FR3134488A1 - Grille de haut-parleur avec fonction de directivite sonore - Google Patents

Abstract

GRILLE DE HAUT-PARLEUR AVEC FONCTION DE DIRECTIVITE SONORE La présente invention concerne une grille (4) pour haut-parleur (6), comprenant une paroi (4.1) avec une face arrière (4.3) et une face avant (4.2), et pourvue de fentes formant des passages entre la face arrière et la face avant, remarquable en ce que la paroi comprend des résonateurs débouchant sur une face latérale d’au moins une des fentes, de manière à ralentir la propagation d’ondes acoustiques au travers de ladite au moins une fente.L’invention concerne également un véhicule automobile (2) comprenant au moins un haut-parleur et au moins une grille de haut-parleur disposée devant l’au moins un haut-parleur, remarquable en ce que l’au moins une grille de haut-parleur est selon l’invention. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1)

Description

GRILLE DE HAUT-PARLEUR AVEC FONCTION DE DIRECTIVITE SONORE

La présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement le domaine des haut-parleurs des véhicules automobiles.

Les véhicules automobiles actuels sont équipés de haut-parleurs généralement intégrés dans des compartiments de l’habitacle, tel que les panneaux de portes, le tableau de bord et les appuis-tête et/ou les dossiers des sièges. A cet égard, il est connu d’utiliser des grilles de protection comprenant habituellement plusieurs trous dimensionnés de manière à permettre une diffusion d’un champ acoustique.

L’agencement des haut-parleurs dans l’habitacle du véhicule automobile présente plusieurs contraintes, par exemple un problème d’encombrement, le respect de l’esthétisme, la complexité des branchements électriques, etc., rendant l’orientabilité desdits haut-parleurs vers les passagers difficile. A cet effet, le son diffusé vers les passagers est moins immersif.

Les grilles de protection connues des haut-parleurs actuels ne présentent aucune fonction acoustique. En effet, de telles grilles ne permettent pas d’assurer un contrôle directif du champ acoustique rayonné.

Afin d’assurer une directivité du champ acoustique rayonné par les haut-parleurs, une solution consiste à réaliser un contrôle de la directivité en agençant dans l’habitacle du véhicule automobile différentes sources pilotées indépendamment. Toutefois, une telle solution peut s’avérer très onéreuse et difficile à mettre en œuvre.

Le document de brevet publié JP 07225588 A divulgue un système de sonorisation comprenant une pluralité de haut-parleurs fixés aux portes d’un véhicule automobile, chacun desdits haut-parleurs comprenant une grille de protection ayant des fentes disposées de manière particulière afin d’orienter le son vers les passagers du véhicule automobile.

Cependant, la solution proposée par le document présente une marge d’amélioration afin de garantir une meilleure directivité du champ acoustique rayonné et de pallier efficacement le problème susmentionné.

La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une grille en métamatériaux pour haut-parleur assurant des fonctions de directivité et de modification du champ acoustique émis par ledit haut-parleur, de manière simple et économique.

À cet effet, l’invention a pour objet une grille pour haut-parleur, comprenant une paroi avec une face arrière et une face avant, et pourvue de fentes formant des passages entre la face arrière et la face avant, remarquable en ce que la paroi comprend des résonateurs débouchant sur une face latérale d’au moins une des fentes, de manière à ralentir la propagation d’ondes acoustiques au travers de ladite au moins une fente.

Les résonateurs correspondent à un volume d’évidement dans la paroi, chacun desdits résonateurs étant apte à produire un phénomène de résonance à un champ acoustique émis par le haut-parleur. Avantageusement, chaque résonateur agit comme une impédance acoustique.

Préférentiellement, les résonateurs correspondent à des résonateurs de Helmholtz et/ou à des cavités cylindriques et/ou à des tubes ¼ d’ondes et/ou des cavités de tailles variables interconnectées.

Avantageusement, la grille est un métamatériau ayant une structure géométrique lui permettant d’assurer des fonctions de focalisation et/ou d’élargissement et/ou de déviation des ondes acoustiques traversant ledit métamatériau.

Selon un mode de réalisation, les résonateurs sont répartis le long de l’au moins une fente suivant une étendue principale de la paroi.

Selon un mode de réalisation, les résonateurs sont répartis le long de l’au moins une fente suivant une épaisseur de la paroi.

Selon un mode de réalisation, les résonateurs sont répartis le long de l’au moins une fente suivant une épaisseur de la paroi et sont côte à côte et au nombre d’au moins deux, préférentiellement au moins trois.

Selon un mode de réalisation, les résonateurs sont répartis dans une étendue de la paroi et/ou dans une épaisseur de la paroi de manière inhomogène de manière à modifier la distribution des vitesses de propagation des ondes acoustiques traversant la paroi.

Selon un mode de réalisation, la répartition des fentes et des résonateurs forme dans au moins une direction suivant l’étendue de la paroi, un gradient monotone ou en forme de cloche.

Avantageusement, des caractéristiques des résonateurs telles que leurs formes et leurs volumes permettent au moins en partie d’obtenir une propagation des ondes acoustiques au travers des fentes qui soit suivant le gradient monotone ou en forme de cloche.

Selon un mode de réalisation, chacun des résonateurs est un résonateur de Helmholtz comprenant une cavité formée dans la paroi et un conduit de section inférieure à la cavité reliant de manière fluidique la cavité à la face latérale de l’au moins une fente.

Selon un mode de réalisation, la cavité présente un volume compris entre 1 mm³et 400 mm³.

L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant au moins un haut-parleur et au moins une grille de haut-parleur disposée devant l’au moins un haut-parleur, remarquable en ce que l’au moins une grille de haut-parleur est selon l’invention.

Selon un mode de réalisation, l’au moins une grille de haut-parleur est configurée pour modifier la distribution des vitesses de propagation des ondes acoustiques traversant la paroi de manière à diriger lesdites ondes acoustiques vers les oreilles d’au moins un des occupants du véhicule automobile.

Avantageusement, la modification de la direction des ondes acoustiques par la grille de l’invention peut être également accompagnée d’une modification de la forme des ondes acoustiques afin d’assurer des fonctions de focalisation et/ou d’élargissement.

Avantageusement, l’agencement de la grille de la présente invention devant les haut-parleurs dans l’habitacle du véhicule automobile permet de relâcher certaines contraintes d’implantation du fait que l’on a la possibilité de dévier le faisceau sonore émis par lesdits haut-parleurs, et cela, de manière totalement passive sans aucun apport d’énergie extérieure, rendant la solution économique.

De plus, la grille de haut-parleur de l’invention permet de mieux contrôler le champ rayonné par le haut-parleur et ainsi maîtriser le champ sonore dans l’habitacle du véhicule automobile.

illustre une vue d’au-dessus d’un véhicule automobile comprenant une grille de haut-parleur selon l’invention ;

représente une vue en coupe agrandie d’une portion de la grille de haut-parleur de la ;

illustre trois exemples de réalisation de la grille de l’invention ainsi que des effets sur un champ acoustique traversant la grille de chacun desdits trois exemples ;

représente schématiquement une comparaison entre un champ acoustique diffusé à travers une grille de l’état de l’art et un champ acoustique diffusé à travers la grille selon l’invention, ladite grille étant agencée dans une garniture de porte du véhicule automobile ;

représente schématiquement une comparaison entre un champ acoustique diffusé à travers une grille de l’état de l’art et un champ acoustique diffusé à travers la grille selon l’invention, ladite grille étant agencée dans un tableau de bord du véhicule automobile ;

représente schématiquement une comparaison entre un champ acoustique diffusé à travers une grille de l’état de l’art et un champ acoustique diffusé à travers la grille selon l’invention, ladite grille étant agencée dans un siège du véhicule automobile.

Description détaillée

La illustre une vue d’au-dessus d’un véhicule automobile 2 comprenant une grille 4 de haut-parleur 6 selon l’invention.

Le haut-parleur 6 est disposé dans la dans une garniture de porte 8 à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile, mais il peut être agencé dans un siège 10 ou dans un tableau de bord 12 du véhicule automobile 2, les différentes implantations possibles seront amplement détaillées plus loin dans la présente description.

La grille 4 comprend une paroi 4.1 ayant une face avant 4.2 et une face arrière 4.3.

Le haut-parleur 6 diffuse des ondes acoustiques 14 qui vont atteindre la face arrière 4.3 pour traverser la paroi 4.1, cela est possible grâce à des fentes formant des passages entre la face arrière 4.3 et la face avant 4.2.

La représente une vue en coupe agrandie A d’une portion latérale de la grille 4 de la .

En référence à la , les fentes 4.5 s’étendent de la face arrière 4.3 vers la face avant 4.2 (suivant l’axe transversal Y) et formant des écrans 4.6 dans la paroi 4.1 de la grille 4. A cet effet, les fentes 4.5 s’étendent sur toute une épaisseur E de la paroi 4.1.

Préférentiellement, l’épaisseur E est comprise entre 5 mm et 100 mm, et plus préférentiellement comprise entre 10 mm et 80 mm.

De préférence, l’épaisseur E est constante (suivant X). Toutefois, l’épaisseur E peut axialement varier de manière à ce que la face avant 4.1 et/ou la face arrière 4.3 présente(nt) une surface non plane. Par exemple, l’épaisseur E peut être moins importante sur les côtés latéraux de la grille 4 qu’une partie centrale de cette dernière.

Les fentes 4.5 comprennent une largeur f qui peut avantageusement varier entre chacune des fentes 4.5 de la grille 4 suivant une étendue axiale et transversale (X et Y). A cet effet, une largeur d des écrans 4.6 peut également varier. Cette variation va permettre à la grille 4 de modifier au moins partiellement la directivité du champ acoustique émis par le haut-parleur. La modification de la directivité sera détaillée dans la présente description.

Préférentiellement, les fentes 4.5 sont parallèles suivant une étendue axiale. Toutefois, la largeur f desdites fentes 4.5 peut varier suivant l’épaisseur E (suivant Y) formant ainsi des fentes 4.5 rétrécissant et/ou s’élargissant entre la face arrière 4.3 et la face avant 4.2 de la paroi 4.1.

Dans cette , les fentes 4.5 sont illustrées comme étant parallèles à l’axe Z. Toutefois, la grille 4 peut être agencée devant le haut-parleur 6 de la dans une autre orientation autour de l’axe Y, inclinant ainsi les fentes 4.5 par rapport à l’axe Z.

La paroi 4.1 comprend des résonateurs 16 agencés au droit de l’écran 4.6 et débouchant sur une face latérale 4.7 de la fente 4.5.

Préférentiellement, les résonateurs 16 sont répartis sur toute l’épaisseur E et suivant une étendue principale (suivant l’axe X et Z) de la paroi 4.1.

La illustre cinq résonateurs 16 agencés côte à côte au droit de chaque écran 4.6. Toutefois, le nombre de résonateurs 16 peut varier de deux à une pluralité de résonateurs 16, selon les dimensions de la grille 4 et selon le besoin en modification de la distribution des vitesses de propagation des ondes acoustiques émises par le haut-parleur.

Il est à noter que la grille 4 peut comprendre des écrans 4.6 dépourvus de résonateurs 16 et d’autres écrans comprenant lesdits résonateurs 16. A cet égard, au plus une moitié d’un nombre total d’écrans 4.6 de la grille 4 peut être dépourvue de résonateurs 16.

De préférence, le volume de chaque résonateur 16 est compris entre 1 mm³et 600 mm³, et plus préférentiellement compris entre 10 mm³et 300 mm³. De tels volumes de résonateurs 16 sont préférentiellement adaptés à des fréquences d’ondes acoustiques 14 comprises entre 1000 Hz et 10 KHz. A cet effet, plus la fréquence est grande et plus le volume des résonateurs 16 est moins grand, et inversement.

Préférentiellement, la répartition des résonateurs 16 sur la paroi 4.1 est réalisée de manière inhomogène, par exemple les résonateurs 16 ne sont pas nécessairement alignés suivant l’épaisseur E de la paroi 4.1.

Avantageusement, il est possible de déterminer le volume et la quantité des résonateurs 16, ainsi que leur répartition dans la paroi 4.1 au moyen d’un logiciel dédié.

De préférence, chacun des résonateurs 16 est un résonateur de Helmholtz comprenant une cavité 16.1 formée dans l’écran 4.6 et un conduit 16.2 de section inférieure à la cavité 16.1 permettant de relier de manière fluidique la cavité 16.1 à la face latérale 4.1 de la fente 4.5.

Préférentiellement, la cavité 16.1 présente un volume compris entre 1 mm³et 400 mm³. Plus préférentiellement, le volume de la cavité 16.1 est supérieur à 10 mm³et/ou inférieur à 300 mm³.

Dans une alternative non représentée, les écrans 4.6 comprennent des résonateurs de Helmholtz 16 pouvant se succéder créant une chaîne de deux cavités 16.1 qui se suivent et reliées par un deuxième conduit 16.2.

Toutefois, la présente invention ne se limite pas à des résonateurs de Helmholtz uniquement. En effet, la paroi 4.1 de la grille 4 peut également comprendre une combinaison d’au moins un des résonateurs suivants : des résonateurs de Helmholtz et/ou des cavités cylindriques et/ou des tubes ¼ d’ondes et/ou des cavités de tailles variables interconnectées.

Avantageusement, les résonateurs 16 agissent comme une impédance acoustique causant un phénomène de résonance permettant de ralentir localement la propagation des ondes acoustiques au travers de la fente 4.5. Cela permet de modifier l’amplitude et la phase du champ acoustique traversant chacune des fentes 4.5. A cet effet, chaque fente 4.5 sera considérée comme une source acoustique secondaire par rapport au haut-parleur, et le champ acoustique sortant ayant traversé la grille 4 et diffusé dans l’habitacle du véhicule sera considéré comme une combinaison desdites sources secondaires.

La illustre trois exemples de réalisation de la grille de l’invention ainsi que des effets sur le champ acoustique traversant la grille de chacun desdits trois exemples. Les signes de référence de chacun des exemples sera incrémenté de 100 afin de faciliter la distinction entre chaque exemple de réalisation de la grille de l’invention.

Il est à noter que la forme globale des grilles ne se limite pas aux formes rectangulaires illustrées dans la . En effet, les grilles peuvent avoir une forme circulaire ou une forme spécifique selon le besoin esthétique et/ou fonctionnel d’intégration dans le véhicule automobile.

En référence à une partie gauche de la , la grille 104 selon un premier exemple de réalisation comprend une pluralité de fentes 104.5 réparties de manière symétrique par rapport à une partie centrale de la grille 104.

Dans cette configuration, la largeur f des fentes 104.5 est plus grande dans les extrémités latérales de la grille 104 que dans la partie centrale, et parallèlement, la largeur d des écrans 104.6 est plus grande dans la partie centrale et rétrécit progressivement vers les deux extrémités latérales de la grille 104.

Avantageusement, cela permet de ralentir davantage la vitesse de propagation des ondes acoustiques traversant les fentes 104.5 se trouvant dans la partie centrale de la grille 104, comparé aux ondes traversant les extrémités latérales de la grille 104.

Cela permet de tracer une courbe de vitesse de propagation d’ondes 120, on peut voir que cette dernière illustre un gradient en forme de cloche inversée montrant le ralentissement de la vitesse de propagation des ondes dans la partie centrale.

Parallèlement, une représentation colorimétrique 130, communément désignée par un nuancier de directivité 130, illustre la grille 104 diffusant les ondes acoustiques 14 émanant du haut-parleur 6, la grille 104 assure ici, une fonction de focalisation en dirigeant le champ acoustique sortant 114, dit lobe principal 114, de manière centrée parallèlement à la direction axiale.

Avantageusement, la fonction de focalisation répond à un besoin d’une écoute personnalisé dans l’habitacle du véhicule automobile.

En référence à une partie centrale de la , la grille 204 selon un deuxième exemple de réalisation comprend une pluralité de fentes 204.5 réparties de manière symétrique par rapport à une partie centrale de la grille 204.

Inversement à la grille 104, la largeur f des fentes 204.5 est plus grande dans la partie centrale de la grille 204, et la largeur d des écrans 104.6 est plus grande dans les deux extrémités latérales de la grille 204.

De préférence, les extrémités latérales de la grille 204 permettant de ralentir davantage la vitesse des ondes sonores dans ces extrémités latérales, résultant en une courbe en cloche 220. Cela correspond à une fonction d’élargissement des ondes acoustiques 14. Un lobe principal élargi 214 peut être observé au niveau du nuancier de directivité 230.

Avantageusement, la fonction d’élargissement répond à un besoin d’une écoute générale du champ acoustique diffusé par tous les passagers du véhicule automobile.

En référence à une partie droite de la , la grille 304 selon un troisième exemple de réalisation comprend une pluralité de fentes 304.5 réparties de manière monotone avec une largeur f décroissante à partir d’un côté extrême gauche vers un côté extrême droit.

Préférentiellement, les écrans 304.6 se trouvant dans le côté extrême droit de la grille 304 sont davantage plus larges par rapport au écrans 304.6 du côté extrême gauche, et parallèlement, les fentes 304.5 du côté extrême droit sont davantage moins larges. Cela permet au moins en partie d’obtenir un gradient monotone tel qu’illustré par la courbe 320. Cela correspond à une fonction de déviation des ondes acoustiques 14. Un lobe principal dévié 314 peut être observé au niveau du nuancier de directivité 330.

Avantageusement, la fonction de déviation du champ acoustique diffusé permet de palier les contraintes d’implantation des haut-parleurs dans l’habitacle du véhicule automobile, par exemple, les haut-parleurs peuvent être agencés dans une position qui soit davantage basse dans l’habitacle tout en améliorant la directivité du champ acoustique diffusé vers l’occupant.

Les figures 4 à 6 représentent schématiquement une comparaison entre un champ acoustique diffusé à travers une grille de l’état de l’art, et un champ acoustique diffusé à travers la grille de l’invention. Il est à noter que ces figures sont fortement simplifiées afin de faciliter leur compréhension.

En référence à une partie gauche de la , le haut-parleur 6 diffuse un champ acoustique 14 après avoir traversé une la grille 7 de l’état de l’art qui est généralement moulée à la garniture de porte. On observe que le champ acoustique 14 diffusé se propage de manière sensiblement omnidirectionnelle par rapport à la grille 7 et n’arrive pas à atteindre de manière efficace l’oreille 1 de l’occupant.

En référence à une partie droite de la , la grille 7 de l’état de l’art est remplacée par la grille 4 de l’invention qui permet de diffuser un champ acoustique dévié 14’ pouvant atteindre efficacement l’oreille 1 de l’occupant.

Préférentiellement, le haut-parleur 6 est éloigné d’une distance p de la face arrière 4.3 de manière à permettre aux ondes acoustiques de s’aplanir avant d’atteindre ladite face arrière 4.3. Cependant, la grille 4 est apte à modifier des ondes acoustiques non planes. Dans cette configuration, la distance p peut être considérablement faible, i.e. distance p égale à 5 mm.

La distance p peut être comprise entre 5 mm et 150 mm, et préférentiellement comprise entre 10 mm et 50 mm.

En référence à la , on remplace la grille 4 de l’état de l’art qui est moulée ou rapportée sur la garniture du tableau de bord 12 illustrée dans la partie gauche de la , par la grille 4 de l’invention comme on peut le voir dans la partie droite de la .

Avantageusement, on pourra ainsi libérer des contraintes d’implantation et d’orientation du haut-parleur 6. En effet, en disposant la grille 4 devant le haut-parleur 6 se trouvant en nez du tableau de bord 12 et difficilement orientable vers l’oreille 1 de l’occupant, la grille 4 permet de palier à cette contrainte en améliorant la directivité du champ acoustique dévié 14’ pour atteindre facilement l’oreille 1 de l’occupant.

En référence à la , les véhicules automobiles actuels intègrent davantage des haut-parleurs dans les sièges, comme le haut-parleur 6 de la partie de gauche de la qui est intégré dans un dossier du siège 10, dans le but de créer un effet bulle d’écoute pour l’occupant. Toutefois, on notera que le champ acoustique 14 n’est pas suffisamment focalisé afin de maximiser l’effet de bulle d’écoute.

On remplace alors la grille 7 par la grille 4 selon l’invention, comme illustré dans la partie droite de la . On remarque que le champ acoustique dévié 14’ est directement orienté vers l’oreille 1 de l’occupant.

De manière avantageuse, l’introduction de la grille 7 selon l’invention permet d’améliorer considérablement la perception du son dédié à l’occupant du siège 10.

Claims (10)

1. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), comprenant une paroi (4.1) avec une face arrière (4.3) et une face avant (4.1), et pourvue de fentes (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5) formant des passages entre la face arrière (4.3) et la face avant (4.2) ;
   caractérisée en ce que la paroi (4.1) comprend des résonateurs (16) débouchant sur une face latérale (4.7) d’au moins une des fentes (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5), de manière à ralentir la propagation d’ondes acoustiques (14) au travers de ladite au moins une fente (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5).
2. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon la revendication 1, dans laquelle les résonateurs (16) sont répartis le long de l’au moins une fente (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5) suivant une étendue principale de la paroi (4.1).
3. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle les résonateurs (16) sont répartis le long de l’au moins une fente (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5) suivant une épaisseur (E) de la paroi (4.1).
4. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon la revendication 3, dans laquelle les résonateurs (16) sont répartis le long de l’au moins une fente (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5) suivant une épaisseur (E) de la paroi (4.1) et sont côte à côte et au nombre d’au moins deux, préférentiellement au moins trois.
5. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle les résonateurs (16) sont répartis dans une étendue de la paroi (4.1) et/ou dans une épaisseur (E) de la paroi (4.1) de manière inhomogène de manière à modifier la distribution des vitesses de propagation des ondes acoustiques (14’) traversant la paroi.
6. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon la revendication 5, dans laquelle la répartition des fentes (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5) et des résonateurs (16) forme dans au moins une direction suivant l’étendue de la paroi (4.1), un gradient monotone (320) ou en forme de cloche (120 ; 220).
7. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle chacun des résonateurs (16) est un résonateur de Helmholtz (16) comprenant une cavité (16.1) formée dans la paroi (4.1) et un conduit (16.2) de section inférieure à la cavité (16.1) reliant de manière fluidique la cavité (16.1) à la face latérale (4.7) de l’au moins une fente (4.5 ; 104.5 ; 204.5 ; 304.5).
8. Grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) pour haut-parleur (6), selon la revendication 7, dans laquelle la cavité (16.1) présente un volume compris entre 1 mm³et 400 mm³.
9. Véhicule automobile (2) comprenant au moins un haut-parleur (6) et au moins une grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) de haut-parleur (6) disposée devant l’au moins un haut-parleur (6), caractérisé en ce que l’au moins une grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) de haut-parleur (6) est selon l’une des revendications 1 à 8.
10. Véhicule automobile (2) selon la revendication 9, dans lequel l’au moins une grille (4 ; 104 ; 204 ; 304) de haut-parleur (6) est configurée pour modifier la distribution des vitesses de propagation des ondes acoustiques (14’) traversant la paroi (4.1) de manière à diriger lesdites ondes acoustiques (14’) vers les oreilles (1) d’au moins un des occupants du véhicule automobile (2).