Nel 2014, Dolby Laboratories ha introdotto la tecnologia Dolby Atmos® Enabled Speaker (DAES) per i sistemi home theater e successivamente ha esteso questa tecnologia ai soundbar. Ora sta sviluppando la tecnologia DAES per i televisori, per espandere le possibilità della tecnologia audio domestica immersiva.

La scienza del Dolby Atmos Enabled Speakers

Per riprodurre in modo realistico un suono proveniente dall’alto, la tecnologia DAES impiega altoparlanti progettati per irradiare il suono verso l’alto e rifletterlo sul soffitto, come mostrato nella Figura 1. A questi altoparlanti è applicato un filtro percettivo per amplificare la sensazione di elevazione, permettendo ai consumatori di percepire come posizione di origine del suono il punto di riflessione nel soffitto e non la posizione fisica dell’altoparlante.

Figura 1. Schizzo di un height channel speaker convenzionale (non sottile).

“Con i diffusori TV tradizionali, si percepisce il suono del diffusore emesso dalla TV, proprio di fronte a sé. Con i diffusori TV abilitati al Dolby Atmos®, si sente il suono proveniente dal soffitto”, afferma Lakshmikanth Tipparaju, ingegnere senior di sistemi acustici e trasduttori presso i Dolby Laboratories.

Sfide di progettazione per altoparlanti TV ultrasottili

I vincoli geometrici dei televisori sottili rendono difficile la progettazione di DAES per i televisori/questi apparecchi?. Man mano che i televisori sono diventati più compatti, la forma e l’area disponibile per il diaframma del diffusore rivolto verso l’alto, che è strettamente accoppiato a una superficie di confine, diventa più limitata dallo spessore del televisore, con il risultato di un’immagine a soffitto del canale di altezza ridotta.

 

Progettare altoparlanti sottili per TV abilitati al Dolby Atmos® che siano in grado di fornire un’ampia copertura sweet spot intorno alla posizione tipica di un ascoltatore è una sfida fondamentale, secondo Tipparaju. “Un’area di copertura sweet spot è la regione in cui possiamo percepire costantemente l’immagine del canale di altezza sul soffitto. L’immagine del soffitto è compromessa quando ci allontaniamo dall’area di copertura dello sweet spot“, spiega Tipparaju.

 

Per progettare un DAES che sia abbastanza sottile da poter essere integrato nei televisori moderni e che fornisca un’ampia copertura dello sweet spot, Dolby Laboratories si è rivolta alla simulazione acustica. Tipparaju ritiene che un vantaggio chiave della tecnologia di simulazione risieda nel fatto che permette di valutare le prestazioni di nuovi progetti di altoparlanti prima di costruire e testare un prototipo fisico effettivo, risparmiando così tempo e risorse preziose.

 

Analisi acustiche FEM e BEM

Utilizzando la modellazione acustica grazie al software di simulazione COMSOL Multiphysics®, Tipparaju ha esplorato diversi progetti di altoparlante rivolto verso l’alto per ottimizzare la copertura dello sweet spot. Per soddisfare i vincoli di progettazione ultrasottile, un microtrasduttore ultrasottile (90 millimetri per 15 millimetri) è stato incorporato nella progettazione dell’altoparlante. Inoltre, nel progetto dell’altoparlante è stato aggiunto un riflettore acustico per ridistribuire in modo efficiente l’energia acustica verso il soffitto, migliorando così l’area di copertura dello sweet spot dell’altoparlante.

 

Figura 2. Altoparlante di altezza ridotta con riflettore acustico integrato – piano di valutazione della direttività.

 

Con il metodo agli elementi finiti (FEM) acustici e il Boundary Element Method (BEM) disponibili nell’Acoustic Module, un add-on di COMSOL Multiphysics®, Tipparaju ha ottimizzato la topologia del riflettore acustico e ha creato un modello di radiazione asimmetrico per massimizzare la distribuzione dell’energia lungo la direzione del soffitto (da 0 gradi a +90 gradi) e per attenuare a sufficienza il suono diretto verso l’ascoltatore (da 0 gradi a -90 gradi), come mostrato nella Figura 2.

 

Figura 3. Confronto simulato della direttività del piano verticale di un diffusore ad altezza ridotta con un riflettore integrato (sopra) e un diffusore convenzionale ad altezza ridotta senza riflettore (sotto). Qui si può vedere che l’altoparlante con il riflettore ha una copertura più ampia per la riflessione del soffitto.

 

 

 

 

 

 

 

È stato eseguito uno studio FEM per ottimizzare la topologia del riflettore acustico in base alla direttività del piano verticale in campo libero, mentre è stata utilizzata un’analisi BEM per valutare numericamente i benefici della risposta direzionale del riflettore acustico,

Figura 4. Un grafico multislice che rappresenta la distribuzione SPL a 10 kHz in COMSOL Multiphysics®.

considerando i vincoli di integrazione del pannello TV e le riflessioni del soffitto. “Vogliamo assicurarci che ci sia una copertura uniforme del canale di altezza intorno alla posizione dell’ascoltatore”, commenta Tipparaju. Essere in grado di valutare la distribuzione della pressione sonora lungo un soffitto nelle simulazioni è molto prezioso, in quanto aiuta a determinare la spaziatura ottimale dei moduli degli altoparlanti a destra e a sinistra e l’architettura dei trasduttori, secondo Tipparaju.

 

Validare i risultati con uno scanner a campo vicino

Sulla base dei risultati della simulazione, sono stati costruiti dei prototipi fisici del height channel speaker sottile con un riflettore acustico integrato per i test e la validazione. I risultati della pressione sonora in campo libero dello studio FEM sono stati validati con i risultati sperimentali di un sistema di misurazione Near-Field Scanner (NFS) di Klippel. Nel complesso, Dolby Laboratories è stata in grado di determinare che un riflettore acustico integrato può migliorare significativamente l’immersività dei diffusori a canale di altezza ridotta.

Figura 5. Prototipo del microtrasduttore ultrasottile (sinistra) e un DAES ultrasottile con uno spessore di 1 pollice (destra).

Per il futuro, Dolby ha in programma di sviluppare la tecnologia Dolby Atmos® Enabled Speaker anche per il mercato degli smart speaker e degli altoparlanti wireless.

 

Ringraziamenti

Lakshmikanth Tipparaju desidera ringraziare il suo manager John Stewart, i colleghi del team Enhanced Consumer Devices Innovation e la management dei prodotti Atmos TV all’interno di Dolby per aver sostenuto questo lavoro.

 

Dolby Atmos è un marchio registrato di Dolby Laboratories Licensing Corporation.

di Rachel Keatley