other references are:

- R. V. Gatti, L. Marcaccioli, R. Sorrentino, “A novel phase-only method for shaped beam synthesis and adaptive nulling”, 33rd European Microwave Conference, Monaco, Ottobre 2003, pp. 739-742. - R. V. Gatti, L. Marcaccioli, R. Sorrentino, “A novel phase-only method for shaped beam synthesis and adaptive nulling”, 33rd European Microwave Conference, Munich, October 2003, pp. 739-742.

- R. Parisi, E. D. Di Claudio, G. Orlandi and B.D. Rao, "A generalized learning paradigm exploiting the structure of feedforward neural networks," IEEE Transactions on Neural Networks, Vol. 7, No. 6, pp. 1450-1460, Novembre 1996. Con riferimento alle Figure 4 e 5, viene fornito un esempio di indirizzamento dei fasci acustici da parte del dispositivo 1. La Figura 4 rappresenta una vista laterale del dispositivo 1, mentre la Figura 5 rappresenta una vista dall’alto del dispositivo 1. Di conseguenza, la Figura 4 mostra una vista in una sezione verticale dell’andamento dei fasci acustici, mentre la Figura 5 ne mostra una vista in sezione orizzontale. - R. Parisi, E. D. Di Claudio, G. Orlandi and B.D. Rao, "A generalized learning paradigm exploiting the structure of feedforward neural networks," IEEE Transactions on Neural Networks, Vol. 7, No. 6, pp. 1450-1460, November 1996. With reference to Figures 4 and 5, an example of addressing of the acoustic beams by device 1 is provided. Figure 4 represents a side view of device 1, while Figure 5 represents a view from top of the device 1. Consequently, Figure 4 shows a view in a vertical section of the course of the acoustic beams, while Figure 5 shows a horizontal sectional view.

Come si può notare, grazie alla particolare tecnica di focalizzazione ibrida utilizzata dal dispositivo 1, è possibile dirigere un fascio acustico con elevata direttività in una o più zone desiderate, sia in direzione orizzontale (azimutale) che in direzione verticale (zenitale), ossia in una prima coordinata angolare ed in una seconda coordinata angolare, ortogonale alla prima. As can be seen, thanks to the particular hybrid focusing technique used by the device 1, it is possible to direct an acoustic beam with high directivity in one or more desired areas, both in the horizontal direction (azimuth) and in the vertical direction (zenith), i.e. in a first angular coordinate and in a second angular coordinate, orthogonal to the first.

Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi. From the above description the characteristics of the present invention are therefore clear, as well as its advantages.

Il dispositivo secondo la presente invenzione è basato su una tecnica di focalizzazione ibrida. The device according to the present invention is based on a hybrid focusing technique.

Da una parte, esso utilizza la tecnica di allineamento in fase propria degli array lineari, che però sono in grado di focalizzare il suono in una sola dimensione angolare. Per focalizzare il suono nell’altra dimensione angolare, è utilizzata una tecnica a riflessione parabolica cilindrica. On the one hand, it uses the phase alignment technique typical of linear arrays, which however are able to focus the sound in a single angular dimension. To focus the sound in the other angular dimension, a cylindrical parabolic reflection technique is used.

Con la tecnica di focalizzazione ibrida, la capacità di focalizzazione cresce linearmente con il numero di trasduttori. Infatti la focalizzazione è effettuata nell’altra direzione mediante una superficie riflettente. Ciò significa che è vantaggiosamente possibile realizzare dispositivi a grande superficie di radiazione, e quindi ad elevata direttività, a costi e pesi relativamente contenuti. L’invenzione prevede infatti di utilizzare un numero limitato di trasduttori e un riflettore acustico cilindrico. With the hybrid focusing technique, the focusing capacity grows linearly with the number of transducers. In fact, the focus is carried out in the other direction by means of a reflective surface. This means that it is advantageously possible to produce devices with a large radiation surface, and therefore with a high directivity, at relatively low cost and weight. The invention in fact provides for the use of a limited number of transducers and a cylindrical acoustic reflector.

Rispetto dunque ai dispositivi di arte nota, il dispositivo secondo la presente invenzione presenta i seguenti vantaggi: Therefore, compared to the devices of the known art, the device according to the present invention has the following advantages:

- maggiore superficie efficace di radiazione: ciò significa in linea di principio maggiore direttività complessiva del fascio acustico; - greater effective radiation surface: this means in principle greater overall directivity of the acoustic beam;

- possibilità di regolare elettronicamente le caratteristiche di direttività del fascio acustico sul piano orizzontale a seconda delle esigenze operative; - possibility of electronically adjusting the directivity characteristics of the acoustic beam on the horizontal plane according to operational requirements;

- possibilità di deflettere elettronicamente il fascio acustico sul piano orizzontale senza movimentazione meccanica; - possibility of electronically deflecting the acoustic beam on the horizontal plane without mechanical movement;

- possibilità di indirizzare l’emissione del suono con la capacità di deflessione istantanea su una delle coordinate angolari; - possibility of directing the sound emission with the instantaneous deflection capacity on one of the angular coordinates;

- possibilità di inviare contemporaneamente suoni diversi in direzioni prevalenti diverse. - ability to simultaneously send different sounds in different prevailing directions.

Rispetto a soluzioni basate su schiere planari, come quella descritta nel succitato dispositivo SB-3F della Meyer Sound, il dispositivo secondo l’invenzione presenta il vantaggio di utilizzare un numero di trasduttori molto minore a parità di superficie efficace di radiazione. Compared to solutions based on planar arrays, such as the one described in the aforementioned SB-3F device from Meyer Sound, the device according to the invention has the advantage of using a much smaller number of transducers for the same effective radiation surface.

Numerose sono le varianti possibili al dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni descritto come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti. Dunque è facilmente comprensibile che la presente invenzione non è limitata al dispositivo ad elevata direttività per la riproduzione acustica di suoni precedentemente descritto, ma è passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza però allontanarsi dall’idea dell’invenzione, così come è precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni. There are numerous possible variants of the device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds described as an example, without thereby departing from the principles of novelty inherent in the inventive idea, just as it is clear that in its practical implementation the shapes of the illustrated details may be different, and they can be replaced with technically equivalent elements. It is therefore easy to understand that the present invention is not limited to the high directivity device for the acoustic reproduction of sounds previously described, but is subject to various modifications, improvements, replacements of equivalent parts and elements without however departing from the idea of the invention. as it is better specified in the following claims.

Claims

CLAIMS 1. Device with high directivity for the acoustic reproduction of sounds, characterized in that it comprises means for passive acoustic focusing (10), in particular for reflection, with respect to a first angular coordinate, and means for acoustic focusing of the type active (12), in particular electronic, with respect to a second angular coordinate, orthogonal to the first.

2. Device according to claim 1, characterized in that said active type acoustic focusing means (12) comprise a linear array of transducers.

3. Device according to claim 1, characterized in that said acoustic focusing means of the passive type (10) comprise a cylindrical acoustic mirror.

4. Device according to claim 3, characterized in that said cylindrical acoustic mirror has a typically parabolic profile (18).

5. Device according to claims 2 and 4, characterized in that said transducers (12) are arranged along the focal line of the parabola identified by said acoustic mirror.

6. Device according to claim 5, characterized by the fact that said transducers (12) are inclined at a predetermined angle with respect to the axis of said parabola (18).

7. Device according to claim 6, characterized in that said predetermined angle is approximately 45 °.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that said transducers (12) are mounted on a support element (13) which is arranged in such a way that the sound waves emitted by said transducers (12) are reflected from said acoustic mirror.

9. Device according to claim 8, characterized by the fact that said support element (13) is supported by two cross-holder arms (11), which respectively rise from side walls (17.17 ') of said device (1).

10. Device according to claim 1, characterized in that said means for passive acoustic focusing (10) comprise mechanical movement means (16) which act on an antenna body in such a way as to regulate the acoustic deflection of the sounds along a coordinated.

11. Device according to claim 10, characterized in that said mechanical movement means (16) comprise at least one pivoting support (14) powered by a motor (7).

12. Device according to claim 10, characterized in that said antenna body is able to rotate around an axis.