DESCRIPCIÓN

Indicación del sector de la técnica al que se refiere la invención.

La invención se enmarca dentro del marco general de la ingeniería electroacústica, y en concreto en el campo de la construcción de fuentes de ruido tales como los altavoces. Para ciertas aplicaciones de ingeniería acústica tales como las medidas de aislamiento acústico entre locales, las medidas de reciprocidad en análisis de vías de transmisión, o la gran mayoría de medidas que se realizan en las salas reverberantes de los laboratorios, es necesario disponer de fuentes sonoras omnidireccionales. Estas son fuentes que, idealmente, emiten la misma cantidad de presión sonora en todas las direcciones del espacio y para todas las frecuencias. La presente invención propone cómo construir una fuente omnidireccional utilizando una tecnología y principios físicos totalmente distintos a los que se usan en las fuentes omnidireccionales convencionales y que, además, presenta numerosas ventajas respecto a éstas.

Indicación del estado de la técnica anterior a la invención.

Actualmente existe una gran cantidad de fuentes omnidireccionales en el mercado y prácticamente todos los grandes fabricantes de instrumentación acústica disponen de su propio modelo. La gran mayoría de fuentes omnidireccionales presentan la misma configuración: se trata de fuentes dodecaédricas , es decir, de fuentes formadas por un conjunto de doce altavoces convencionales dispuestos en un dodecaedro, que intenta emular lo que sería el comportamiento de una fuente esférica que emite en todas las direcciones.

Las fuentes convencionales presentan cuatro problemas principales:

En primer lugar, a bajas frecuencias, el nivel de ruido que pueden generar se ve limitado por el tamaño de los altavoces. Si estos son muy pequeños, su radiación a bajas frecuencias será muy pobre, con lo que es necesario disponer de altavoces de un tamaño considerable.

Por otra parte, si los altavoces son grandes, su radiación a altas frecuencias se vuelve muy directiva, con lo que no consiguen generar un campo realmente omnidireccional . Esto resulta particularmente problemático a partir de los 5kHz.

En tercer lugar, debido al tamaño de los altavoces, las fuentes convencionales son muy poco manejables: suelen tener grandes dimensiones y un peso elevado, de forma que a menudo se requiere de más de una persona para moverlas.

Finalmente, el backscattering (radiación de sonido en la dirección opuesta a la que apunta el altavoz) de los altavoces convencionales hacia el interior del dodecaedro resulta un problema difícil de tratar, que puede ocasionar perturbaciones en la uniformidad del campo acústico cercano generado. De hecho, su tratamiento suele repercutir en un aumento de la complejidad y peso de la fuente convencional.

Estos cuatro problemas pueden solventarse con la nueva invención propuesta.

La presente invención se basa en la construcción de una fuente sonora omnidireccional mediante transductores de ultrasonidos. Esta se puede llevar a cabo disponiendo un conjunto de transductores de ultrasonidos (preferentemente unos 500) en la superficie de una esfera y montando la circuiteria pertinente en su interior, tal y como se detallará en el siguiente apartado. Los transductores de ultrasonidos convierten una señal eléctrica en presión acústica en el rango de frecuencias ultrasónicas (y por lo tanto no audibles) . Sin embargo, el comportamiento no lineal del aire hace que éste actúe como un demodulador de la señal de forma que ésta se vuelve audible. La presente invención utiliza la capacidad que tiene un transductor de ultrasonidos para generar sonido audible gracias al hecho de que la no-linealidad del aire actúa como demodulador de la señal. Este fenómeno fue descubierto por Westervelt en los años 60. Asi, es posible generar haces de sonido audible altamente directivos. Aunque pueda resultar paradójico, aprovechando esta característica de los haces de ultrasonidos, es posible construir una fuente de ruido altamente omnidireccional que solvente los problemas de las fuentes convencionales, expuestos en el anterior apartado.

Mientras que para las fuentes convencionales es necesario hallar un compromiso en el tamaño de los altavoces: deben ser grandes para poder generar bajas frecuencias pero esto repercute en el hecho que la directividad deja de ser uniforme para altas frecuencias y se produce el fenómeno del aliasing espacial. Esto no ocurre con la presente invención. La directividad de la señal acústica audible generada sigue la del campo de presiones ultrasónicas, es decir solamente existe campo acústico audible en aquellos puntos del espacio donde el campo ultrasónico está presente. La directividad no depende del tamaño del transductor ultrasónico y puesto que el número de transductores que podemos utilizar es muy elevado gracias a su reducido tamaño, todo el espacio alrededor de la fuente queda cubierto con una presión acústica uniforme, hecho que no sucede con los altavoces convencionales. Además, en un entorno de varios metros (dependiendo de las particularidades de los transductores) el nivel de sonido no disminuye con la distancia como ocurre con las fuentes convencionales. Dichas características cubren todo el rango de frecuencias audibles de modo que la nueva fuente no presenta los problemas característicos de las fuentes convencionales para bajas y altas frecuencias.

Además, los transductores de ultrasonidos son pequeños y muy ligeros de forma que si la esfera se construye con materiales apropiados, el peso de la fuente es bajo, pudiendo ser, por ejemplo, de 1 kg para un diámetro de esfera de 15 cm y puede manejarse con una sola mano. Esto supone una gran ventaja de manejabilidad respecto las fuentes omnidireccionales convencionales.

La circuitería que une los transductores (ver siguiente apartado) se monta en el interior de la esfera pudiendo rellenar ésta con material absorbente para evitar el backscattering de los transductores. Ya que éstos operan a muy altas frecuencias, las longitudes de onda correspondientes son muy pequeñas con lo que el grado de absorción, incluso con poco absorbente, es muy elevado y el problema del backscattering prácticamente desaparece.

En definitiva, la presente invención da a conocer la utilización de la capacidad de generar sonido audible mediante ultrasonidos, para crear una fuente omnidireccional sonora que solventa algunos de los problemas característicos de las fuentes convencionales.

Así pues, la presente invención protege el uso de ultrasonidos para generar una fuente sonora omnidireccional en el rango audible, mediante la colocación de transductores de ultrasonidos en una superficie cerrada (la geometría esférica sería la más lógica aunque otras geometrías pueden ser utilizadas) . Cuando hablamos de superficie cerrada se sobreentiende que ésta lo es a excepción de las aperturas necesarias para el cableado, perno del tríptico, etc. Cabe señalar además, que lógicamente el tamaño de la esfera, los materiales que la componen así como la circuitería y el número de transductores utilizados pueden variar de un diseño a otro.

Resumiendo, la presente invención comprende una fuente sonora omnidireccional que comprende una serie de transductores de ultrasonidos distribuidos uniformemente a lo largo de una superficie cerrada, preferentemente una esfera.

Asimismo, la presente invención también comprende un procedimiento para generar sonidos ambientales omnidireccionales a partir de una señal de cambio que comprende los pasos de:

- Distribuir una serie de transductores de ultrasonidos de manera uniforme a lo largo de una superficie cerrada.

- Modular la señal de audio con una onda portadora cuya frecuencia es la frecuencia de resonancia de los transductores de ultrasonidos.

- Emitir la señal modulada a través de transductores de ultrasonidos.

Preferentemente, el procedimiento también comprende la amplificación de la onda modulada previamente a su emisión.

Para su mejor comprensión se adjuntan, a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realización de fuente sonora omnidireccional y procedimiento para generar sonidos omnidireccionales , objeto de la presente invención.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de la invención.

La figura 2 muestra un corte diametral en el que se aprecia el interior del ejemplo mostrado en la figura 1.

La nueva fuente omnidireccional del ejemplo de las figuras 1 y 2 puede construirse de la siguiente forma:

Como estructura se utiliza una esfera -1- vacia de unos 15 cm de diámetro sobre la cual se montan un conjunto de unos 500 transductores -2- de ultrasonidos de aproximadamente 1 cm de diámetro, y con una frecuencia de resonancia del orden de unos 40kHz, o superior. Se monta la circuiteria -3- que une los transductores en paralelo en el interior de la esfera, y ésta se rellena con material absorbente (no mostrado en las figuras) para evitar el "back-scattering" de los transductores. Con el mismo fin, también puede disponerse el material acústicamente absorbente en la cara inferior de la esfera. La pared que constituye la esfera -1- también puede estar formada de material absorbente. En la superficie de la esfera también se añade un puerto -5-, -6- de entrada, por ejemplo, el mostrado en la figura o un puerto RCA que seria adecuado para el ejemplo mostrado, por su tamaño y uso generalizado.

La fuente debe preferentemente utilizarse de forma apropiada para que funcione correctamente. Para ello, la señal audible a generar se modula previamente con una onda portadora cuya frecuencia sea la misma que la frecuencia de resonancia de los transductores -2-. La fuente preferentemente presenta su propio amplificador (no mostrado en las figuras) para asegurar que la señal de entrada presenta y/o mantiene un nivel adecuado para no dañar los transductores ultrasónicos. La fuente omnidireccional ultrasónica del ejemplo, preferentemente, no debería usarse con otros amplificadores ya que podrían dañar los elementos piezoeléctricos de los transductores. En principio, es preferible que el amplificador sea externo a la esfera para tener mayor flexibilidad en el uso de dispositivos de distintos tamaños y resonancias, que exigirían modificaciones en los controles del amplificador. Esto no supone ninguna desventaja en relación a las fuentes omnidireccionales convencionales, ya que la mayoría de éstas también funcionan con un amplificador externo.

Finalmente, cabe señalar que con la presente invención los dos únicos puntos ciegos de la esfera serían la conexión macho-hembra -6-, -5- de la señal de entrada y el perno para sujetar la fuente con un trípode -4-, al igual que ocurre con las fuentes convencionales.

Esta invención puede utilizarse para todas las aplicaciones industriales en que vienen utilizándose fuentes omnidireccionales convencionales. Algunas de las más importantes son las siguientes:

- Medidas en sala reverberante de laboratorios acústicos para la obtención, por ejemplo, de coeficientes de absorción acústica de materiales.

- Medidas en cabinas de transmisión en laboratorio para la medida del aislamiento acústico de paneles.

- Medidas in situ de aislamiento acústico entre locales .

- Medidas in situ por reciprocidad en análisis de vías de transmisión (TPA: Transfer Path Analysis) en todo tipo de sectores industriales tales como el automovilístico, naval, aeronáutico, etc. - Medidas in situ de caracterización de salas.

Si bien la invención se ha descrito con respecto a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben considerar limitativos de la invención, que se definirá por la interpretación más amplia de las siguientes reivindicaciones .