ITTO960296A1 - Sistema di fonoriproduzione per veicoli. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo :

"Sistema di fonoriproduzione per veicoli"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai sistemi di fonoriproduzione , comprendenti mezzi a fonorilevatore (per il rilevamento di una registrazione sonora da un supporto a disco o a nastro magnetico) o a fonoricevitore (un apparecchio radio), mezzi di amplificazione e mezzi di emissione sonora.

Tradizionalmente in tali sistemi di fonoriproduzione i mezzi di emissione sonora sono costituiti da uno o più altoparlanti con diaframmi vibranti attivati da appositi trasduttori-attuatori per l'irradiazione dell'energia sonora. Tali altoparlanti presentano una configurazione più o meno costruttivamente complessa e comunque normalmente costosa, e la loro installazione, particolarmente nel caso di impianti di fonoriproduzione installati a bordo di veicoli (autovetture, autobus, veicoli industriali, trattori e macchine movimento terra, aeromobili, veicoli su rotaia etc.) è relativamente complicata e vincolata agli spazi disponibili. Inoltre le prestazioni acustiche dei sistemi di fonoriproduzione convenzionali installati a bordo di veicoli sono sensibilmente penalizzate rispetto al caso di analoghi sistemi di fonoriproduzione utilizzati, ad esempio, in ambienti domestici. Questi limiti derivano dalla rumorosità di fondo dell'abitacolo del veicolo e dal fatto che all'interno dell'abitacolo i mezzi di emissione sonora (altoparlanti convenzionali), le superfici riflettenti e gli ascoltatori sono in genere fra loro molto ravvicinati. Onde sonore dirette e riflesse dalle superfici arrivano quasi contemporaneamente alle orecchie degli occupanti del veicolo, per cui si viene a perdere quell'importante effetto chiamato campo diffuso, che caratterizza ambienti di dimensioni maggiori. Per ovviare a questo inconveniente, ovvero per creare situazioni di campo diffuso, è possibile introdurre ritardi fra i vari diffusori acustici, in modo da creare effetti di riverbero artific ia1i. Questi sistemi sono tuttavia complicati, e per lo più originano nell'ascoltatore effetti non naturali, e quindi poco graditi.

Una soluzione più efficace per generare situazioni di campo diffuso è proposta, con particolare riferimento ad un velivolo, nel documento GB-A-2 .020.509 , secondo cui ai pannelli di rivestimento interno della fusoliera, ed in particolare pannelli di rivestimento a nido d'ape o a sandwich connessi elasticamente alla struttura portante esterna, sono applicati attuatori di eccitazione elettromagnetici. In tal modo tali pannelli di rivestimento interno vengono fatti vibrare per produrre suono ad audio-frequenze, realizzando una distribuzione sonora uniforme.

Soluzioni analoghe, specificatamente applicate ad autovetture, sono pure note dai documenti EP-A-0054945 , US 4,551,849 e US 4,720,867. Secondo questi documenti, viene pure impiegato un dispositivo di eccitazione elettromagnetico connesso ad un pannello che forma parte della struttura dell'autoveicolo, particolarmente per la generazione di basse frequenze. Anche in questo caso il pannello è un elemento di rivestimento interno, ad esempio di una portiera, oppure un ripiano di cappelliera posteriore .

Un'ulteriore soluzione è descritta nei documenti WO 90/13109 e GB-A-2 .252-657 , che mostrano un sistema sonoro applicabile ad un autoveicolo per generare effetti particolari come il rumore tipico di una vettura da competizione. Tale sistema utilizza vibratori montati su pannelli del veicolo, che possono anche fare parte di un dispositivo di controllo attivo antirumore. Nè i vibratori nè i pannelli su cui tali vibratori sono montati sono descritti in dettaglio nei suddetti due documenti.

Sistemi di controllo attivo anti-rumore che utilizzano trasduttori piezoelettrici sono anche noti nella tecnica, ad esempio dal documento EP-A-0618564, con specifico riferimento ad un veicolo ferroviario, e dal documento WO 95/07530, con specifico riferimento ad un'installazione fissa. Questi sistemi di controllo attivo antirumore non sono idonei a produrre suoni ad audiofrequenze di intrattenimento, particolarmente musica e simili, con la necessaria fedeltà.

Più in generale, nessuno dei sistemi noti dai documenti sopra menzionati permette di generare situazioni di campo diffuso del suono con una riproduzione di alta qualità in un'ampia gamma di audiofrequenze, senza effetti negativi di direzionalità, e con la chiarezza e brillantezza necessarie nel caso di riproduzioni musicali.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di fonoriproduzione per veicoli che consenta di ovviare agli inconvenienti suddetti.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto un sistema di fonoriproduzione per veicoli, comprendente mezzi a fonorilevatore o a fonoricevitore , mezzi di amplificazione e mezzi di emissione sonora includenti mezzi vibratori operativamente associati ad almeno un pannello che forma parte della struttura del veicolo ed è atto a vibrare per produrre suono ad audio-frequenze, la cui caratteristica essenziale risiede nel fatto che:

- detto almeno un pannello consiste in una parete di lamiera esterna della carrozzeria del veicolo alla quale è connessa in modo noto una parete interna di rivestimento generalmente rigida ,

- detti mezzi vibratori comprendono almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile, di tipo noto, fissato rigidamente alla superficie interna di detta parete esterna, a distanza da detta parete di lamiera interna di rivestimento .

Preferibilmente, il suddetto almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile è fissato in corrispondenza di una zona concava della parete esterna di carrozzeria, e fra l'attuatore/trasduttore piezoelettrico e tale zona concava della parete esterna di carrozzeria è interposto un elemento a cuscinetto rigido di raccordo e fissaggio. L'elemento a cuscinetto è formato da uno strato di resina ad elevato modulo elastico, preferibilmente una resina epossidica bi-componente , in modo da garantire il massimo grado di rigidezza nell'unione fra l'attuatore/trasduttore piezoelettrico e la parete esterna di carrozzeria.

Secondo una forma preferita di attuazione dell'invenzione, il sistema di fonoriproduzione comprende una pluralità di detti attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile applicati alle pareti esterne di carrozzeria definenti rispettivamente le porte laterali ed il tetto del veicolo.

Con questa configurazione, il sistema di fonoriproduzione secondo l'invenzione produce nel funzionamento effetti di avvolgimento

dell'interno dell'abitacolo del veicolo da parte

del campo sonoro. Tale effetto acustico deriva

dalla notevole estensione delle superfici che

diffondono i suoni, in una configurazione per

così dire appunto avvolgente in relazione agli

ascoltatori, cioè agli occupanti del veicolo. La

disposizione degli attuatori/trasduttori

piezoelettrici a piastra sottile sulle pareti di, lamiera esterne della carrozzeria del veicolo

consente di ottenere modi di vibrazione ricchi e

complessi, e conseguentemente una qualità e

fedeltà di riproduzione sonora, particolarmente

di musica, sorprendentemente elevate, e neppure

confrontabili con le soluzioni secondo la tecnica

anteriore in cui gli organi vibra- ri sono

applicati a pannelli interni di rivestimento. Ciò ‘ deriva dal fatto che, in accordo con la

disposizione secondo l'invenzione, i suoni

prodotti dalle vibrazioni delle pareti di lamiera

esterna della carrozzeria risultano estremamente

brillanti e chiari, con una elevata e ben

equilibrata densità modale su tutto lo spettro

dell'udibile. Le pareti o pannelli interni di

rivestimento associati alle pareti di lamiera

esterne alle quali sono applicati gli attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile, oltre a definire con tali pareti esterne elementi a cassa armonica che favoriscono la produzione di basse frequenze, smorzano e assorbono l'energia acustica associata alle onde sonore ad alta frequenza. D'altra parte, la prontezza di risposta vibrazionale delle pareti di lamiera esterna si traduce in una notevole chiarezza dei suoni nei transitori di attacco.

In definitiva, il sistema di fonoriproduzione secondo l'invenzione consente sorprendentemente di ottenere emissioni sonore di elevata qualità, entro una gamma amplissima di audio-frequenze.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti nel corso della dettagliata descrizione che segue, con riferimento ai disegni annessi forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 è una vista prospettica schematica che mostra la carrozzeria di un'autovettura provvista di un sistema di fonoriproduzione secondo l'invenzione,

la figura 2 è una vista diagrammatica che mostra un esempio di configurazione del sistema di fonoriproduzione ,

la figura 3 è una vista in sezione ed in maggiore scala secondo la linea III-III della figura 1,

la figura 4 è una vista in elevazione e parzialmente rotta di un componente della carrozzeria rappresentata nella figura 1, e

la figura 5 è una vista in sezione ed in maggiore scala secondo la linea V-V della figura 1.

Riferendosi ai disegni, con 1 è indicata la carrozzeria di un’autovettura comprendente, tra l'altro, pannelli di lamiera 2, 3 che definiscono le pareti esterne rispettivamente delle porte laterali 4 e del tetto 5 del veicolo.

Come è illustrato schematicamente nella figura 4, al pannello esterno di lamiera 2 di ciascuna porta laterale 4 è applicato in modo noto un pannello interno di rivestimento 6 normalmente di materia plastica, e quindi generalmente rigido. Analogamente, come è illustrato schematicamente nella figura 5, al pannello di lamiera esterno 3 del tetto 5 è applicato un pannello interno di rivestimento 12, anch'esso normalmente di materia plastica e quindi relativamente rigido.

Secondo l'invenzione, alle superfici interne dei pannelli esterni di lamiera 2 delle porte laterali 4 e 3 del tetto 5 sono rigidamente fissati, con le modalità chiarite nel seguito, attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile 7 di tipo noto, ad esempio prodotti e commercializzati da EDO CORPORATION. Nel caso dell'esempio illustrato, gli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 presentano forma quadrangolare. Altre forme, ad esempio circolare, sono pure prospettabili.

Per i motivi che risulteranno più evidenti nel seguito, è opportuno che ciascun attuatore/trasduttore piezoelettrico 7 sia fissato in corrispondenza di una zona concava o comunque anche solo lievemente avvolgente del rispettivo pannello esterno di lamiera 2, 3. Un requisito fondamentale è che l'unione fra l'attuatore/trasduttore piezoelettrico 7 e il pannello di lamiera esterna 2 o 3 sia estremamente rigido, allo scopo di non alterare le caratteristiche di vibrazione di tale attuatore/trasduttore piezoelettrico quando esso viene eccitato.

A tale effetto, e come è schematicamente rappresentato nella figura 3 con riferimento ad una delle porte laterali 4, il fissaggio è realizzato tramite incollaggio, mediante uno strato di resina ad elevato modulo elastico, preferibilmente resina epossidica bi-componente , formante un cuscinetto rigido di raccordo e fissaggio 8 fra le superfici di unione del pannello esterno di lamiera 2 (come detto preferibilmente curvo) e dell 'attuatore/trasduttore piezoelettrico 7 (normalmente piano).

La figura 2 illustra in forma schematica ed a titolo di esempio una possibile distribuzione degli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 sui pannelli esterni di lamiera 2, 3. Secondo questa distribuzione, al pannello di lamiera esterna 2 di ciascuna porta laterale 4 è applicato un unico attuatore/trasduttore piezoelettrico 7, ed al pannello di lamiera esterno 3 del tetto 5 è applicata una pluralità (nell'esempio illustrato in numero di cinque) di attuatori/trasduttori piezoelettrici 7. Questa distribuzione, che sperimentalmente si è dimostrata particolarmente efficace, non deve tuttavia essere intesa in senso limitativo: ad esempio, al pannello esterno di lamiera 2 di ciascuna porta laterale 4 potrebbero essere applicati due o più attuatori/trasduttori piezoelettrici 7. Inoltre, analoghi attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 potrebbero anche essere applicati al pavimento e/o al pannello esterno di un'eventuale porta posteriore del veicolo.

Inoltre, sono anche possibili configurazioni di attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 a più strati .

Ritornando all'esempio della figura 5, gli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 corrispondenti ai pannelli di lamiera esterni 2 delle porte laterali di sinistra, unitamente agli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 applicati nella zona di sinistra del pannello di lamiera esterno 3 del tetto 5, sono elettricamente collegati in parallelo ad un'unità di pilotaggio di sinistra 9. Analogamente, gli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 corrispondenti ai pannelli di lamiera esterni 2 delle porte laterali 4 di destra, unitamente agli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 applicati alla zona di destra del pannello di lamiera esterno 3 del tetto 5, sono elettricamente collegati in parallelo ad un'unità di pilotaggio destra 10. Le unità di pilotaggio 9 e 10, attraverso le quali viene pilotata l'eccitazione dei rispettivi attuatori/trasduttori piezoelettrici 7, sono normalmente costituite da amplificatori, facenti parte di un sistema di fonoriproduzione di tipo generalmente convenzionale, comprendente un fonorilevatore e/o fonoricevitore 11. Il fonorilevatore può essere costituito, in modo convenzionale, da un lettore di un supporto di registrazione sonora di tipo meccanico, ottico o magnetico, ed il fonoricevitore può essere costruito da un normale apparecchio radio.

In pratica, nel sistema di fonoriproduzione sopra descritto i normali altoparlanti convenzionali vengono sostituiti dai gruppi attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 con i pannelli di lamiera esterni 2, 3 ad essi operativamente connessi, che operano come elementi vibranti per la generazione dei suoni ad audio-frequenze .

Nel funzionamento, la notevole estensione delle superfici che diffondono i suoni permette di ottenere particolari effetti acustici a campo diffuso e avvolgente in relazione agli occupanti del veicolo. In tal modo è possibile ricreare all 'interno dell’abitacolo del veicolo interessanti effetti nel campo sonoro, così sintetizzabili :

- effetto di avvolgimento (scatola sonora): questo effetto si ottiene in quanto tutte le pareti principali del veicolo si comportano da diffusori acustici. Potenzialmente tutta la scocca può partecipare alla generazione del campo sonoro ;

- effetto di avvolgimento sovrapposto ad effetto stereo:

questo effetto è ottenibile in presenza di registrazione stereo binaurale . Il segnale relativo a ciascun canale viene inviato separatamente ad esempio agli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 di sinistra, attraverso l'unità di pilotaggio 9, ed agli attuatori/trasduttori piezoelettrici di destra, attraverso l'unità di pilotaggio 10. Questo effetto può essere esteso anche al caso quadrifonico ;

-effetto teatro:

qualora la registrazione venga effettuata in un teatro utilizzando un manichino binaurale, è possibile con buona fedeltà riprodurre quanto percepito da un ascoltatore in una particolare situazione acustica dovuta all'ambiente in cui viene registrato il suono, inviando separatamente il segnale binaurale agli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 di destra e di sinistra, dopo aver apportato mediante opportuni filtri le eventuali correzioni di cross-over. Questo effetto è garantito dal fatto che l'abitacolo del veicolo presenta caratteristiche di assorbimento acustico molto elevate, e quindi non "colora" il campo sonoro registrato per effetto di riverberi aggiuntivi dovuti all'ambiente in cui viene riprodotto il suoni.

Gli effetti sopra elencati, assai piacevoli e naturali, sono conseguenza del fatto che i pannelli esterni 2, 3 che circondano il passeggero all'interno dell'abitacolo vibrano e generano in toto il campo sonoro. In pratica la posizione della sorgente sonora non è percepibile, e quindi si perdono gli effetti di direzionalità (per lo più falsa) inevitabilmente associati alla posizione degli altoparlanti convenzionali, che sono in numero finito. Tuttavia, secondo quanto chiarito in precedenza, viene salvaguardato l'effetto stereofonico, qualora previsto in fase di registrazione.

Ulteriori effetti positivi derivanti dalla configurazione del sistema di fonoriproduzione secondo l'invenzione consistono nella brillantezza e nella chiarezza dei suoni emessi. Grazie alla presenza di una elevata e ben equilibrata densità modale su tutto lo spettro dell'udibile, si percepisce una qualità di suoni brillante, ma non metallica. Infatti eventuali effetti metallici sono drasticamente ridotti dalla presenza dei pannelli interni di rivestimento 6 e 12, che smorzano e assorbono l'energia acustica associata alle onde sonore ad alta frequenza. Questo effetto non sarebbe ottenibile qualora gli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 fossero applicati, anziché ai pannelli esterni di lamiera 2, 3, ai pannelli interni di rivestimento 6 e 12.

Inoltre, la prontezza di risposta vibrazionale dei pannelli di lamiera esterni 2 e 3, derivante anche dalle specifiche modalità di fissaggio descritte in precedenza degli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7, si traduce in una notevole chiarezza del suono nei transitori di attacco.

Naturalmente, in funzione del materiale, dell'estensione e della configurazione dei pannelli esterni vibranti, potranno essere utilizzati accorgimenti generalmente convenzionali per migliorare l'emissione della gamma delle frequenze acustiche, particolarmente di quelle più basse.

Apparirà evidente che le possibilità di applicazione dell'invenzione sono molteplici, e non devono essere intese come limitate dalla descrizione che precede. E' inoltre chiaro che il sistema di fonoriproduzione secondo l'invenzione è applicabile non soltanto ad autovetture, ma a qualsiasi tipo di veicolo, anche per trasporto pubblico (autobus, veicoli industriali, trattori e macchine movimento terra, aeromobili, veicoli su rotaia, imbarcazioni etc).

Secondo un'ulteriore applicazione dell'invenzione, gli attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 applicati ai pannelli di lamiera esterni della struttura del veicolo potrebbero essere impiegati, oltre che per la fonoriproduzione , anche come elementi attivi di un sistema di controllo anti-rumore, per pilotare vibrazioni di tali pannelli esterni atte a contrastare fenomeni acustici disturbanti. In pratica quindi gli stessi attuatori/trasduttori piezoelettrici 7 possono operare simultaneamente sia per la cancellazione di fenomeni acustici disturbanti, attraverso il sistema di controllo attivo anti-rumore, sia per l'emissione di suoni musicali e simili.

Inoltre, e secondo un ulteriore aspetto peculiare, il sistema secondo l'invenzione può anche essere impiegato come diffusore di suoni verso l'esterno, in un campo vicino, dei messaggi vocali generati dall'interno del veicolo. A tale effetto, può essere previsto un microfono o sensore piezoelettrico 13 disposto all'interno dell'abitacolo ad esempio in vicinanza della postazione di guida, il quale attraverso un opportuno amplificatore 14 fornisce i segnali da inviare ai vibratori piezoelettrici 3 mediante l'unità di pilotaggio sinistra 9 e/o destra 10.

Naturalmente i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, così come definita nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di fonoriproduzione per veicoli, comprendente mezzi a fonorilevatore o a fonoricevitore (11), mezzi di amplificazione (9, 10) e mezzi di emissione sonora includenti mezzi vibratori (7) operativamente associati ad almeno un pannello (2, 3) che forma parte della struttura (1) del veicolo ed è atto a vibrare per produrre suono ad audio-frequenze, caratter izzato dal fatto che: - detto almeno un pannello consiste in una parete di lamiera esterna (2, 3) della carrozzeria (1) del veicolo alla quale è connessa in modo noto una parete interna di rivestimento generalmente rigida (6, 12), - detti mezzi vibratori comprendono almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7), di tipo noto, fissato rigidamente alla superficie interna di detta parete di lamiera esterna (2, 3), a distanza da detta parete interna di rivestimento (6, 12).
2. 2. Sistema di fonoriproduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7) è fissato in corrispondenza di una zona sostanzialmente concava di detta parete esterna (2, 3), e dal fatto che fra detto almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7) e detta parete esterna (2, 3) è interposto un elemento a cuscinetto rigido di raccordo e fissaggio (8).
3. 3. Sistema di fonoriproduzione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento a cuscinetto (8) è formato da uno strato di resina ad elevato modulo elastico.
4. 4. Sistema di fonoriproduzione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta resina è una resina epossidica.
5. 5. Sistema di fonoriproduzione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di detti attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile (7) applicati alle pareti esterne di carrozzeria (2, 3) definenti rispettivamente almeno le porte laterali (4) e il tetto (5) del veicolo .
6. 6. Sistema di fonoriproduzione secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che a ciascuna parete esterna (2) di porta (4) è applicato almeno un attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7), alla parete esterna (3) di tetto (5) è applicata una pluralità di detti attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile (7), e dal fatto che il sistema di fonoriproduzione include una coppia di unità di pilotaggio (9, 10) di detti attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile (7), delle quali una è operativamente connessa all 'attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7) corrispondente alla o a ciascuna porta laterale (4) di un fianco del veicolo e ad una parte di detta pluralità di attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile (7) corrispondenti al tetto (5), e l’altra è operativamente connessa all 'attuatore/trasduttore piezoelettrico a piastra sottile (7) corrispondente alla o a ciascuna porta laterale (4) dell'altro fianco del veicolo e alla rimanente parte di detta pluralità di attuatori/trasduttori piezoelettrici a piastra sottile (7) corrispondenti al tetto (5).
7. 7. Sistema di fonoriproduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi a microfono (13) disposti all'interno del veicolo ed operativamente connessi a detto almeno un attuatore/trasduttore piezolettrico a piastra sottile (7) per la diffusione di suoni verso l'esterno, in un campo vicino, di messaggi vocali generati dall'interno del veicolo.
8. 8. Veicolo comprendente un sistema di fonoriproduzione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.