PL B1. NEF CZESŁAW, Olsztyn, PL MOKRZECKI ARKADIUSZ BERNARD, Pajtuny, PL BUP 21/13

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G10D 13/02 ( ) G10H 3/14 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 21/13 (73) Uprawniony z patentu: NEF CZESŁAW, Olsztyn, PL MOKRZECKI ARKADIUSZ BERNARD, Pajtuny, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/16 (72) Twórca(y) wynalazku: CZESŁAW NEF, Olsztyn, PL ARKADIUSZ BERNARD MOKRZECKI, Pajtuny, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych membranowych, takich jak bębny i kotły. Przetwornik ten może znaleźć zastosowanie w konstrukcjach stetoskopów membranowych oraz w innych instrumentach, gdzie wymagane jest wierne przetworzenie drgań i wibracji membrany na sygnał elektryczny. Do nagłaśniania instrumentów perkusyjnych powszechnie stosowane są mikrofony o odpowiednio dobranych parametrach. Jedną z podstawowych ich wad jest ograniczone pasmo przenoszenia, zarówno od strony niskich jak i wysokich częstotliwości, posiadają też ograniczoną dynamikę sygnału. Mikrofony perkusyjne pracują w bardzo trudnych warunkach, narażone są na nagłe udary ciśnienia akustycznego, jednocześnie pracują przy sygnałach wejściowych o dużej rozpiętości ich wartości. W celu poprawy dynamiki sygnału stosuje się odrębne urządzenia takie jak: kompresor, ogranicznik, ekspander i bramka szumów. Z patentu U.S. nr 7,256,342 B2 znany jest przetwornik do rejestracji dźwięku z instrumentów perkusyjnych. W urządzeniu tym zastosowano pomocniczy instrument umieszczony w sąsiedztwie instrumentu nagłaśnianego. Wewnątrz instrumentu pomocniczego umieszczony jest dynamiczny głośnik, który poprzez swoją membranę przejmuje drgania z membrany instrumentu pomocniczego. Wytworzony przez głośnik sygnał elektryczny odpowiadający drganiom membrany instrumentu pomocniczego kierowany jest do wzmacniacza. W odmianie znanego rozwiązania w charakterze przetwornika zamieniającego drgania membrany instrumentu pomocniczego na sygnał elektryczny zastosowano magnetoelektryczny przetwornik, którego cewka połączona jest w sposób trwały z membraną instrumentu pomocniczego. Cewka porusza się w polu magnetycznym wytworzonym za pośrednictwem magnesu pierścieniowego oraz dwóch nabiegunników. Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych, według wynalazku, składa się z magnesu stałego, który przytwierdzony jest w sposób trwały do ruchomej membrany lub nieruchomego korpusu instrumentu perkusyjnego, a w polu magnetycznym magnesu stałego umieszczony jest element wrażliwy na pole magnetyczne, korzystnie czujnik magnetorezystancyjny, który zamocowany jest w sposób trwały do nieruchomego korpusu lub ruchomej membrany instrumentu perkusyjnego. Magnes stały, korzystnie ma kształt walca lub prostopadłościanu lub wycinka koła lub prostopadłościanu, który w części środkowej ma prosty odcinek i jest wygięty na krańcach lub prostopadłościanu, który w części środkowej jest zgięty pod kątem lub jest kombinacją powyższych kształtów oraz istotne jest to, ażeby czujnik magnetorezystancyjny, w czasie spoczynku membrany znajdował się w poziomej osi symetrii między biegunami magnesu stałego. Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych, według wynalazku zapewnia liniowe przetwarzanie drgań membrany na sygnał elektryczny sygnał w zakresie częstotliwości od zera do 1 MHz. W rejestracji dźwięków instrumentów perkusyjnych jest to znacznie powyżej pasma akustycznego, jednak może to mieć duże znaczenie w przypadku wykorzystania przetwornika w charakterze innego urządzenia do rejestracji drgań o wysokich lub bardzo niskich częstotliwościach. Zastosowanie w przetworniku według wynalazku różnych kształtów magnesów stałych stwarza możliwość kształtowania dynamiki sygnałów z instrumentów perkusyjnych. Umieszczenie czujnika magnetorezystancyjnego w czasie spoczynku membrany w poziomej osi symetrii między biegunami magnesu stałego, pozwala na zrównoważenie układu mostkowego, co zapewnia symetryczne przetwarzanie odkształceń membrany na sygnał elektryczny w obu kierunkach. Istotną zaletą przetwornika według wynalazku w stosunku do znanych rozwiązań w stanie techniki np. mikrofonowych jest to, iż przetwornik tylko w minimalnym stopniu rejestruje zbędne dźwięki z otoczenia, w tym pochodzących z innych instrumentów. Nie wykazuje też skłonności do wzbudzeń z kolumną głośnikową. Bezpośrednie śledzenie fazy sygnału wyjściowego z perkusji daje doskonałe warunki odsłuchu dla samego perkusisty. W przypadku zastosowania elementu wrażliwego na pole magnetyczne w charakterze czujnika magnetorezystancyjnego uzyskuje się korzystny stosunek sygnał/szum > 60 db. Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie walca, który zamocowany jest w sposób trwały do ruchomej membrany instrumentu perkusyjnego, fig. 2, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie prostopadłościanu, który zamocowany jest w sposób trwały do ruchomej membrany instrumentu

3 PL B1 3 perkusyjnego, fig. 3, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie wycinka koła, który zamocowany jest w sposób trwały do ruchomej membrany instrumentu perkusyjnego, fig. 4, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie prostopadłościanu, który w części środkowej ma prosty odcinek oraz wygięty jest na końcach i zamocowany jest w sposób trwały do ruchomej membrany instrumentu perkusyjnego, fig. 5, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie prostopadłościanu, który w części środkowej jest zgięty pod kątem i zamocowany w sposób trwały do ruchomej membrany instrumentu perkusyjnego, fig. 6, przedstawia przetwornik w ujęciu schematycznym mający magnes stały w kształcie walca, który zamocowany w sposób trwały do nieruchomego korpusu instrumentu perkusyjnego, fig. 7, pokazuje wykres napięcia w funkcji odkształcenia membrany przy zastosowaniu magnesu stałego w kształcie walca lub prostopadłościanu, fig. 8, pokazuje wykres napięcia w funkcji odkształcenia membrany przy zastosowaniu magnesu stałego w kształcie wycinka koła. P r z y k ł a d 1 Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych pokazany na fig. 1, składa się z magnesu stałego 1 w kształcie walcowym, który przytwierdzony jest w sposób trwały do ruchomej membrany 2 instrumentu perkusyjnego. W polu magnetycznym magnesu stałego 1 umieszczony jest czujnik magnetorezystancyjny 3, który zawiera w swojej strukturze cztery magnetorezystory pracujące w układzie mostka Wheatstone a i zamocowany jest w sposób trwały za pomocą wspornika 4 do nieruchomego korpusu 5 instrumentu perkusyjnego. Czujnik magnetorezystancyjny 3 w czasie spoczynku membrany 2 znajduje się w poziomej osi symetrii między biegunami stałego magnesu 1 w kształcie walca. Następuje wówczas zrównoważenie układu mostkowego, które zapewnia symetryczne przetwarzanie odkształceń membrany na sygnał elektryczny. Stosując magnes w kształcie walca lub prostopadłościanu uzyskuje się sygnał liniowy pokazany na wykresie fig. 7. P r z y k ł a d 2 Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych pokazany na fig. 6, składa się z magnesu stałego 1 w kształcie walca, który przytwierdzony jest w sposób trwały za pomocą wspornika 4 do nieruchomego korpusu 5 instrumentu perkusyjnego, a w polu magnetycznym magnesu stałego 1 umieszczony jest element wrażliwy na pole magnetyczne tj. czujnik magnetorezystancyjny 3 który jest zamocowany w sposób trwały za pomocą wspornika 6 do ruchomej membrany 2 instrumentu perkusyjnego. Czujnik magnetorezystancyjny 3 w czasie spoczynku membrany 2 znajduje się w poziomej osi symetrii między biegunami magnesu stałego 1 w kształcie walca. Na fig. 7, pokazany jest wykres napięcia w funkcji odkształcenia membrany przy zastosowaniu magnesu stałego w kształcie walca lub prostopadłościanu. W procesie rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych stosowane są kompandery kształtujące dynamikę sygnałów. Zaliczane są do nieliniowych układów przetwarzania sygnałów, w grupie kompanderów mieszczą się: kompresory, ograniczniki, ekspandery i bramki szumów. I tak w utworach rockowych wskazane jest użycie ekspandera, podnosi on tzw. atak, natomiast w łagodnej muzyce instrumentalnej stosowane są kompresory dynamiki, które uwydatniają brzmienie najcichszych partii. W przykładowych kształtach magnesów przedstawionych na fig. 1 5, wzdłuż osi równoległej N-S występują obszary o nierównomiernym rozkładzie natężenia pola magnetycznego. W ten sposób w funkcji zmian ugięcia membrany 2 uzyskuje się zamierzoną nieliniowość sygnału wyjściowego. Na fig. 8 wykres przedstawia wykorzystanie magnesu w kształcie wycinka koła w charakterze kompresora dynamiki sygnału. Środkowa część charakterystyki zbliżona jest do liniowej, natomiast wyraźne zmniejszenie amplitudy sygnału próg kompresji, następuje przy poziomach +45 mv oraz -45 mv. Odpowiada to ugięciu membrany +0,55 mm oraz -0,55 mm. Zastosowanie magnesu w kształcie prostopadłościanu, który w części środkowej ma prosty odcinek i wygięty jest na krańcach, pokazany na fig. 4, pozwala na realizację kompresora charakteryzującego się dużą liniowością w części środkowej charakterystyki. Zastosowanie magnesu w kształcie prostopadłościanu, który w części środkowej jest zgięty pod kątem, a pokazany na fig. 5, pozwala na kolejne wyznaczenie progu kompresji w kierunku pracy w charakterze ekspandera sygnału. Magnesy o złożonych kształtach oraz zmiennych kątach pozwalają na realizację tzw. kompanderów wieloodcinkowych, co pozwala na kształtowanie dynamiki sygnału w szerszym zakresie.

4 4 PL B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Przetwornik o rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych, znamienny tym, że składa się z magnesu stałego (1), który przytwierdzony jest w sposób trwały do ruchomej membrany (2) instrumentu perkusyjnego, a w polu magnetycznym, magnesu stałego (1) umieszczony jest element (3) wrażliwy na pole magnetyczne, który zamocowany jest w sposób trwały do nieruchomego korpusu (5) instrumentu perkusyjnego, 2. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt walca. 3. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu. 4. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt wycinka koła. 5. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu, który w części środkowej ma prosty odcinek i jest wygięty na krańcach. 6. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu, który w części środkowej jest zgięty pod kątem. 7. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem (3) wrażliwym na pole magnetyczne jest czujnik magnetorezystacyjny. 8. Przetwornik według zastrz. 7, znamienny tym, że czujnik magnetorezystancyjny (3) w czasie spoczynku membrany (2) znajduje się w poziomej osi symetrii między biegunami magnesu stałego (1). 9. Przetwornik do rejestracji sygnałów z instrumentów perkusyjnych, znamienny tym, że składa się z magnesu stałego (1), który przytwierdzony jest w sposób trwały do nieruchomego korpusu (5) instrumentu perkusyjnego, a w polu magnetycznym magnesu stałego (1) umieszczony jest element (3) wrażliwy na pole magnetyczne, który zamocowany jest w sposób trwały do ruchomej membrany (2) instrumentu perkusyjnego. 10. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt walca. 11. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu. 12. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt wycinka koła. 13. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu, który w części środkowej ma prosty odcinek i jest wygięty na krańcach. 14. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że magnes stały (1) ma kształt prostopadłościanu, który w części środkowej jest zgięty pod kątem. 15. Przetwornik według zastrz. 9, znamienny tym, że elementem (3) wrażliwym na pole magnetyczne jest czujnik magnetorezystacyjny. 16. Przetwornik według zastrz. 15, znamienny tym, że czujnik magnetorezystancyjny (3) w czasie spoczynku membrany (2) znajduje się w poziomej osi symetrii między biegunami magnesu stałego (1).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)