EP0657868B1 - Procédé d'émission d'ondes acoustiques très basses fréquences à forte puissance et transducteurs correspondants - Google Patents
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
- G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
- G10K9/121—Flextensional transducers
Definitions
- the present invention as defined in the claims relates to a method of transmitting waves high power very low frequency acoustics, and transducers correspondents.
- the technical sector of the invention is that of production electro-acoustic transducers for the emission of waves acoustic immersion in a liquid.
- Document EP-A-0 363 032 discloses such a device.
- the main application of the invention is the possibility to emit very low frequency and high acoustic waves power, regardless of the depth of immersion.
- electro-acoustic transducers so-called flextensional submersibles, which include one or more electro-acoustic motors, generally piezo-electric motors, which are placed in the same plane inside or in peripheral crown of a flexible shell or shell. It's this shell placed in contact with water, which then forms the surface emission of acoustic waves.
- transducers convert the oscillations of the hull generated in the plane where the electro-acoustic motors are located, and due to the effects of their expansion-compression, in oscillations perpendicular to this plane and therefore of flexion of the shell, hence their name of flextensional transducers. They amplify as well the amplitude of the motor oscillations by a factor of 3 and even 4 and thus obtaining very low frequencies.
- the present invention relates more particularly, but not exclusively, flextensional transducers of classes IV and V above.
- All flextensional transducers have many advantages, for the emission of low and very low frequency waves, but they also have certain drawbacks, including that of require that the hulls or envelopes are either closed and waterproof, either open and not waterproof, but then with devices individuals who to date limit the effects of this non sealing.
- the acoustic waves that we want to emit in bass frequencies should only be caused by shell vibrations external waves, and no other waves caused by internal vibrations shell and electro-acoustic motors must not escape from inside it so as not to disturb said low emission frequency.
- this shell can be closed and full of gas: it must then withstand the pressure immersion; this however limits the use of such transducers to shallow depths, because if we want to increase the resistance of the shell to withstand the pressure from great depths, we lose elasticity and therefore possible emission; for not having to increase this resistance and keep this elasticity, devices specific ones were then developed and some were even the subject various patents.
- the objective of the present invention is to be able indeed emit very low frequency acoustic waves in a liquid, without being bothered by the depth, without complicating the realization of transducers which for these frequency ranges are flextensional type and while allowing high emissions powers.
- the objective of the present invention is also achieved with a transducer of the same type known as that above, and in which its enclosure formed by part of said envelope comprises at minus any opening allowing said liquid to penetrate the entire interior cavity delimited by said enclosure and a baffle in Immersion pressure resistant foam material occupying the most of the volume of the cavity, the external surface of which is a constant distance from that of the vibrating envelope, and which is integral with the assembly device of electro-acoustic motors.
- said material alveolar has an acoustic impedance of less than 0.7 times that of water, for example a cellular plastic type material to base of P.V.C. (polyvinyl chloride) and with closed porosities.
- the envelope In an application to the class V transducers described previously, in which the envelope is of shape and type ellipsoid, it consists of two discs placed opposite from each other, convex, and connected at their periphery by at least a torus-shaped piece, such that these two discs are just supported and immobilized at their periphery, each in a groove of said toric piece.
- the total immersion of all the parts of the transducer and in particular of the cavity allows a better cooling of electro-acoustic motors by diffusion calorific facilitated by the presence of the external fluid which is water, whereas in air-filled systems, this cooling is good on more difficult.
- Figure 1 is a perspective view of a transducer flextensional class IV as it can exist to date.
- Figure 2 is a sectional view of a transducer flextensional class V and produced according to the present invention.
- the transducers shown are therefore as an example for FIG. 1 a type IV transducer, and for Figure 2 a type V transducer: they include, in a way known. one or more electro-acoustic motors 1, placed according to the same plane defined by the axes xx '/ yy', inside which relates to FIG. 1 and in the peripheral crown as regards the Figure 2 of a flexible envelope 5, which they are integral with less at one of their ends by any assembly device either in FIG.
- the type IV transducer shown has a flexible casing 5 in the form of an elongated cylinder, the cross section of which straight cut has the shape of an ellipse, and electro-acoustic motors 1 represented in number of three in this example, are parallel to each other, along an axis yy 'and their axes are placed in transverse planes perpendicular to the generatrices of the cylinder along the axis xx 'of the envelope 5.
- each motor is mechanically and acoustically coupled by the connecting pieces 2 with the cylindrical shell 5, but in other cases, in particular when it comes to class II transducers in the form of the hull thereof, said motors 1 may be integral only at one of their ends, the other being able to bear on a central pillar acting as a counterweight.
- one of said end flanges 3 has at least one opening 6, the dimensions according to existing systems to date, associated with the characteristics of the envelope 5, are determined in such a way that by coupling the elasticity of this envelope with the mass of the liquid 4 located in said opening 6, the Helmholtz frequency of the cavity 7 is close to the fundamental frequency of the vibrations of the assembly constituted by said electro-acoustic motors 1 and of any element associated with them, such as the connecting parts 2.
- such a type IV transducer according to FIG. 1 could be equipped according to the present invention with an internal cabinet 15, as shown in the example in FIG. 2, and connected to the central part, for example electro-acoustic motors 1, since it is not necessary that such a cabinet can be driven by the outer envelope 5 and can vibrate with it.
- this includes a motor ring 13 formed of a crown of several pillars of ceramic or electro-acoustic motors 1 in number for example of eight, and associated with counterweights 9, connected by various screws assembly 8 allowing the continuity of the peripheral crown 13.
- 18 central rods ensure the prestressing of the ceramic pillars 1.
- the envelope 5 forming said shell vibrator is composed of two convex discs connected to their periphery by at least one part 10 in the shape of a torus, so that these two convex discs 5 are just supported and immobilized at their periphery each in a groove 17 of the part 10.
- the two convex discs can both be turned outwards, but also and possibly both inwards or one outward and the other inward, but preferably, we will choose the orientation of the convexity of the two discs towards the exterior as shown in the figure.
- Each of the grooves 17 is in fact carried by elements arranged in a crown, and constituting the pieces 10, independent of from each other for each of the two opposite and convex discs, and linked two by two, on either side of the plane in which locate the acoustic motors 1, by any means 11 of adjustment in relative distance; which crowns of pieces 10 have each a conical surface 12, cooperating with a surface of the same shape, carried by another continuous outer crown 13 peripheral, so that the action of bringing together elements of the part 10 by the means 11, decreases the length of the circumference of grooves 17 by pinching effect and ensures disc preload 5.
- the enclosure comprising the envelope 5, thus constituted comprises any opening, not shown in this figure cut, but being able to let said liquid 4 penetrate into the entire cavity 7 interior delimited by the envelope, such as for example a opening between two motors 1 in the outer ring 13.
- This assembly can be produced by elastic studs 16 spaced on the rear structure transducers 1, such as that constituted by the supports and the counter-masses 9 over the entire periphery of this ring 13 outside.
- the elastic material constituting said pads 16 is of elastic characteristics such as its radial speed of displacement in compression is less than ten times that of the motors electro-acoustic.
- said distance 14 separating the surfaces of the cabinet 15 from the casing 5 and filled with liquid 4 is between 3 to 6 mm.
- the acoustic and specific impedance again called characteristic impedance of the material which constitutes it, and defined by the product of its density rm and the speed Cm of wave propagation in the material, such that: (rm x Cm) of material ⁇ 0.7 of (ro x Co) of water.
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Description
- la classe I regroupe les transducteurs ayant une coque en ellipsoïde de révolution autour d'un axe et un seul moteur électroacoustique, qui peut être piézoélectrique ou magnétostrictif, qui est coaxial avec l'axe de révolution de la coque, et qui est couplé mécaniquement et acoustiquement par ses deux extrémités avec les deux portions de surfaces de la coque situées sur l'axe de révolution.
- la classe II regroupe les transducteurs ayant une coque en forme de disque ou de tore de révolution autour de l'axe du disque ou du tore. Ces transducteurs comportent plusieurs moteurs piézoélectriques, disposés radialement autour de l'axe de révolution de la coque et couplés mécaniquement et acoustiquement avec celle-ci, soit par une de leurs extrémités dans le cas de forme en disque, et l'autre extrémité s'appuyant sur un pilier central, soit par leurs deux extrémités dans le cas de forme en tore;
- la classe III regroupe les transducteurs ayant une coque qui comporte deux renflements à ses deux extrémités et qui a une forme générale de type os ou diabolo;
- la classe IV regroupe les transducteurs dont la coque est un cylindre allongé, dont la section en coupe droite a la forme d'une ellipse ou d'une courbe fermée présentant un étranglement dans sa partie centrale. Les transducteurs de cette classe comportent plusieurs moteurs électro-acoustiques qui sont parallèles entre eux et dont les axes sont placés dans des plans transversaux perpendiculaires aux génératrices du cylindre et suivant la direction du plus grand axe de la section : les deux extrémités de chaque moteur sont couplées mécaniquement et acoustiquement avec la coque cylindrique;
- la classe V regroupe les transducteurs dont la coque est une combinaison de la forme de ceux de la classe I avec ceux de la classe IV, ou ceux de la classe II, et que l'on peut qualifier de forme en "huítre" : il s'agit en fait d'une forme de type ellipsoïde, éventuellement de révolution, mais aplatie et non allongée comme dans la classe I, ou sphéroïde très aplatie, ou encore torique engendrée par une circonférence comportant un côté rectiligne autour duquel elle tourne et qui constitue son axe.
- la demande de brevet No. FR. 2.634.292 de Monsieur Gilles GROSSO et intitulée "procédé et dispositif pour maintenir le gaz contenu dans une enceinte immergée en équilibre de pression avec l'extérieur", publiée le 19 Janvier 1990, qui consiste à associer à ladite enceinte immergée telle que le boítier d'un transducteur piézo-électrique, plusieurs bouteilles contenant chacune une poche déformable, prégonflées à des pressions différentes, et permettant ainsi de compenser la pression hydrostatique à différentes profondeurs d'immersion;
- la demande de brevet FR. 2.665.814 déposée le 10 Août 1990 par la société THOMSON sur des "transducteurs électro-acoustiques destinés à être immergés" et comportant un système de compensation automatique de la pression d'immersion grâce à des chambres remplies de gaz et de volumes réduits, de manière à ne compenser que les efforts axiaux s'exerçant sur le pilier central de céramiques du transducteur.
- soit en utilisant un fluide différent du milieu ambiant et en disposant une membrane de séparation faisant office également de diaphragme flexible compensant les différences de volume interne dues à la compressibilité du fluide intérieur, en général de l'huile, ceci est utilisé dans la demande de brevet FR. 2.671.927 publiée le 24 Juillet 1992 et déposée par l'Etat Français, sur des "transducteurs électro-acoustiques directifs et procédés et dispositifs de fabrication"; mais dans la présente application aux transducteurs très basses fréquences de type flextensionnel, on ne peut pas supprimer alors les ondes dues aux vibrations internes, ce qui est en dehors du but recherché;
- soit en utilisant le liquide du milieu ambiant : la présente invention se situe dans cette dernière catégorie, dans laquelle à ce jour pour répondre à la fois au problème de tenue en immersion, et à celui des ondes internes, on réalise dans la coque du transducteur des ouvertures de communication, ayant des dimensions données pour que la fréquence fondamentale des vibrations de l'ensemble soit voisine de la fréquence de Helmholtz de la cavité et, de plus, on rajoute suivant le cas, divers dispositifs dans ces dites ouvertures et/ou dans la cavité formée par la coque pour ajuster les deux dites fréquences et obtenir l'effet recherché.
- on laisse pénétrer ledit liquide dans toute la cavité intérieure délimitée par cette enveloppe grâce à toute ouverture communicante sur l'extérieur;
- on dispose dans la cavité un baffle en matériau alvéolaire résistant à la pression d'immersion, qui occupe la majeure partie du volume de la cavité et dont la surface extérieure est à une distance constante de celle de l'enveloppe;
- on solidarise ledit baffle au dispositif d'assemblage des moteurs acoustiques;
- on sollicite lesdits moteurs pour émettre lesdites ondes acoustiques de très basses fréquences et à forte puissance.
Claims (10)
- Procédé pour émettre des ondes acoustiques de très basses fréquences dans un liquide (4) au moyen d'un transducteur de type connu comportant un ou plusieurs moteurs (1) électro-acoustiques placés suivant un même plan à l'intérieur ou en couronne périphérique d'une enveloppe (5) flexible, dont ils sont solidaires au moins à une de leurs extrémités par tout dispositif d'assemblage (8, 2), à laquelle ils transmettent leurs vibrations pour que ce soit celle-ci qui au contact dudit liquide (4) constitue la surface d'émission des ondes acoustiques dans celui-ci, et qui est d'une forme telle que l'amplitude de ces vibrations soit amplifiée, et que celles-ci soient de basses fréquences, caractérisé en ce que :on laisse pénétrer ledit liquide (4) dans toute la cavité intérieure (7) délimitée par cette enveloppe (5) grâce à toute ouverture (6) communiquant sur l'extérieur;on dispose dans la cavité (7) un baffle (15) en matériau alvéolaire résistant à la pression d'immersion, qui occupe la majeure partie du volume de la cavité (7) et dont la surface extérieure est à une distance constante de celle de l'enveloppe (5);on solidarise ledit baffle (15) au dispositif d'assemblage (2, 8) des moteurs acoustiques (1);on sollicite lesdits moteurs (1) pour émettre lesdites ondes acoustiques de très basses fréquences et à forte puissance.
- Transducteur destiné à émettre des ondes acoustiques dans un liquide comportant un ou plusieurs moteurs électro-acoustiques (1) placés suivant un même plan, à l'intérieur ou en couronne périphérique d'une enveloppe flexible (5), dont ils sont solidaires au moins à leurs extrémités par tout dispositif d'assemblage (2, 8) et à laquelle ils transmettent leurs vibrations, laquelle enveloppe flexible est au contact avec ledit liquide (4) constituant la surface d'émission des ondes acoustiques, et d'une forme telle que l'amplitude de ces vibrations soit amplifiée dans une gamme de très basses fréquences. caractérisé en ce que l'enceinte constituée pour partie de ladite enveloppe (5) comporte au moins toute ouverture (6) laissant ledit liquide (4) pénétrer dans toute la cavité (7) intérieure délimitée par cette enceinte et un baffle (15) en matériau alvéolaire résistant à la pression d'immersion occupant la majeure partie du volume de la cavité (7), dont la surface externe est à une distance constante (14) de celle de l'enveloppe (5), et qui est solidaire du dispositif d'assemblage (2, 8) des moteurs acoustiques (1).
- Transducteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite distance (14) séparant les surfaces du baffle (15) de l'enveloppe (5) et remplie de liquide (4) est comprise entre 3 à 6 mm.
- Transducteur suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit matériau alvéolaire est d'impédance acoustique inférieure à 0,7 fois celle de l'eau.
- Transducteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau alvéolaire est un plastique cellulaire à base de P.V.C. (Polychlorure de vinyle) et à porosités fermées.
- Transducteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit baffle (15) est relié au dispositif d'assemblage (8) des moteurs (1) par des plots élastiques (16).
- Transducteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau élastique constituant lesdits plots (16) est de caractéristiques élastiques telles que sa vitesse radiale de déplacement en compression est inférieure à dix fois celle des moteurs acoustiques (1).
- Transducteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, et tel que son enveloppe extérieure (5) est de forme, de type ellipsoïde, composée de deux disques placés en regard l'un de l'autre, convexes et reliés à leur périphérie par au moins une pièce (10) en forme de tore, caractérisé en ce que les deux disques (5) sont juste supportés et immobilisés à leur périphérie, chacun dans une rainure (17) de la pièce (10).
- Transducteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des rainures (17) est réalisée dans des éléments disposés en deux couronnes et constituant la pièce (10), reliés deux par deux, de part et d'autre du plan dans lequel se situent les moteurs acoustiques (1) par tout moyen (11) de réglage en distance relative, lesquelles couronnes de la pièce (10) comportant chacune une surface (12) conique, coopérant avec une surface de même forme, portée par une autre couronne (13) extérieure continue périphérique, de telle façon que l'action du rapprochement des éléments de pièce (10) par les moyens (11), diminue la longueur des rainures (17) et assure une précontrainte des disques (5).
- Transducteur suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que lesdits moteurs électro-acoustiques (1) et leurs contre-masses associées (9) sont disposés à l'intérieur de ladite couronne extérieure périphérique (13).
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