EP0008274B1

EP0008274B1 - Enceinte acoustique unidirectionnelle

Info

Publication number: EP0008274B1
Application number: EP79400564A
Authority: EP
Inventors: Dominique Launay
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1983-08-03
Also published as: DE2966021D1; FR2433879B1; ES483380A1; FR2433879A1; US4298087A; EP0008274A1; ATE4405T1

Description

On sait qu'une enceinte acoustique comporte, de façon générale un support et au moins un transducteur, notamment un haut-parleur, fixé au support et dont la face avant de la membrane est tournée vers une ouverture du support.
Il est connu qu'une enceinte acoustique génère, du fait même de sa conception, des interférences, résultant de ce que la membrane du haut-parleur provoque, lorsqu'un signal est appliqué à l'entrée du haut-parleur, des mouvements concomitants et en opposition de phase de l'air d'une part vers l'avant et d'autre part vers l'arrière de la membrane. L'onde vers l'arrière de la membrane étant égale et en opposition de phase avec l'onde vers l'avant, l'addition des deux ondes conduit à une annulation de la tonalité qui bien entendu n'est pas satisfaisante.
Pour résoudre ce problème, on a, à ce jour, utilisé essentiellement deux méthodes. La première vise à atténuer l'onde arrière de manière à diminuer l'effet négatif et préjudiciable qu'elle a sur l'onde avant. La seconde vise à transformer ou « manipuler » l'onde arrière de façon qu'elle vienne renforcer ou à tout le moins ne pas contrarier l'onde avant.
Un mode de mise en oeuvre de la première méthode est l'enceinte acoustique dite « infinie » dans laquelle le support se présente sous la forme d'un caisson rigide pourvu d'une ouverture unique devant laquelle est placée la face avant de la membrane du haut parleur, le caisson étant par ailleurs hermétiquement clos. Cette solution se révèle cependant ne pas être totalement satisfaisante. En effet, tout déplacement de la membrane provoque une variation de la pression de l'air contenu dans le caisson sollicitant la membrane dans le sens opposé à son déplacement ce qui conduit donc à un certain « amortissement de la membrane. Cet amortissement est d'autant plus élevé que le déplacement de la membrane est important, ce qui correspond aux basses fréquences d'utilisation de l'enceinte.
Cette première méthode est illustrée notamment par les brevets français 1587 761 et 2260916. Dans le brevet 1587761 l'enceinte n'est pas unidirectionnelle. Dans le brevet 2 260 916, l'enceinte est unidirectionnelle et le caisson est partagé en deux compartiments réunis par une soupape ce qui a pour effet d'atténuer l'effet d'amortissement dont il est question sans toutefois procurer des résultats totalement satisfaisants.
La seconde méthode peut faire l'objet de plusieurs modes de mise en oeuvre. Un premier mode de mise en oeuvre consiste en une enceinte dont le support se présente sous une forme plane dont le bord libre externe se trouve à une distance du haut-parleur correspondant approximativement à une demi-longueur d'onde de la fréquence sensible de manière que l'onde arrière atteignant la partie avant de l'enceinte prenne par rapport à l'onde avant un retard correspondant à une longueur d'onde. Il est clair que dans ce mode de mise en oeuvre, l'enceinte émet dans toutes les directions.
Un second mode de mise en oeuvre est illustré par l'enceinte dite « bass-reflex dans laquelle l'onde arrière est canalisée pour d'une part subir un certain retard sur l'onde avant et d'autre part être dirigée selon une direction particulière par rapport à l'onde avant. On connaît de nombreuses formes de réalisation utilisant ce principe qui diffèrent selon le mode d'exécution des moyens de canalisation. A titre d'exemple on peut citer notamment les brevets américains 4033431, 3 978 941, 3 993 162 et 4 064 966. Ces systèmes présentent cependant de nombreux inconvénients : les moyens de canalisations sont loin d'être d'une efficacité totale. Ils sont généralement complexes donc coûteux, encombrants et lourds. L'enceinte acoustique est elle aussi coûteuse, encombrante, lourde et souvent d'une forme complexe inadaptée à l'usage souhaité de l'enceinte. De plus, la ou les directions et sens d'émission de l'onde arrière ne correspondent pas nécessairement à la direction et le sens d'émission de l'onde avant, de sorte que l'enceinte acoustique est le plus souvent non directive ou encore multi-directionnelle.
Pour certains usages spécifiques, notamment la sonorisation de volumes restrictifs et l'emploi de microphones en particulier dans les salles de faible volume, il est nécessaire d'utiliser des enceintes acoustiques unidirectionnelles, c'est-à-dire à une direction unique et un sens unique d'émission sonore et non pas des enceintes acoustiques multidirectionnelles ou non directionnelles.
Or, comme on l'a vu précédemment, les enceintes du type « infini et du type plat ne permettent pas une telle émission sonore unidirectionnelle. Les enceintes acoustiques du type « bass reflex se révèlent être également ou inadaptées, du fait que l'émission de l'onde arrière se fait dans une direction ou un sens différent de ceux de l'émission de l'onde avant, ou insatisfaisantes du fait que les moyens de canalisation de l'onde arrière présentent les inconvénients susmentionnés.
Le brevet français 843 643 décrit une enceinte acoustique unidirectionnelle comportant un caisson cylindrique et un haut-parleur dont la face avant est tournée vers une ouverture principale, de forme générale circulaire, du caisson. Celui-ci comporte une ouverture secondaire placée autour de la première ouverture, située au voisinage immédiat de la face latérale cylindrique du caisson. Une paroi de séparation cylindrique est placée dans le caisson et définit une chambre de canalisation de l'air.
Le brevet américain 3327808 décrit une enceinte acoustique dans laquelle l'onde arrière provenant du haut-parleur est canalisée en direction d'une ouverture secondaire à l'aide de moyens de séparation. L'onde arrière et l'onde avant sont en phase. Ce type d'enceinte est donc une enceinte « bass-reflex » et l'onde arrière est retardée par rapport à l'onde avant.
Comme indiqué ci-dessus, de telles enceintes ne sont pas très efficaces et sont souvent lourdes et encombrantes.
La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients en proposant une enceinte acoustique unidirectionnelle d'encombrement réduit, simple, aussi légère que possible, d'une forme permettant son usage en toutes conditions.
Ce but est atteint par le fait que l'enceinte acoustique unidirectionnelle selon l'invention comprend un caisson de forme cylindrique, rigide, ouvert à une extrémité, au moins un haut-parleur fixé au caisson et dont la face avant de la membrane est tournée vers l'ouverture principale du caisson, de forme générale circulaire, une unique ouverture secondaire dans le caisson, en forme générale de couronne circulaire placée autour et à proximité immédiate de l'ouverture principale et au voisinage immédiat de la face latérale cylindrique du caisson, des moyens de séparation, rigides, placés dans le caisson, définissant dans celui-ci une chambre de canalisation de l'air entre la face arrière de la membrane du haut-parleur et l'ouverture secondaire, ces moyens de séparation comprenant un cylindre extérieur coaxial au caisson dont la face latérale délimite avec le caisson une couronne cylindrique débouchant dans l'ouverture secondaire. Cette enceinte est caractérisée par le fait que les moyens de séparation comportent en outre un cylindre intérieur coaxial au caisson, le cylindre extérieur comportant un fond situé dans la partie médiane du caisson et comportant une ouverture centrale que traverse le cylindre intérieur, les moyens de séparation délimitant avec le caisson deux grandes chambres de résonance réunies par un tunnel d'accord, la seconde de ces grandes chambres étant en communication par l'intermédiaire de la couronne cylindrique, formant évent de décompression, avec l'ouverture secondaire, la première grande chambre étant délimitée par les parois des cylindres intérieur et extérieur et par le fond du cylindre extérieur, le tunnel d'accord étant délimité par le cylindre intérieur ouvert à ses deux extrémités, la distance D₃ séparant l'extrémité avant du cylindre intérieur de l'ouverture principale étant inférieure à la distance séparant le fond du cylindre extérieur de l'ouverture principale.
Les autres caractéristiques de l'invention seront bien comprises grâce à la description qui suivra en référence aux figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 est une vue schématique, en coupe, par un plan axial, illustrant une enceinte acoustique suivant l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique, en coupe par un plan transversal suivant la ligne II-II de la figure 1.

L'enceinte acoustique unidirectionnelle suivant l'invention comprend un caisson 1 et au moins un transducteur, notamment un haut parleur 2 fixé au caisson 1.
Le caisson 1 a une forme générale cylindrique droite, de révolution autour d'un axe 3 et à base circulaire. L'axe 3 est un axe de révolution et de symétrie pour l'ensemble de l'enceinte acoustique.
Le caisson 1 est limité par une face latérale cylindrique 4, un fond circulaire 5 à l'extrémité arrière du caisson 1 et une paroi frontale 6 à l'extrémité avant du caisson 1.
Le caisson 1 c'est-à-dire sa face latérale 4, son fond 5 et sa paroi frontale 6 sont réalisés en un matériau d'une grande rigidité et donc pratiquement indéformable : notamment une matière plastique de manière à éviter toute mise en vibration du caisson par résonance acoustique.
La paroi frontale 6 est percée d'une première ouverture 7, principale, centrale et d'une seconde ouverture 8, secondaire, périphérique et de même axe 3 que l'ouverture principale 7.
La première ouverture 7 a une forme générale circulaire, de rayon R_i, limitée par un bord extérieur 9.
La seconde ouverture 8 a une forme générale de couronne circulaire limitée par un bord circulaire intérieur 10, de rayon R₂ et un bord circulaire extérieur 11, de rayon R₃.
Selon l'invention le bord circulaire extérieur 11 est situé sur ou à proximité immédiate de la face latérale 4 de sorte que le rayon R₃ est égal ou voisin du rayon R₄ de la face latérale 4.
La paroi frontale 6 a donc une forme générale de couronne circulaire d'axe 3 limitée vers l'intérieur par le bord 9 et vers l'extérieur par le bord 10.
Suivant l'invention, la seconde ouverture 8 est située à proximité immédiate de la première ouverture 7 ce qui signifie que le rayon R₂ est proche ou peu différent du rayon R₁ et donc que la couronne circulaire constituant la paroi frontale 6 est de faible largeur par rapport à l'encombrement radial de l'ensemble du caisson 1.
On notera que la réalisation du caisson 1 sous forme d'un cylindre correspond à la rigidité maximale souhaitée.
Le haut-parleur 2, connu en soi, comporte un équipage mobile 12, représenté schématiquement, logé dans le caisson 1, pourvu de conducteurs d'amenée non représentés, émergeant du caisson 1 à tout endroit souhaité et notamment dans le fond 5, et également une membrane déformable 13 de forme exponentielle, d'axe 3, dont l'ouverture la plus large 14 est placée en regard et à proximité immédiate de la première ouverture 7 qui est donc située du côté de la face avant 15 de la membrane 13. La première ouverture 7 correspond à l'ouverture 14 de la membrane 13 et à cet effet le bord 9 de la première ouverture 7 est préférentiellement incliné, comme illustré sur la figure, pour venir au moins sensiblement dans le prolongement de la membrane 13.
Le haut-parleur 2 est fixé, directement ou indirectement au caisson 1 par des moyens support appropriés, éventuellement élastiquement déformables, connus en soi et non représentés pour simplifier le dessin.
L'enceinte acoustique suivant l'invention comprend également des moyens de séparation 16 d'une grande rigidité et pratiquement indéformables, placés dans le caisson 1 et définissant dans celui-ci une chambre 17 de canalisation de l'air entre la face arrière 18 de la membrane 13 et la seconde ouverture 8.
Les moyens de séparation 16 sont également de révolution autour de l'axe 3. Ils sont réalisés en tout matériau rigide approprié propre à leur conférer la rigidité souhaitée et notamment en matière plastique. Ces moyens de séparation 16 ne sont donc pas mis en vibration par résonance acoustique lors du fonctionnement de l'enceinte. Les moyens de séparation 16 sont rigidement supportés par le caisson 1 par tout moyen support 19 approprié tel que des entretoises représentées schématiquement sur la figure. Les moyens de séparation 16 sont étanches ce qui signifie que l'air doit effectivement cheminer tout le long de la chambre 17, sans possibilité de court-circuit acoustique, selon les flèches f.
Suivant une caractéristique de l'invention, la chambre 17 occupe la totalité du caisson 1 c'est-à-dire que l'ensemble de la cavité délimitée par le caisson l'est conformée grâce aux moyens de séparation 16 pour former la chambre 17.
Suivant l'invention, la chambre 17 comprend plusieurs chambres successives et à cet effet les moyens de séparation 16 comprennent plusieurs parties.
Les moyens de séparation 16 comportent deux cylindres soit un cylindre extérieur 20 et un cylindre intérieur 21, coaxiaux d'axe 3.
Le cylindre extérieur 20 comprend une face latérale cylindrique 22 et un fond 23 à l'extrémité arrière de la face latérale 22. La face latérale 22 est attenante, à son extrémité avant à la paroi frontale 6, à l'endroit ou à proximité immédiate du bord 10. C'est dire que la face latérale 22 est d'un rayon égal ou voisin de R₂ et située au voisinage de la face latérale 4 du caisson 1. Le fond 23 est écarté transversalement du fond 5 du caisson 1 d'une distance D₁ et globalement situé dans la zone médiane du caisson 1 en un emplacement propre à définir des impédances acoustiques déterminées des différentes chambres constituant la chambre 17.
Le fond 23 est percé d'une ouverture 24, centrale, circulaire, d'axe 3, de rayon R,5 avec laquelle coopère exactement et de façon étanche la face latérale 25 du cylindre intérieur 21, totalement ou seulement partiellement ouvert, vers l'avant et vers l'arrière par des ouvertures respectives 26 et 27.
Comme cela apparaît sur la figure, le rayon R₅ est sensiblement plus petit que le rayon R₂ et éventuellement plus petit que le rayon R₁. Il s'ensuit que la face latérale 25 est sensiblement écartée de la face latérale 22. La face latérale 25 est, comme on l'a déjà expliqué, à cheval sur le fond 23 de sorte que les ouvertures 26 et 27 sont placées respectivement de part et d'autre du fond 23. Pour l'essentiel cependant, la face latérale 25 est située vers l'avant du fond 23 c'est-à-dire à l'intérieur du cylindre extérieur 20 tandis qu'un tronçon plus restreint du cylindre intérieur 21 est placé vers l'arrière du fond 23 entre ce dernier et le fond 5 du caisson 1. En tout état de cause, l'ouverture arrière 27 est écartée du fond 5 d'une distance D₂ propre à conférer aux différentes chambres de la chambre de canalisation 17 une impédance acoustique spécifique. L'ouverture avant 26 du cylindre intérieur 21 est également écartée transversalement de l'ouverture 7 d'une distance D₃ propre à conférer aux chambres une impédance acoustique spécifique. Par exemple, l'ouverture avant 26 se trouve située sensiblement à l'endroit ou au voisinage de l'équipage mobile 12 du haut-parleur 2.
Comme on l'a dit précédemment, les moyens de séparation 16 constitués par les cylindres 20 et 21 définissent une chambre 17 en plusieurs tronçons successifs à savoir de l'amont vers l'aval entre la membrane 13 notamment sa face arrière 18 et la seconde ouverture 8 : une première grande chambre de résonance 28, un tunnel d'accord 29, une seconde grande chambre de résonance 30, et un évent de décompression 31.
La première grande chambre de résonance 28 a une forme générale de couronne cylindrique, est limitée à l'avant par la paroi frontale 6, à l'arrière par le fond 23 et sur les côtés par les faces 22 et 25. Cette première chambre 28 est immédiatement adjacente à la membrane 13 et située du côté de sa face arrière 18. La première chambre 28 est en communication avec le tunnel d'accord 29 par l'ouverture 26.
Le tunnel d'accord 29 a une forme générale cylindrique limitée latéralement par la face 25. Ce tunnel d'accord est en communication avec la seconde grande chambre 30 par l'ouverture 27.
La seconde grande chambre 30 a la forme complexe illustrée par la figure 2 et est limitée vers l'arrière par le fond 5 vers l'avant par le fond 23 et la partie extrême postérieure de la face latérale 25 et sur le côté par la partie extrême postérieure de la face latérale 4. Cette seconde grande chambre 30 est en communication avec l'évent 31 du fait de l'espace annulaire 32 existant entre le fond 23 et la face latérale 22 et la face latérale 4.
Quant à l'évent 31, il se présente sous la forme d'une couronne cylindrique mince limitée par la face latérale 22, la partie extrême antérieure de la face latérale 4. L'évent 31 débouche comme on l'a dit, à l'endroit de la seconde ouverture 8.
Les valeurs données aux rayons R_i, R₂, R₃, R₄ et R₅ et aux distances D₁, D₂ et D₃ sont destinées à définir les impédances acoustiques des chambres, tunnel et évent 28, 29, 30 et 31 et ce en fonction des caractéristiques générales souhaitées de l'enceinte.
Ainsi, l'enceinte qui vient d'être décrite est du type ouverte et non close puisqu'elle comporte outre l'ouverture 7 habituelle, une seconde ouverture 8. L'enceinte acoustique est également du type unidirectionnel puisque l'émission acoustique par la seconde ouverture 8 se fait de façon coaxiale, dans le même sens et à proximité de l'émission principale par la première ouverture 7. La présence des moyens de séparation 16, simples et légers est un facteur positif en ce qui concerne le poids, l'encombrement et le coût de l'enceinte acoustique. La chambre de canalisation 17 comportant plusieurs chambres successives d'impédance acoustique déterminée permet de retarder l'émission de l'onde arrière par rapport à l'onde avant notamment de l'ordre d'une longueur d'onde de la fréquence d'émission critique, ce qui est un élément favorable à la qualité acoustique de l'enceinte notamment dans les basses fréquences. La réalisation de l'enceinte sous une forme de révolution permet une polyvalence d'emploi de cette enceinte tout en assurant un faible encombrement et un degré esthétique élevé. Une enceinte telle que celle qui vient d'être décrite n'a pas la nécessité de comporter les matelassages internes généralement utilisés. Ce matelassage est même, dans le cas de l'invention à écarter. Enfin, le fait que la chambre 17 soit ouverte et que la première chambre 28 soit suffisamment importante permet d'assurer un amortissement suffisant de la membrane 13 du haut-parleur, ni trop important, ni trop faible.

Claims

1. Enceinte acoustique unidirectionnelle comprenant un caisson (1) de forme cylindrique, rigide, ouvert à une extrémité, au moins un haut-parleur (2) fixé au caisson (1) et dont la face avant de la membrane (15) est tournée vers l'ouverture principale (7) du caisson, de forme générale circulaire, une unique ouverture secondaire (8) dans le caisson, en forme générale de couronne circulaire placée autour et à proximité immédiate de l'ouverture principale (7) et au voisinage immédiat de la face latérale cylindrique du caisson, des moyens de séparation (16), rigides, placés dans le caisson, définissant dans celui-ci une chambre de canalisation de l'air entre la face arrière de la membrane du haut parleur et l'ouverture secondaire, ces moyens de séparation (16) comprenant un cylindre extérieur (20) coaxial au caisson dont la face latérale (22) délimite avec le caisson (1) une couronne cylindrique (31) débouchant dans l'ouverture secondaire (8), caractérisée par le fait que les moyens de séparation (20, 21) comportent en outre un cylindre intérieur (21) coaxial au caisson, le cylindre extérieur (20) comportant un fond (23) situé dans la partie médiane du caisson (1) et comportant une ouverture centrale (24) que traverse le cylindre intérieur (21), les moyens de séparation (20, 21) délimitant avec le caisson (1) deux grandes chambres de résonance (28, 30) réunies par un tunnel d'accord (29), la seconde de ces grandes chambres (30) étant en communication par l'intermédiaire de la couronne cylindrique (31), formant évent de décompression, avec l'ouverture secondaire (8), la première grande chambre (28) étant délimitée par les parois des cylindres intérieur (21) et extérieur (20) et par le fond (23) du cylindre extérieur, le tunnel d'accord (29) étant délimité par le cylindre intérieur (21) ouvert à ses deux extrémités (26, 27), la distance (D₃) séparant l'extrémité avant (26) du cylindre intérieur de l'ouverture principale (7) étant inférieure à la distance séparant le fond (23) du cylindre extérieur (20) de l'ouverture principale (7).

2. Enceinte acoustique unidirectionnelle selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les dimensions respectives et les positions relatives du caisson (1), du cylindre extérieur (20) et du cylindre intérieur (21) ont pour objet de définir pour les chambres, le tunnel et l'évent (28), (29), (30), (31) des impédances acoustiques correspondant à la caractéristique propre de l'enceinte.

3. Enceinte acoustique unidirectionnelle selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les chambres, le tunnel et l'évent (28), (29), (30) et (31) permettent d'introduire un décalage entre l'onde arrière et l'onde avant de l'ordre d'une longueur d'onde de la fréquence critique souhaitée.

4. Enceinte acoustique unidirectionnelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle est dépourvue de tout matelassage interne.