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1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: H04R 1/44 (2006) H04R 9/06 (2006) A01K 85/01 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): UNIVERSIDADE DE LISBOA ALAMEDA DA UNIVERSIDADE, CIDADE UNIVERSITÁRIA LISBOA PT (72) Inventor(es): PAULO JORGE QUINTAIS CANCELA DA FONSECA JORGE AUGUSTO MENDES DE MAIA ALVES PT PT (74) Mandatário: MARIA SILVINA VIEIRA PEREIRA FERREIRA RUA CASTILHO, N.º 50, 5º - ANDAR LISBOA PT (54) Epígrafe: GERADOR DE SOM SUBAQUÁTICO (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO PROPORCIONA UM SISTEMA PARA GERAÇÃO DE SOM DE ALTA- FIDELIDADE EM MEIO SUBAQUÁTICO. O SISTEMA INCLUI UM ACTUADOR DE SOM SUBAQUÁTICO E UM CONDUTOR ELECTRÓNICO CORRESPONDENTE. O SOM É GERADO POR UMA PLACA RÍGIDA CUJA VIBRAÇÃO É TANTO ELECTROMAGNETICAMENTE ANIMADA COMO ATENUADA, EVITANDO ASSIM A UTILIZAÇÃO DE QUALQUER MEMBRANA ELÁSTICA. UMA VEZ QUE NÃO HÁ AR NO INTERIOR DO DISPOSITIVO COMPRESSÍVEL, QUE É INUNDADO POR ÁGUA, A OPERAÇÃO É INDEPENDENTE DA PROFUNDIDADE, COM APLICAÇÕES A QUALQUER PRESSÃO DA ÁGUA. UMA FORMA DE REALIZAÇÃO COMPREENDE UMA PLACA (1), UMA PEÇA CILÍNDRICA (2), UM PARAFUSO (3), UM ÍMAN PERMANENTE (4), UM PRIMEIRO PAR DE BOBINAS (5), UM SEGUNDO PAR DE BOBINAS (6), UM SUPORTE (7), UM ANEL DE ESPAÇAMENTO (8), O CORPO DO ACTUADOR (9), E UMA TAMPA SUPERIOR (10).

2 R E S U M O GERADOR DE SOM SUBAQUÁTICO A presente invenção proporciona um sistema para geração de som de alta-fidelidade em meio subaquático. O sistema inclui um actuador de som subaquático e um condutor electrónico correspondente. O som é gerado por uma placa rígida cuja vibração é tanto electromagneticamente animada como atenuada, evitando assim a utilização de qualquer membrana elástica. Uma vez que não há ar no interior do dispositivo compressível, que é inundado por água, a operação é independente da profundidade, com aplicações a qualquer pressão da água. Uma forma de realização compreende uma placa (1), uma peça cilíndrica (2), um parafuso (3), um íman permanente (4), um primeiro par de bobinas (5), um segundo par de bobinas (6), um suporte (7), um anel de espaçamento (8), o corpo do actuador (9), e uma tampa superior (10).

3 D E S C R I Ç Ã O GERADOR DE SOM SUBAQUÁTICO Campo da Invenção A presente invenção refere-se a qualquer processo em que a geração de sinais acústicos subaquáticos de alta-fidelidade é necessária, tais como, mas não se restringindo a, reprodução de sinais acústicos de peixes. Sumário A presente invenção proporciona um sistema para geração de som de alta-fidelidade em ambiente subaquático. O sistema inclui um actuador de som subaquático e um condutor electrónico correspondente. O som é gerado por uma placa rígida cuja vibração é tanto electromagneticamente animada como atenuada, evitando assim a utilização de qualquer membrana elástica. Deve também ser notado que, uma vez que não há ar compressível no interior do dispositivo, que é inundada por água, o funcionamento deste dispositivo é independente da profundidade, alargando as suas aplicações a qualquer pressão da água. A presente invenção proporciona um método e um aparelho para geração de som de alta-fidelidade em ambiente subaquático, incluindo um actuador de som subaquático e um controlador electrónico. A invenção inclui um método para a geração de som subaquático, que compreendendo a aplicação de forças sobre um meio gerador de som. 1

4 Na invenção de acordo com os parágrafos anteriores as ditas forças podem ser aplicadas usando ímanes permanentes fixados a um corpo atuador, em que as referidas forças são aplicadas usando correntes eléctricas que são executadas por meio de um par de bobinas fixadas ao referido corpo do actuador. A invenção também inclui um aparelho para geração de som subaquático, que inclui: a) um actuador cuja parte vibrátil inclui uma placa rígida para gerar o som e contém um íman permanente no seu interior, de modo a que a vibração da dita parte vibrátil é causada por uma força aplicada sobre o referido íman permanente quando uma corrente eléctrica variável é feita correr através de um par de bobinas fixadas no referido corpo do actuador; b) um par de ímanes permanentes fixados ao dito corpo atuador para manter a dita parte vibrátil em uma posição de equilíbrio, evitando a necessidade de utilizar qualquer membrana elástica; c) um sistema de acionamento electrónico que fornece meios para aplicar a referida corrente elétrica variável ao dito par de bobinas, a fim de excitar a parte vibrátil conforme o tipo de som a ser gerado. A invenção também inclui um aparelho de acordo com os parágrafos anteriores, que pode ainda incluir: a) um segundo par de bobinas fixadas no corpo actuador para manter a parte vibrátil em uma posição de equilíbrio, fazendo uma corrente eléctrica directa 2

5 correr através do referido par de bobinas, evitando a necessidade de utilizar qualquer membrana elástica; b) um sistema de accionamento electrónico que inclui meios para aplicar tanto as correntes eléctricas aos pares de bobinas, a fim de apoiar e excitar a parte vibrátil. A invenção também inclui um actuador que não inclui qualquer tipo de membrana elástica para suportar a parte vibrátil ao dito corpo de actuador, realizando-se este suporte pelo efeito de forças electromagnéticas num imã permanente incorporado na referida parte vibrátil. Estado da arte Dispositivos acústicos comerciais que permitam reproduções de baixa frequência do som na água, são relativamente escassos. Alto-falantes subaquáticos desenvolvidos para piscinas, como o UW30 de Lubell Labs ou o Clark SynthesisAQ339, embora apropriados para reproduzir música, não representam bem sons de frequências baixas com transientes rápidos, como os sons de muitas espécies de peixes, e não podem ser usados em profundidades superiores a 3 m. Além disso, a potência de saída de alto-falantes comerciais é muitas vezes influenciada pela profundidade, uma complicação adicional para experiências que requerem a reprodução de som em locais onde as alterações do nível de água são significativas, como é o caso na costa do mar e estuários. 3

6 A maioria dos dispositivos para reprodução subaquática de som usam ou 1) um efeito piezoeléctrico, que é apropriado para produzir sons de média a alta frequência acima de 1 khz (por exemplo, patente US ), 2) uma bobina móvel associado a um diafragma, ou 3) um sistema que incorpora tanto o diafragma como um mecanismo de deformação axial (patente JP ). Embora estes dispositivos possam gerar sons de frequência baixa, geralmente acima de algumas dezenas de Hertz, a posição de equilíbrio é dependente de componentes elásticos, e assim são propensos a ressonância a determinadas frequências. Além disso, alguns desses dispositivos são selados e incorporam ar no interior, criando uma restrição adicional causada por pressões crescentes devido à profundidade da água. Assim, houve uma necessidade de desenvolver um dispositivo capaz de ultrapassar estas limitações. Vários dispositivos foram criados para produzir sons subaquáticos, alguns deles descritos como adequados para ultrapassar alguns problemas acima mencionados. Bobina móvel (patentes JP e JP ) ou hidráulica (patente JP ), invenções que utilizam um êmbolo e uma placa para conduzir óleo que é circunscrito por uma membrana elástica responsável por irradiar o som na água. Uma vez que esses dispositivos incorporam vários componentes elásticos que são mais propensos a ressonâncias e, pelo menos, um pouco de ar é mantido dentro, espera-se que eles possam ser afectados pela pressão da água, isto é, a profundidade. 4

7 O dispositivo descrito na presente invenção não encerra qualquer ar no interior, e, assim, a sua operação é independente da profundidade da água. Além disso, uma vez que tanto o movimento e amortecimento da placa rígida de reprodução de som é magneticamente accionada, as ressonâncias são praticamente ausentes, permitindo reproduzir com precisão muito elevada sons de baixa frequência de cerca de 15 Hz até alguns milhares de Hertz e representando transientes rápidos como parece ser típico da comunicação sonora de muitos peixes. De acordo com a presente invenção, o som é gerado por uma placa rígida ligada a um cilindro que contém um íman permanente no interior. A vibração do cilindro e da placa é realizado através da introdução de uma corrente eléctrica variável em um par de bobinas em torno do cilindro. Um segundo par de bobinas é, num exemplo de realização da invenção, usado para amortecimento de vibração do cilindro e da placa utilizando uma outra corrente eléctrica. Esta combinação de excitação electromagnética e amortecimento faz com que seja possível não incluir qualquer membrana elástica no actuador e, assim, evita indesejados modos de ressonância. Deve também ser notado que, uma vez que não há ar no interior do dispositivo compressível, que é inundado por água, o funcionamento deste dispositivo é independente da profundidade, alargando as suas aplicações para qualquer pressão da água. A presente invenção é aplicável em qualquer processo em que a geração de sinais acústicos subaquáticos de alta- 5

8 fidelidade é necessária, isto é, quando sons de baixa frequência com picos curtos devem ser reproduzidos, que é frequentemente o caso em sinais acústicos de peixe. Face ao exposto acreditamos que o dispositivo proposto supera a maioria das limitações dos emissores de som subaquático disponíveis, e uma vez que é capaz de reproduzir baixas frequências com transientes rápidos, como os sons de peixe, independentemente da profundidade da água e com negligenciáveis efeitos de ressonância, pode tornar-se uma ferramenta importante para estudos de comportamento dos peixes ou outras aplicações em águas profundas onde a reprodução do sinal de baixa frequência pode ser necessária. Descrição da invenção De acordo com a presente invenção, o som é gerado por uma placa rígida ligada a um cilindro que contém dentro um íman permanente. A vibração do cilindro e da placa é realizada através da introdução de uma corrente eléctrica variável em um par de bobinas em torno do cilindro. Um segundo par de bobinas é usado para amortecimento de vibração de o cilindro e da placa utilizando uma outra corrente eléctrica. Esta combinação de excitação electromagnética e amortecimento faz com que seja possível não incluir qualquer membrana elástica no actuador e, assim, evita indesejados modos de ressonância. Deve também ser notado que, uma vez que não há ar no interior do dispositivo compressível, que é inundado por água, o funcionamento 6

9 deste dispositivo é independente da profundidade, alargando as suas aplicações para qualquer pressão de água. A presente invenção é aplicável em qualquer processo em que a geração de sinais acústicos subaquáticos de altafidelidade é necessária, isto é, quando sons de baixa frequência com picos curtos devem ser reproduzidos, que é frequentemente o caso em sinais acústicos de peixe. Breve descrição das figuras As figuras seguintes exemplificam formas de realização da invenção para ilustrar a descrição e não deve ser vistas como uma limitação do âmbito da invenção. Figura 1: Representação esquemática de uma secção transversal 'explodida' de uma concretização da invenção em que: (1) representa uma placa vibrátil destinada a funcionar debaixo de água, (2) representa uma peça cilíndrica, (3) representa um parafuso, (4) representa um íman permanente, (5) representa um par de bobinas para aplicar forças à placa numa direcção que permita o seu retorno à posição de equilíbrio, (6) representa um segundo para de bobinas para gerar vibrações (7) representa um suporte, (8) representa um anel de espaçamento; (9) representa um corpo actuador, e (10) representa uma tampa superior. 7

10 Figura 2: Representação esquemática de secção em corte montada numa possível forma de realização da invenção. Formas de realização da invenção Na concretização ilustrada na fig. 1, uma placa (1) está ligado a uma peça cilíndrica (2) usando um parafuso (3). A referida peça cilíndrica (2) contém no seu interior um íman permanente (4). Um par de bobinas (5) é usado para amortecer a referida peça cilíndrica (2) e as vibrações da referida placa (1). Para este propósito, a unidade de controlador electrónico aplica uma corrente eléctrica a cada uma das bobinas que constituem o referido par de bobinas (5), de tal maneira que o íman permanente (4) é forçado a ficar em equilíbrio numa posição entre as referidas bobinas (5). Um segundo par de bobinas (6) é utilizado para gerar as vibrações desejadas da referida peça cilíndrica (2) e referida placa (1). Para este propósito, a unidade de controlador electrónico aplica uma corrente eléctrica a cada uma das bobinas que constituem referido par de bobinas de (6), de tal maneira que o íman permanente (4) é forçado a afastar-se da sua posição de equilíbrio entre as referidas bobinas (5) numa direcção que depende do sinal da dita corrente. Os dois pares de bobinas (5) e (6) são firmados em suportes (7). A posição relativa dos ditos suportes (7) quando o 8

11 actuador é montado é definida por um anel de espaçamento (8). Todas estas partes são montadas no interior do corpo do actuador (9), que está fechado com uma tampa superior (10). A forma de realização preferida da presente invenção quando montada é ilustrada na Fig. 2. Tendo assim descrito um modo de realização preferido da presente invenção, deve ser notado por aqueles peritos na arte que as divulgações são exemplos apenas e que existem alternativas várias, adaptações e modificações, que podem ser feitas dentro do âmbito do presente invento. Por conseguinte, a presente invenção não se limita às formas de realização específicas, tal como aqui ilustrado. As reivindicações que se seguem estabelecem formas de realização particulares da invenção. Lisboa 19 de Abril de

12 R E I V I N D I C A Ç Õ E S 1. Gerador de som subaquático caracterizado por compreender um actuador incluindo: a) uma parte vibrátil compreendendo uma placa rígida (1), uma peça cilíndrica (2) e um íman permanente (4); b) um par de bobinas (6) fixado ao corpo actuador (9) para a aplicação de uma força de vibração ao referido íman permanente (4) quando uma corrente eléctrica variável é feita correr através do referido par de bobinas (6); c) um par bobinas (5) fixado ao corpo actuador (9) para aplicar uma força ao referido íman permanente (4); d) e um sistema de accionamento electrónico para a aplicação de corrente eléctrica variável aos ditos pares de bobinas (5,6). 2. Gerador de som subaquático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida placa rígida (1) e o corpo do actuador (9) serem dispostos de maneira a que a placa rígida (1) esteja em contacto com a água em ambos os seus lados, quando o gerador de som subaquático está submerso. 3. Gerador de som subaquático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o par de bobinas (5) ser um par de ímanes permanentes. 4. Gerador de som subaquático de acordo com reivindicação 1, caracterizado por as bobinas de cada um dos pares de 1

13 bobinas (5, 6) serem enroladas em torno de suportes (7) localizados à volta da referida parte vibrátil. 5. Gerador de som subaquático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um anel de espaçamento (8) entre cada bobina de cada par de bobinas (5, 6) de tal modo que o íman permanente (4) da parte vibrátil é capaz de se mover até à proximidade de cada bobina de cada par de bobinas (5, 6). 6. Gerador de som subaquático de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado, por não conter ar quando submerso. 7. Gerador de som subaquático de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o movimento e amortecimento da placa rígida de reprodução de som ser magneticamente accionada. 8. A utilização do gerador de som subaquático descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por ser usado para gerar vibrações subaquática. 9. A utilização do gerador de som subaquático descrito nas reivindicações 1-7, caracterizado por as vibrações subaquáticas serem sinais acústicos de peixes. 10. Método para a geração de vibrações sonoras subaquáticas caracterizado por incluir: a) fazer vibrar uma parte vibrátil de um actuador, a referida parte vibrátil compreendendo uma placa rígida (1), uma peça cilíndrica (2) e um íman permanente (4); b) uso de um par de bobinas (6) fixado ao corpo actuador (9) para aplicação de forças de vibração ao referido íman permanente (4) através de uma corrente 2

14 eléctrica variável correndo através das ditas bobinas (6); c) uso de um par de bobinas (5), fixado ao corpo do actuador (9) para aplicação de forças de vibração ao referido íman permanente (4); d) uso de um sistema de accionamento electrónico para a aplicação de corrente eléctrica variável ao dito par de bobinas (6). Lisboa, 06 de Setembro de

15 F I G U R A S Fig. 1 Fig. 2 1/1