FR3136621A1

FR3136621A1 - Enceinte directionnelle ultrasonore

Info

Publication number: FR3136621A1
Application number: FR2205618A
Authority: FR
Inventors: Thibault Nowakowski; Jean-Baptiste LEGLAND; Cyril Martin
Original assignee: AKOUSTIC ARTS
Current assignee: AKOUSTIC ARTS
Priority date: 2022-06-10
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2023-12-15

Abstract

L’invention concerne une enceinte directionnelle ultrasonore (1) comprenant des transducteurs ultrasonores et une unité de commande (5) configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores de manière à produire un faisceau ultrasonore (4) se propageant vers une zone d’écoute (Z) dans laquelle le faisceau ultrasonore génère un son audible, le faisceau ultrasonore étant divergent dans un sens de propagation du faisceau ultrasonore et dans toute la zone d’écoute. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Enceinte directionnelle ultrasonore

La présente invention concerne de manière générale le domaine technique des systèmes de communication audio.

Elle concerne plus particulièrement une enceinte directionnelle ultrasonore.

Elle concerne également une installation acoustique comprenant une telle enceinte.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse lorsqu’un son doit être diffusé à destination d’un seul auditeur, dans un volume limité, tout en limitant le niveau ultrasonore auquel il est exposé.

Arrière-plan technologique

Les enceintes directionnelles ultrasonores mettent à profit les propriétés de non-linéarité acoustique de l’air permettant de recréer du son audible à partir d’ultrasons uniquement (phénomène d’antenne paramétrique qui est notamment décrit dans le document suivant : P. J. Westervelt, “Parametric Acoustic Array”, The Journal of the Acoustical Society of America, 35, pp. 535-537). Une telle enceinte ultrasonore comprend des transducteurs ultrasonores présentant l’avantage d’être plus directifs que des transducteurs émettant dans le domaine des fréquences audibles. Le faisceau ultrasonore produit par l’enceinte est ainsi particulièrement directif. Il est composé d’une porteuse ultrasonore modulée en amplitude par le signal audible à transmettre, résultant en un signal uniquement ultrasonore représentatif du signal audible. En se propageant dans l’air, le faisceau ultrasonore se « démodule » pour recréer le son audible dont la directivité devient semblable à celle du faisceau ultrasonore d’origine.

Ainsi, il est connu de focaliser le faisceau ultrasonore autour de la tête, et plus particulièrement des oreilles d’un auditeur, afin de générer une bulle sonore qui soit audible uniquement pour cet auditeur. Cela permet par exemple de former une zone de confidentialité renforcée par rapport à un faisceau non focalisé.

Toutefois, l’énergie ultrasonore reçue par l’auditeur est alors relativement élevée, car elle est également focalisée au niveau des oreilles de l’auditeur. Or, il est préférable d’exposer le moins possible l’auditeur aux ultrasons pour pouvoir augmenter le temps d’écoute devant l’enceinte, les niveaux ultrasonores nécessaires pour générer les effets non linéaires résultant en la démodulation du signal audible étant généralement supérieurs à 100 dB.

Il est donc apparu le besoin de proposer une enceinte, permettant de réduire le niveau d’énergie ultrasonore tout en conservant un signal audio de directivité et de qualité satisfaisantes.

Dans ce contexte, la présente invention propose une enceinte directionnelle ultrasonore comprenant des transducteurs ultrasonores et une unité de commande configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores de manière à produire un faisceau ultrasonore se propageant vers une zone d’écoute dans laquelle le faisceau ultrasonore génère un son audible. Selon l’invention, le faisceau ultrasonore est divergent dans un sens de propagation du faisceau ultrasonore et dans toute la zone d’écoute. Le faisceau audible démodulé adopte alors une divergence similaire à celle du faisceau ultrasonore.

Ainsi grâce à l’invention, le niveau d’énergie ultrasonore est plus faible dans la zone d’écoute que si le faisceau ultrasonore était focalisé vers un point situé dans la zone d’écoute, ce qui réduit le risque de surexposition de l’auditeur à des ondes ultrasonores de forte intensité. En effet, puisque le faisceau ultrasonore est divergent dans toute la zone d’écoute, le champ de pression ultrasonore est décroissant lorsque le faisceau ultrasonore parvient à l’auditeur. Les inventeurs ont en outre pu établir que de manière surprenante le mode de fonctionnement et d’émission du faisceau ultrasonore selon l’invention affecte peu la qualité perçue par l’auditeur du signal audio.

De façon complémentaire, faire diverger le faisceau ultrasonore dans toute la zone d’écoute permet aussi d’augmenter la largeur du faisceau audible démodulé, c’est-à-dire le volume de l’espace dans lequel le son est à un niveau sonore suffisant pour être audible et dans lequel le volume sonore audible est uniforme. Ainsi, bien que les enceintes directionnelles ultrasonores soient classiquement utilisées pour cibler un auditeur particulier, l’enceinte selon l’invention permet, tout en restant directive, de sonoriser de façon plus large autour de la direction de propagation du faisceau ultrasonore.

Cela permet par exemple de sonoriser une zone d’écoute comprenant une ou plusieurs personnes côte à côte. Ces personnes recevront alors un signal audible équivalent, c’est-à-dire de niveaux sonores semblables. Cette caractéristique du faisceau émis par l’enceinte selon l’invention est particulièrement avantageuse pour les applications dans les espaces d’expositions ou les musées pour diffuser des informations relatives à un objet ou une œuvre en face duquel sont placés les auditeurs, ou bien dans les espaces de vente pour mettre en valeur un produit ou générer une ambiance sonore dans un rayon à thème.

D’autres caractéristiques avantageuses et optionnelles de l’enceinte conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes.

Selon une caractéristique de l’invention, le faisceau ultrasonore est focalisé en amont de la zone d’écoute. Le faisceau ultrasonore est donc divergent en aval de sa zone de focalisation, ce qui permet d’assurer la divergence du faisceau ultrasonore dans toute la zone d’écoute.

Selon une caractéristique de l’invention, la zone d’écoute est située à une distance de l’enceinte directionnelle ultrasonore comprise entre 75 cm et 2,0 m selon une direction de propagation du faisceau ultrasonore, et dans laquelle le faisceau ultrasonore est focalisé à une distance de l’enceinte directionnelle ultrasonore inférieure à 40 cm de l’enceinte directionnelle ultrasonore selon la direction de propagation. Le faisceau ultrasonore est ainsi nettement divergent lorsqu’il atteint la zone d’écoute, ce qui renforce la sécurité de l’auditeur en ce que cela réduit son niveau d’exposition aux ondes ultrasonores.

Selon une caractéristique de l’invention les transducteurs ultrasonores sont répartis selon une surface concave ou convexe. La forme de l’enceinte est alors adaptée à faire diverger le faisceau ultrasonore.

Selon une caractéristique de l’invention, l’enceinte comprend en outre un moyen de retard agencé devant au moins un des transducteurs ultrasonores de manière à retarder une onde ultrasonore produite par ledit transducteur ultrasonore. Le ou les moyens de retard permettent de déterminer à moindre cout la divergence du faisceau ultrasonore. Au sens de l’invention un tel moyen de retard est un moyen de retard acoustique en ce qu’il est configuré pour retarder la propagation de l’onde ultrasonore par rapport à une propagation qui ne serait pas affecté par le moyen de retard.

Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de commande est configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores de sorte qu’une divergence du faisceau ultrasonore résulte notamment d’un pilotage des transducteurs ultrasonores par l’unité de commande. La divergence du faisceau ultrasonore est alors réalisée de manière électronique, c’est-à-dire ici de manière numérique. Il est ainsi par exemple possible de disposer les transducteurs sur une surface plane afin de limiter l’encombrement de l’enceinte.

Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de commande est adaptée à modifier la divergence du faisceau ultrasonore dans la zone d’écoute. La divergence du faisceau ultrasonore peut ainsi être aisément modifiée.

Selon une caractéristique de l’invention, l’enceinte présente un centre, et l’unité de commande est configurée pour fournir un signal de sortie aux transducteurs ultrasonores à un temps de référence, chaque transducteur ultrasonore recevant le signal de sortie après un délai par rapport au temps de référence, le délai étant déterminé de sorte que plus le transducteur ultrasonore est éloigné du centre de l’enceinte directionnelle ultrasonore plus le délai est grand. Cela permet de réaliser virtuellement une surface d’émission convexe.

Selon une caractéristique de l’invention, le faisceau ultrasonore est focalisé à partir d’une zone de focalisation virtuelle située à l’opposé de la zone d’écoute par rapport à l’enceinte directionnelle ultrasonore. Le faisceau ultrasonore est ainsi divergent dès son émission au niveau de l’enceinte directionnelle ultrasonore. Cela augmente la sécurité de l’auditeur puisqu’il ne peut pas se déplacer dans une zone de focalisation du faisceau ultrasonore.

Selon une caractéristique de l’invention, le faisceau ultrasonore est focalisé vers une zone de focalisation réelle située entre l’enceinte directionnelle ultrasonore et la zone d’écoute. Cela revient à réaliser virtuellement une surface d’émission concave.

Selon une caractéristique de l’invention, les transducteurs sont répartis selon au moins deux motifs concentriques. Les motifs concentriques présentent par exemples des formes circulaires, hexagonales ou encore octogonales. Le faisceau ultrasonore se propage ainsi selon une direction de propagation autour de laquelle le faisceau ultrasonore est globalement centré. De plus, lorsque la divergence est générée électroniquement, cela permet d’appliquer un même délai à tous les transducteurs d’un même motif afin de simplifier l’unité de commande.

Selon une caractéristique de l’invention, l’enceinte comprend en outre un détecteur de présence adapté à déterminer la présence de l’auditeur entre la zone d’écoute et l’enceinte directionnelle ultrasonore, ce qui permet de vérifier que l’auditeur n’est pas trop proche de la zone de focalisation du faisceau ultrasonore et dans le cas contraire de suspendre l’émission du faisceau ultrasonore ou bien de réduire le niveau de pression ultrasonore émis, de sorte de signifier à l’auditeur qu’il se trouve trop près de la zone d’émission.

Selon une caractéristique de l’invention, l’enceinte comprend en outre un récepteur adapté à capter un signal externe et à le transmettre à l’unité de commande, et une paroi métallique interposée entre le récepteur et les transducteurs ultrasonores. Le récepteur permet de commander à distance l’enceinte tout en étant protégé des perturbations électromagnétiques des transducteurs grâce à la paroi métallique. Le récepteur est par exemple un récepteur optique tel qu’un récepteur infrarouge.

L’invention concerne également une installation acoustique comprenant une enceinte directionnelle ultrasonore, telle que décrite ci-dessus, qui est fixée au-dessus de la zone d’écoute, la zone d’écoute étant située à une distance du sol comprise entre 1,0 m et 2,2 m. L’installation acoustique est ainsi particulièrement bien adaptée à transmettre un son audible à un unique auditeur en position debout.

L’invention concerne enfin un procédé de mise en œuvre d’une enceinte directionnelle ultrasonore comprenant des transducteurs ultrasonores et une unité de commande configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores de manière à produire un faisceau ultrasonore, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- détermination d’une zone d’écoute dans laquelle le faisceau ultrasonore génère un son audible ;
- mise en forme du faisceau ultrasonore de manière à ce que, en se propageant, le faisceau ultrasonore diverge dans toute la zone d’écoute.

Selon une caractéristique avantageuse et optionnelle du procédé, l’étape de mise en forme du faisceau ultrasonore comprend au moins l’une des étapes suivantes :
- positionnement des transducteurs ultrasonores les uns par rapport aux autres ;
- agencement d’un moyen de retard adapté à retarder une onde ultrasonore devant au moins un des transducteurs ultrasonores ;
- détermination de délais à appliquer à au moins un des transducteurs ultrasonores avant la fourniture d’un signal de sortie.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description de l’invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés :

est une vue schématique de face d’un premier mode de réalisation d’une enceinte selon l’invention ;

est une vue schématique en coupe de côté d’un premier mode de fonctionnement de l’enceinte de la ;

est une vue schématique en coupe de côté d’un deuxième mode de fonctionnement de l’enceinte de la ;

est une vue schématique en coupe de côté de l’enceinte de la illustrant des faisceaux audibles pouvant être générés par l’enceinte ;

est un schéma bloc d’une séquence d’étapes d’un procédé de mise en œuvre de l’enceinte de la ;

est une vue schématique en coupe de côté d’un deuxième mode de réalisation d’une enceinte selon l’invention ;

est une vue schématique en coupe de côté d’un troisième mode de réalisation d’une enceinte selon l’invention.

On a représenté sur la une enceinte ultrasonore 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’enceinte 1 comprend un support 2 qui présente une face principale 21 plane. Comme le montre la , la face principale 21 est ici circulaire. La face principale 21 présente par exemple un diamètre compris entre 15 cm et 25 cm.

La face principale 21 est orientée en direction d’une zone d’écoute Z dans laquelle est situé un auditeur A, tel que cela est représenté sur les figures 2 et 3. La zone d’écoute Z est ici définie comme un volume de l’espace situé en regarde de l’enceinte 1 et qui est destiné à inclure au moins une oreille de l’auditeur A. La zone d’écoute Z peut par exemple être définie comme une sphère, par exemple de 30 cm à 50 cm de diamètre, centrée autour de la tête de l’auditeur A.

Comme cela apparait sur la , l’enceinte 1 comprend une pluralité de transducteurs ultrasonores 3 montés sur la face principale 21. Les transducteurs 3 sont ici tous identiques. Chaque transducteur 3 est un transducteur piézoélectrique adapté à convertir, au moyen d’une surface émettrice vibrante, un signal électrique en une onde de pression se propageant dans l’air. La surface émettrice de chaque transducteur 3 est ici circulaire. Le fait que chaque transducteur 3 est « ultrasonore » signifie ici qu’il est plus spécifiquement adapté à produire une onde de pression ultrasonore, appelée par la suite onde ultrasonore, dont les fréquences sont majoritairement supérieures à 20 kHz. La bande passante des transducteurs 3 est par exemple comprise entre 30 kHz et 80 kHz.

Comme le montre la , les transducteurs 3 sont répartis selon des motifs circulaires concentriques représentés en niveaux de gris. La position d’un transducteur 3 par rapport à la face principale 21 est ici assimilée à celle du centre de sa surface émettrice. Les transducteurs 3 sont ici répartis autour d’un centre 22 de la face principale 21 correspondant par exemple au barycentre de cette dernière. Les transducteurs 3 sont ainsi disposés sur la face principales 21 de manière à former des anneaux 31, par exemple six anneaux tels que représentés sur la . Plus un anneau 31 est distant du centre 22, plus il comprend de transducteurs 3. Ainsi, dans l’exemple représenté en , l’anneau 31 le plus proche du centre 22 comprend six transducteurs 3 tandis que le plus éloigné du centre 22 comprend trente-cinq ou trente-six transducteurs 3 (un transducteur pouvant être substitué par un récepteur comme décrit ultérieurement).

Ici, l’anneau 31 le plus proche du centre 22 est par exemple situé à une distance comprise entre 8 mm et 16 mm du centre 22. Les autres anneaux 31 sont ensuite concentriquement situés à une distance les uns des autres selon une direction radiale qui est par exemple compris entre 8 mm et 16 mm. La distance entre deux anneaux adjacents 31 est ici égale à leur différence de rayon. La distance entre deux anneaux 31 adjacents est par exemple égale au diamètre des surfaces actives des transducteurs 3 mais est de préférence inférieure pour augmenter le nombre de transducteurs 3 par rapport à la surface de la face principale 21.

La face principale 21 étant orientée vers la zone d’écoute Z, chaque transducteur 3 est également orienté vers la zone d’écoute Z dans le sens où sa surface émettrice est en vis-à-vis de la zone d’écoute Z.

Ainsi, comme le montrent les figures 2 et 3, l’enceinte 1 est donc conçue pour produire vers la zone d’écoute Z un faisceau ultrasonore 4 directionnel qui est une combinaison, c’est-à-dire une addition, des ondes ultrasonores produites par les transducteurs 3. En figures 2, 3, 6 et 7, le faisceau ultrasonore 4, est schématiquement représenté par une enveloppe entourant des fronts d’onde 41 successifs. L’enveloppe représente par exemple le volume de l’espace dans lequel le niveau ultrasonore est atténué de 50% par rapport au niveau maximal du faisceau ultrasonore 4.

L’enceinte 1 met à profit les propriétés de non-linéarités acoustiques de l’air permettant de recréer un faisceau audible, i.e. un son dont les fréquences sont perceptibles par l’oreille humaine, à partir d’ultrasons uniquement. Ce phénomène non-linéaire est appelé « auto-démodulation ». L’avantage d’émettre le faisceau ultrasonore 4, plutôt que le son audible directement, est que le faisceau ultrasonore 4 est particulièrement directif et que le faisceau audible résultant de la démodulation est lui-aussi particulièrement directif. Il est ainsi possible de sonoriser uniquement la zone d’écoute Z de manière à ce qu’un autre auditeur situé hors de la zone d’écoute Z ne puisse pas percevoir le son audible.

Ici, en raison de la disposition concentrique des transducteurs 3, le faisceau ultrasonore 4 se propage selon une direction de propagation autour de laquelle le faisceau ultrasonore 4 est globalement centré. Le faisceau ultrasonore 4 se propage dans un sens de propagation à l’opposé de l’enceinte 1 en ce sens qu’en se propageant, il s’éloigne de l’enceinte 1. La direction de propagation est ici confondue avec un axe principal A1 de l’enceinte 1. L’axe principal A1 de l’enceinte 1 est une droite qui passe par le centre 22 de la face principale 21 et qui est perpendiculaire à la face principale 21, telle que représentée sur les figures 2 et 3. Le faisceau ultrasonore 4 présente donc une forte directivité le long de l’axe principal A1. Cela signifie ici que le rapport entre l’intensité acoustique rayonnée par l’antenne dans une direction donnée avec l’intensité moyenne dans toutes les directions est maximum lorsque cette direction donnée correspond à l’axe principal A1. L’enceinte 1 est ainsi « directionnelle » dans le sens où elle présente une direction de propagation privilégiée.

La zone d’écoute Z est ainsi traversée par la direction de propagation et l’axe principal A1, comme cela apparaît sur les figures 2 et 3. Ici, la zone d’écoute Z est par exemple située à une distance de l’enceinte 1 comprise entre 75 cm et 2,0 m selon l’axe principal A1. La zone d’écoute Z est par exemple définie comme un cylindre de révolution dont l’axe correspond à l’axe principal A1, dont les bases sont situées à une distance comprise entre 75 cm et 2,0 m de l’enceinte 1 et dont le diamètre est compris entre 30 cm et 1,0 m.

L’enceinte 1 peut aussi comprendre un détecteur de présence (non représenté) adapté à déterminer la présence de l’auditeur A, notamment entre la zone d’écoute Z et l’enceinte 1, ainsi que la distance le séparant de l’enceinte. Le détecteur de présence permet de mettre en œuvre une mesure de sécurité consistant à couper l’émission du faisceau ultrasonore 4, ou à diminuer son intensité, lorsque l’auditeur A est proche d’un maximum de pression acoustique ultrasonore.

Comme le montre la , l’enceinte 1 comprend une unité de commande 5 configurée pour piloter les transducteurs 3 de manière à ce que les transducteurs 3 produisent le faisceau ultrasonore 4 et donc, par démodulation, le son audible. L’unité de commande 5 est ainsi adaptée à recevoir un signal électrique d’entrée, ici analogique ou numérique, représentatif du son audible. L’unité de commande 5 est ensuite programmée pour convertir ce signal d’entrée en un signal de sortie représentatif du faisceau ultrasonore 4 et pour transmettre ce signal de sortie aux transducteurs 3 qui le convertissent en générant les ondes ultrasonores. Pour cela, l’unité de commande 5 comprend ici au moins un processeur et au moins une mémoire ainsi que des moyens de connexion (non représentés).

Bien que représentée en dehors du support 2 sur la , l’unité de commande 5 est de préférence montée à l’intérieur du support 2 pour augmenter la compacité de l’enceinte 1.

L’unité de commande 5 est plus particulièrement adaptée à fournir le signal de sortie à chaque transducteur 3 après un délai déterminé par rapport à un temps de référence. Le délai est ainsi une durée écoulée depuis un instant représenté par le temps de référence, qui est par exemple fourni par une horloge interne de l’unité de commande 5.

Ici, le délai est identique pour tous les transducteurs 3 d’un même anneau 31. Ainsi, la direction de propagation du faisceau ultrasonore 4 reste confondue avec l’axe principal A1 de l’enceinte 1. De plus, appliquer un même délai à tous les transducteurs 3 d’un même anneau 31 permet de limiter le nombre de voies indépendantes de l’unité de commande 5 dédiées au pilotage des transducteurs 3, puisqu’une même voie peut fournir le signal de sortie à tous les transducteurs 3 d’un même anneau 31. Ici, l’unité de commande 5 comprend ainsi un seul amplificateur par anneau 31. Elle est ainsi simple à concevoir et compacte.

L’objectif de l’invention est de produire un faisceau ultrasonore 4 divergent dans toute la zone d’écoute Z, comme cela apparaît sur les figures 2 et 3. Ici, le faisceau ultrasonore 4 est plus particulièrement divergent dans toute la zone d’écoute Z et cela le long de la direction de propagation, et donc de l’axe principal A1, dans le sens opposé à l’enceinte 1. Ainsi, grâce à la divergence du faisceau ultrasonore 4, il très peu probable que l’auditeur A situé dans la zone d’écoute Z soit exposé à une pression ultrasonore qui serait trop élevée. En effet, puisqu’il diverge, le faisceau ultrasonore 4 ne présente pas de maximum local de pression dans la zone d’écoute Z.

Le faisceau ultrasonore 4 est divergent dans toute la zone d’écoute Z notamment dans le sens où il commence à diverger en amont d’une distance caractéristique représentative de la divergence naturelle d’un émetteur (ou d’un assemblage de transducteurs) en forme de piston plan, ici circulaire, dont la taille est semblable à celle de l’enceinte 1. Cette distance caractéristique peut être définie comme la distance de Rayleigh de l’enceinte 1 en l’assimilant a un piston plan circulaire, dont le rayon r est par exemple égal à celui de l’anneau 31 le plus périphérique, selon la formule π·r²/λ à une longueur d’onde donnéeλ. Cette distance caractéristique peut aussi être définie comme la distance de Zemanek de l’enceinte 1 en l’assimilant a un piston plan circulaire, dont le rayon r est par exemple égal à celui de l’anneaux 31 le plus périphérique, selon la formule π·r²/(4λ) à une longueur d’onde donnéeλ. La distance caractéristique peut aussi être comprise entre la distance de Zemanek (telle que définie dans J. Zemanek, « Beam behavior within the nearfield of a vibrating piston », The Journal of the Acoustical Society of America, 49(1), pp. 181–191, 1971) et la distance de Rayleigh (telle que définie dans D. T. Blackstock, « Fundamentals of physical acoustics », Wiley, 2000).

En termes énergétiques, le fait que le faisceau ultrasonore 4 diverge signifie ici que l’intensité acoustique du faisceau ultrasonore 4, c’est-à-dire sa puissance par unité de surface mesurée perpendiculairement à sa propagation, décroit. Plus particulièrement, cela signifie qu’un rapport entre l’intensité acoustique rayonnée selon l’axe principale A1 avec l’intensité moyenne rayonnée dans toutes les directions décroit le long de l’axe principale A1. Ici, pour toute direction passant par le centre 22 et traversant la zone d’écoute Z, l’intensité acoustique du faisceau ultrasonore 4 décroit dans toute la zone d’écoute Z, elle décroit donc notamment le long de la direction de propagation, et donc de l’axe principal A1.

En termes de dimensions, le fait que le faisceau ultrasonore 4 diverge signifie ici que les fronts d’onde 41 s’élargissent dans toute la zone d’écoute Z. Ici, l’élargissement des fronts d’onde 41 dans la zone d’écoute Z est schématisé par le fait qu’ils sont convexes dans toute la zone d’écoute Z dans le sens de propagation (ils sont alors respectivement concaves vus depuis l’enceinte). De préférence, l’enveloppe du faisceau ultrasonore entoure la zone d’écoute Z, telle que représentée en figures 2 et 3.

En d’autres termes, cela signifie qu’une largeur ou une section du faisceau ultrasonore 4 est croissante le long de la direction de propagation, à l’opposé de l’enceinte 1 et dans toute la zone d’écoute Z. La largeur du faisceau ultrasonore 4 est par exemple définie selon une direction perpendiculaire à la direction de propagation comme une largeur à mi-hauteur, c’est-à-dire une largeur pour laquelle la pression acoustique est supérieure à la moitié de la pression maximale atteinte le long de cette direction perpendiculaire. La largeur du faisceau ultrasonore 4 peut aussi être définie comme un segment le long duquel la pression acoustique est supérieure à une valeur seuil. La section du faisceau ultrasonore est par exemple définie selon un plan perpendiculaire à la direction de propagation comme une région de ce plan dans laquelle l’intensité acoustique est supérieure à -3dB ou -6dB de l’intensité maximum du faisceau ultrasonore 4.

Dans ce premier mode de réalisation, la divergence du faisceau ultrasonore 4 dans toute la zone d’écoute Z est générée au moyen du pilotage des transducteurs 3 par l’unité de commande 5. Autrement dit, la divergence est obtenue de façon électronique. La divergence est plus particulièrement obtenue en déterminant les délais appliqués aux transducteurs 31, ce qui permet de modifier la zone de focalisation du faisceau ultrasonore 4 le long de l’axe principal A1.

De préférence, dans cette configuration, la divergence est déterminée de sorte que le niveau de pression ultrasonore arrivant à la position de l’auditeur A soit inférieur au niveau de pression ultrasonore qui y parviendrait sans appliquer de délais aux transducteurs (transducteurs ultrasonores émettent en phase).

De plus, avantageusement, modifier la zone de focalisation de façon électronique permet d’adapter simplement l’amplitude de la divergence, c’est-à-dire le fait que le faisceau ultrasonore 4 soit plus ou moins divergent. Cela permet donc de déterminer, i.e. de faire varier, la largeur du faisceau ultrasonore 4 à une distance donnée de l’enceinte 1 dans la zone d’écoute Z. Ainsi, il est prévu de pouvoir élargir le faisceau ultrasonore 4 lorsqu’il est nécessaire de sonoriser plusieurs auditeurs situés côte à côte.

Avantageusement, il est prévu qu’un utilisateur, par exemple l’auditeur A ou l’opérateur, puisse commander l’élargissement ou le resserrement du faisceau ultrasonore 4 sur la base de sa perception du son audible et au moyen d’un signal externe. Le signal externe peut être représentatif de la zone d’écoute Z, par exemple de ses dimensions. Le signal externe peut aussi être représentatif de la forme du faisceau ultrasonore 4.

Ici, pour transmettre un signal externe électromagnétique à l’enceinte 1, l’unité de commande 5 comprend une interface adaptée à communiquer avec un dispositif externe sans fil, par exemple une télécommande ou un téléphone portable. L’enceinte 1 comprend un récepteur 6 conçu pour recevoir ce signal externe. Le récepteur 6 est par exemple un capteur infrarouge ou une antenne adaptée à capter un signal Bluetooth. Le récepteur 6 est aussi adapté à transmettre le signal externe à l’unité de commande 5.

Ici, l’enceinte 1 comprend une paroi métallique 8, par exemple en cuivre, interposée entre le récepteur 6 et les transducteurs 3. La paroi 8 agit alors comme une cage de Faraday protégeant le récepteur 6 de perturbations électromagnétiques générées par les transducteurs 3 en fonctionnement. De façon remarquable, comme le montre la , il est possible de substituer un transducteur 3 du motif périphérique, i.e. le plus éloigné du centre 22, pour y agencer le récepteur 6. Cette position de substitution est schématisée par des hachures. La substitution d’un transducteur 3 périphérique a un effet négligeable sur le faisceau ultrasonore 4 et permet de conserver l’enceinte 1 compacte et de ne pas modifier la structure du support 2.

Dans un premier mode de fonctionnement représenté en , le faisceau ultrasonore 4 est divergent à partir de l’enceinte 1, c’est-à-dire dès son émission. Pour rendre le faisceau ultrasonore 4 globalement divergent, ce dernier est focalisé à partir d’une zone de focalisation virtuelle Fv, qui est ici ponctuelle, située à l’opposé de la zone d’écoute Z par rapport à l’enceinte 1. Sur la , des fronts d’onde virtuels 42 représentent la focalisation du faisceau ultrasonore 4 à partir de la zone de focalisation virtuelle Fv. La zone de focalisation virtuelle Fv est donc située en amont de la zone d’écoute Z. La zone de focalisation virtuelle Fv est par exemple située de long de l’axe principal A1 à moins de 40 cm, par exemple à 30 cm, de l’enceinte 1 à l’opposé de la zone d’écoute Z.

Pour ce faire, l’unité de commande 5 est programmée pour fournir le signal de sortie à chaque transducteur 3 après un délai déterminé de sorte que plus le transducteur 3 est éloigné du centre 22 de la face principale 21 de l’enceinte 1, plus le délai est grand, i.e. long. En d’autres termes, plus le transducteur 3 est proche de la périphérie 23 de la face principale 21, plus le délai qui lui est attribué par l’unité de commande 5 est grand.

Ainsi, par exemple, les transducteurs 3 appartenant à l’anneau 31 le plus proche du centre 22 peuvent recevoir le signal de sortie après un délai nul, c’est-à-dire au temps de référence, et les autres anneaux 31 après un délai proportionnel à leur distance avec le centre 22 selon une direction radiale A2 perpendiculaire à l’axe principal A1 et passant par le centre 22. A titre d’exemple, l’anneau 31 le plus proche du centre 22 peut recevoir le signal de sortie au temps de référence, le deuxième anneau 31 le plus proche du centre 22 peut recevoir le signal de sortie après un délai de 10^-6secondes par rapport au temps de référence, le troisième anneau 31 le plus proche du centre 22 peut recevoir le signal de sortie après un délai de 2x10^-6secondes par rapport au temps de référence, et ainsi de suite.

Ici, le délaiΔ tappliqué à un des transducteurs 3 est calculé par l’unité de commande 5 selon une première loi de retard :
dans laquelleDfest la distance entre la zone de focalisation virtuelleFvet le centre 22 de l’enceinte 1,Dtest la distance entre le transducteur 3 et le centre 22 de l’enceinte 1 etcla vitesse de propagation du son dans l’air (environ 340 m/s).

D’après la première loi de retard, tous les transducteurs 3 d’un même anneau 31 reçoivent bien le signal de sortie après un même délai puisqu’ils sont situés à une même distance du centre 22 de l’enceinte 1.

En variante, notamment lorsque les motifs concentriques ne sont pas circulaires, par exemple lorsqu’ils sont hexagonaux, les délais appliqués aux transducteurs des différents motifs peuvent être proportionnels à des indices (par exemple un à six pour six motifs) représentant ces motifs, les indices étant incrémentés depuis le motif le plus proche du centre. Ainsi, à titre d’exemple, le motif le plus proche du centre (d’indice un) peut recevoir le signal de sortie après un délai de référence et le deuxième motif le plus proche du centre (d’indice deux) peut recevoir le signal de sortie après un délai égal à deux fois le délai de référence, et ainsi de suite.

Comme le montre la , dans ce premier mode de fonctionnement, l’enceinte 1 présente alors virtuellement une forme convexe. En d’autres termes, l’enceinte 1 comprend une face d’émission virtuelle 24 convexe. La face d’émission virtuelle 24 correspond à une surface d’égale phase pour le faisceau ultrasonore 4. Les fronts d’onde 41 produits par l’enceinte 1 sont donc eux-aussi convexes, et cela dès leur émission. Ici, la face d’émission virtuelle 24 s’étend par exemple selon une surface sphérique.

Ici, l’unité de commande 5 peut déterminer la divergence, et donc la largeur, du faisceau ultrasonore 4 en déterminant la forme de la face d’émission virtuelle 24. En effet, plus la face d’émission virtuelle 24 est convexe, plus le faisceau ultrasonore 4 est divergent. Inversement, plus la face d’émission virtuelle 24 est plane, moins le faisceau ultrasonore 4 est divergent.

Electroniquement, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être augmentée par l’unité de commande 5 en allongeant les délais appliqués aux transducteurs 3 périphériques, ce qui rapproche la zone de focalisation virtuelle Fv de l’enceinte 1. Par exemple, passer de délais proportionnels à la distance des transducteurs 3 avec le centre 22 à des délais proportionnels à deux fois la distance des transducteurs 3 avec le centre 22 permet d’augmenter la divergence du faisceau ultrasonore 4. Encore en exemple, lorsque les délais appliqués sont déterminés par la première loi de retard, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être augmentée en les déterminant selon une deuxième loi de retard :

Inversement, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être réduite par l’unité de commande 5 en raccourcissant les délais appliqués aux transducteurs 3 périphériques, ce qui éloigne la zone de focalisation virtuelle Fv de l’enceinte 1. Par exemple, passer de délais proportionnels à la distance des transducteurs 3 avec le centre 22 à des délais proportionnels à la moitié de la distance des transducteurs 3 avec le centre 22 permet de diminuer la divergence du faisceau ultrasonore 4. Encore en exemple, lorsque les délais appliqués sont déterminés par la première loi de retard, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être réduite en les déterminant selon une troisième loi de retard :

Dans un deuxième mode de fonctionnement représenté en , le faisceau ultrasonore 4 est d’abord convergent lors de son émission puis devient divergent avant de se propager dans la zone d’écoute Z. Il est alors divergent dans toute la zone d’écoute Z. En d’autres termes, le faisceau ultrasonore 4 est focalisé vers une zone de focalisation réelle Fr située entre l’enceinte 1 et la zone d’écoute Z. La zone de focalisation réelle Fr est par exemple située de long de l’axe principal A1 à moins de 40 cm, par exemple à 30 cm, de l’enceinte 1 en direction de la zone d’écoute Z.

Pour ce faire, l’unité de commande 5 est programmée pour fournir le signal de sortie à chaque transducteur 3 après un délai déterminé de sorte que plus le transducteur 3 est proche du centre 22 de la face principale 21 de l’enceinte 1, plus le délai est grand, i.e. long. En d’autres termes, plus le transducteur 3 est proche du centre 22 de la face principale 21, plus le délai qui lui est attribué par l’unité de commande 5 est grand.

Ainsi, par exemple, les transducteurs 3 appartenant à l’anneau 31 le plus proche de la périphérie 23 de la face principale 21, i.e. les transducteurs 3 les plus éloignés du centre 22, peuvent recevoir le signal de sortie après un délai nul, c’est-à-dire au temps de référence, et les autres anneaux 31 après un délai proportionnel à leur distance avec la périphérie 23 selon la direction radiale A2. A titre d’exemple, l’anneau 31 le plus proche de la périphérie 23 peut recevoir le signal de sortie au temps de référence, le deuxième anneau 31 le plus proche de la périphérie 23 peut recevoir le signal de sortie après un délai de 10^-6secondes par rapport au temps de référence, le troisième anneau 31 le proche de la périphérie 23 peut recevoir le signal de sortie après un délai de 2x10^-6secondes par rapport au temps de référence, et ainsi de suite.

Il est aussi possible de considérer que le signal de sortie est fourni avec une avance par rapport au temps de référence, c’est-à-dire avant le temps de référence, aux transducteurs 3 périphériques. Cela signifie que plus le transducteur 3 est éloigné du centre 22 de la face principale 21 de l’enceinte 1, plus l’avance est grande.

Ici, l’avanceΔ a(représentée numériquement pas une durée négative) appliquée à un des transducteurs 3 est calculée par l’unité de commande 5 selon une quatrième loi de retard :
dans laquelleDfest la distance entre la zone de focalisation virtuelle Fv et le centre 22 de l’enceinte 1,Dtest la distance entre le transducteur 3 et le centre 22 de l’enceinte 1 etcla vitesse de propagation du son dans l’air (environs 340 m/s).

D’après la quatrième loi de retard, tous les transducteurs 3 d’un même anneau 31 reçoivent bien le signal de sortie avec une même avance puisqu’ils sont situés à une même distance du centre 22 de l’enceinte 1.

En variante, notamment lorsque les motifs concentriques ne sont pas circulaires, par exemple lorsqu’ils sont hexagonaux, les délais appliqués aux transducteurs des différents motifs peuvent être proportionnels à des indices (par exemple un à six pour six motifs) représentant ces motifs, les indices étant incrémentés depuis le motif le plus proche de la périphérie. Ainsi, à titre d’exemple, le motif le plus proche de la périphérie (d’indice un) peut recevoir le signal de sortie après un délai de référence et le deuxième motif le plus proche de la périphérie (d’indice deux) peut recevoir le signal de sortie après un délai égal à deux fois le délai de référence, et ainsi de suite.

Comme le montre la , dans ce deuxième mode de réalisation, l’enceinte 1 présente alors virtuellement une forme concave. En d’autres termes, la face d’émission virtuelle 24 de l’enceinte 1 est concave. Les fronts d’onde 41 produits par l’enceinte 1 sont donc concaves à leur émission et cela jusqu’à la zone de focalisation réelle Fr. Ensuite, en se propageant, les fronts d’onde 41 deviennent divergents à partir la zone de focalisation réelle Fr, c’est-à-dire qu’ils deviennent convexes. En d’autres termes, le faisceau ultrasonore 4 est convergent jusqu’à la zone de focalisation réelle Fr et divergent au-delà de la zone de focalisation réelle Fr.

Ici, l’unité de commande 5 peut déterminer la divergence, et donc la largeur, du faisceau ultrasonore 4 en déterminant la forme de la face d’émission virtuelle 24. En effet, plus la face d’émission virtuelle 24 est concave, plus la zone de focalisation réelle Fr est proche de l’enceinte 1 et plus le faisceau ultrasonore 4 est divergent lorsqu’il parvient à la zone d’écoute Z. Inversement, plus la face d’émission virtuelle 24 est plane, plus la zone de focalisation réelle Fr est éloignée de l’enceinte 1 et moins le faisceau ultrasonore 4 est divergent lorsqu’il parvient à la zone d’écoute Z.

De manière symétrique au premier mode de fonctionnement, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être augmentée électroniquement par l’unité de commande 5 en allongeant les délais appliqués aux transducteurs 3 proches du centre 22, ce qui revient à rapprocher la zone de focalisation réelle Fr de l’enceinte 1. Inversement, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut être réduite par l’unité de commande 5 en raccourcissant les délais appliqués aux transducteurs 3 proches du centre 22, ce qui revient à éloigner la zone de focalisation réelle Fr de l’enceinte 1.

L’enceinte 1 est ici mise en œuvre dans une installation acoustique 10 telle que représentée sur la . De préférence, l’installation acoustique 10 est prévue pour être installée dans une salle, par exemple une salle de musée.

Comme le montre la , l’enceinte 1 de l’installation acoustique 10 est par exemple située au-dessus de la zone d’écoute Z de façon à surplomber cette dernière. Pour cela, l’enceinte 1 comprend ici des moyens de fixation, par exemple au plafond, ou de suspension. Telle que représentée sur la , l’enceinte 1, et plus spécifiquement sa face principale 21, est orientée horizontalement vers le sol.

La face principale 21 de l’enceinte 1 est par exemple située à une distance H2 du sol comprise entre 2,0 m et 3,0 m. Sur l’exemple illustré en , la face principale 21 de l’enceinte 1 est située à une distance H2 du sol égale à 2,6 m.

La zone d’écoute Z est par exemple située à une distance H1 du sol comprise entre 1,0 m et 2,2 m. Sur l’exemple illustré en , la zone d’écoute Z est centrée autour d’une distance H1 du sol égale à 1,6 m (le sol étant situé à la référence H0). La zone d’écoute Z est alors située à une distance de 1,0 m de l’enceinte 1. Ainsi, la zone d’écoute Z est ici adaptée pour l’auditeur A lorsque celui-ci se tient debout.

La zone d’écoute Z peut aussi être déterminée en fonction d’une localisation remarquable dans la pièce, par exemple devant une œuvre dans une salle de musée, de manière à former une colonne de sonorisation correspondant aux dimensions latérales d’un individu. Il est alors possible de transmettre des informations relatives à cette localisation remarquable (par exemple au sujet de l’œuvre) uniquement à l’auditeur A se trouvant au niveau de celle-ci.

Comme le montre la , modifier la divergence du faisceau ultrasonore 4 permet de modifier la divergence du faisceau audible 4a, 4b, 4c. La illustre schématiquement, dans différents modes de fonctionnement de l’enceinte 1, la variation possible de largeur du faisceau audible 4a, 4b, 4c. La illustre plus particulièrement, en coupe, le volume de l’espace dans lequel le faisceau audible 4a, 4b, 4c est supérieur à -6dB par rapport au niveau maximal du mode de fonctionnement respectif. La largeur du faisceau audible 4a, 4b, 4c peut être définie de la même manière que celle du faisceau ultrasonore 4. Sur la , le faisceau audible 4a, 4b, 4c présente une forme sensiblement conique.

Comme expliqué précédemment, la directivité et la divergence du faisceau audible 4a, 4b, 4c dérive de celle du faisceau ultrasonore 4. Plus le faisceau ultrasonore 4 diverge, plus le faisceau audible 4a, 4b, 4c diverge. Par conséquent, l’unité de commande 5 est donc configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores 3 de manière à produire un faisceau audible 4a, 4b, 4c divergent dans toute la zone d’écoute Z. L’unité de commande 5 est donc également configurée pour modifier la largeur du faisceau audible 4a, 4b, 4c.

Ainsi, sur l’exemple illustré en , le faisceau audible 4c est relativement étroit lorsqu’aucun délai n’est appliqué aux transducteurs 3. Dans ce cas, le faisceau ultrasonore 4 diverge en aval de sa distance caractéristique. Au niveau du sol, le faisceau audible 4c présente alors par exemple un premier rayon R1 compris entre 10 cm et 30 cm.

Comme le montre la , le faisceau audible 4b est plus large lorsque la focalisation réelle Fr est mise en œuvre, ce qui correspond au deuxième mode de fonctionnement. La zone de focalisation réelle est ici située 30 cm en-dessous de l’enceinte 1. Au niveau du sol, le faisceau audible 4b présente alors par exemple un deuxième rayon R2 compris entre 50 cm et 70 cm.

Enfin, comme le montre la , le faisceau audible 4a est encore plus large lorsque la zone de focalisation virtuelle Fv est mise en œuvre, ce qui correspond au premier mode de fonctionnement. La zone de focalisation virtuelle Fv est ici située 30 cm au-dessus de l’enceinte 1. Au niveau du sol, le faisceau audible 4a présente alors par exemple un troisième rayon R3 compris entre 90 cm et 110 cm.

Il est ainsi possible, en modifiant la largeur du faisceau ultrasonore 4, de modifier la largeur du faisceau audible 4a, 4b, 4c pour transmettre le son audible à deux auditeurs côte à côte.

Un procédé de mise en œuvre de l’enceinte 1 est illustré en . Comme le montre la , ce procédé comprend trois étapes. Ce procédé peut par exemple être utilisé dans le cadre de l’installation acoustique 10 représentée en .

Une première étape E1 du procédé comprend la détermination de la zone d’écoute Z. La zone d’écoute Z est ici présentative de la position, actuelle ou future, de l’auditeur A. Cette détermination est ici basée sur des conditions d’utilisation de l’enceinte 1. Les conditions d’utilisation comprennent par exemple :
- un positionnement de l’enceinte 1 dans son environnement tel que : sa fixation sur un mur ou au plafond, des caractéristiques acoustiques de la salle (réverbération) ou une présence d’une zone de confidentialité ;
- des caractéristiques physiques de l’auditeur A, par exemple de sa taille ou son orientation.

Ici, la première étape E1 comprend la détermination des dimensions spatiales de la zone d’écoute Z. La première étape E1 peut aussi comprendre la détermination de la position d’un centre de la zone d’écoute Z, par exemple lorsque cette dernière présente une taille prédéterminée. La première étape E1 est ici réalisée par un opérateur, par exemple au moyen de l’interface. En variante, la détermination de la zone d’écoute est réalisée lors de la conception ou de la fabrication de l’enceinte. La détermination de la zone d’écoute peut alors notamment dépendre des dimensions de l’enceinte et des bandes passantes des transducteurs.

Une fois la zone d’écoute Z déterminée, le procédé se poursuit par une deuxième étape E2 au cours de laquelle l’unité de commande 5 détermine la forme du faisceau ultrasonore 4. Le faisceau ultrasonore 4 est ainsi mis en forme pour être divergent dans toute la zone d’écoute Z.

La deuxième étape E2 peut comprendre une première sous-étape de détermination de la zone de focalisation, réelle ou virtuelle. La zone de focalisation est par exemple déterminée de manière à ce que le faisceau ultrasonore 4 présente une largeur prédéterminée lorsqu’il pénètre dans la zone d’écoute Z. La zone de focalisation peut aussi être déterminée de manière à être située à une distance prédéterminée de la zone d’écoute Z. La deuxième étape E2 peut ensuite comprendre une deuxième sous-étape de détermination des délais ou des avances, en fonction de la zone de focalisation, au moyen des lois de retard décrites précédemment.

Le procédé comprend ensuite une troisième étape E3 d’émission du faisceau ultrasonore 4. La troisième étape E3 comprend la fourniture du signal de sortie aux transducteurs 3 par l’unité de commande 5, cette dernière fournissant le signal de sortie à chaque transducteur 3 en appliquant le délai ou l’avance déterminé au cours de la deuxième étape E2. Une fois émis, le faisceau ultrasonore 4 se propage et se démodule dans l’air de façon à générer le son audible.

Dans le cadre du premier mode de réalisation décrit ci-dessus, la divergence du faisceau ultrasonore 4 est obtenue uniquement au moyen du pilotage des transducteurs 3 par l’unité de commande 5. Il peut toutefois en être autrement. Ainsi, dans deux autres modes de réalisation représentés en figures 6 et 7, la divergence du faisceau ultrasonore ne résulte pas, ou pas uniquement, du pilotage des transducteurs 3. Sur les figures 6 et 7, les mêmes références numériques sont utilisées pour les éléments communs aux différents modes de réalisation.

Dans un deuxième mode de réalisation de l’invention représenté en , la divergence du faisceau ultrasonore 4 est obtenue en répartissant les transducteurs 3 selon une surface convexe, telle que représentée sur la , ou concave. En d’autres termes, la face principale 21 peut être convexe ou concave.

Les transducteurs 3 sont ici répartis de part et d’autre d’un plan moyen 25. La deuxième étape de mise en forme du faisceau ultrasonore 4 comprend alors le positionnement des transducteurs 3 les uns par rapport aux autres. Les différents motifs sont alors par exemple situés à différentes distances du plan moyen 25. Le plan moyen 25 est par exemple une surface perpendiculaire à l’axe principal A1. Le plan moyen 25 peut être défini comme un plan ajusté sur la position des transducteurs 3 par une régression du premier ordre ou un plan comprenant tous les transducteurs 3 d’un même motif, par exemple le plus central.

Lorsque la face principale 21 est concave, le faisceau ultrasonore 4 est alors focalisé par conception, c’est-à-dire lorsqu’aucun délai n’est appliqué aux transducteurs 3, vers la zone de focalisation réelle Fr située entre l’enceinte 1 et la zone d’écoute Z. Lorsque la face principale 21 est convexe, le faisceau ultrasonore 4 est alors divergent dès son émission par conception, c’est-à-dire lorsqu’aucun délai n’est appliqué aux transducteurs 3, à partir de la zone de focalisation virtuelle Fv située à l’opposé de la zone d’écoute Z.

Dans un troisième mode de réalisation de l’invention représenté en , la divergence du faisceau ultrasonore 4 est obtenue par des moyens de retard 7 agencés devant les transducteurs 3 de manière à retarder les ondes ultrasonores qu’ils produisent, c’est-à-dire la propagation des ondes ultrasonores. Cela revient à appliquer des délais aux transducteurs 3 de manière physique, par opposition aux délais électroniques appliqués par l’unité de commande 5. La deuxième étape de mise en forme du faisceau ultrasonore 4 comprend alors l’agencement des moyens de retard 7 devant les transducteurs 3. La face principale 21 peut donc être plane, comme dans le premier mode de réalisation.

L’enceinte 1 comprend par exemple un moyen de retard 7 par transducteur 3. Ainsi, pour faire diverger le faisceau ultrasonore à partir de la zone de focalisation virtuelle Fv, tel que représenté sur la , il est prévu que plus le transducteur 3 est éloigné du centre 22 de la face principale 21, plus son moyen de retard 7 associé retarde l’onde ultrasonore. Sur la , plus le moyen de retard 7 retarde l’onde, plus il est long. Inversement, pour faire converger le faisceau ultrasonore 4 vers la zone de focalisation réelle Fr, il est prévu que plus le transducteur 3 est proche du centre 22 de la face principale 21, plus son moyen de retard 7 associé retarde l’onde ultrasonore.

Les moyens de retard 7 sont par exemple des métamatériaux acoustiques comprenant des chambres d’expansion reliées par des canaux dont les sections de passage sont inférieures aux largeurs des chambres d’expansion. Chaque moyen de retard 7 peut aussi être un guide d’onde. Les guides d’onde sont alors assemblés pour former une lentille acoustique. Chaque guide d’onde présente un chemin de longueur spécifique pour appliquer un retard particulier à l’onde ultrasonore et ainsi modifier les fronts d’onde.

Dans tous les cas, les moyens de retard 7 peuvent être solidaires les uns des autres. Ils peuvent par exemple être montés sur une plaque prévue pour être fixée de manière réversible sur la face principale 21 de l’enceinte 1. Une pluralité de telles plaques peut être conçue pour conférer respectivement une pluralité de formes prédéterminées au faisceau ultrasonore 4. Il est ainsi aisé de modifier la divergence du faisceau ultrasonore 4 en changeant la plaque.

Dans le deuxième et le troisième mode de réalisation, la divergence du faisceau ultrasonore 4 peut, de manière complémentaire, résulter du pilotage des transducteurs 3 par l’unité de commande 5. Cela signifie que l’unité de commande 5 peut aussi appliquer des délais aux transducteurs 3 et le procédé décrit dans le cadre du premier mode de réalisation peut être mis en œuvre. En d’autres termes, il est possible de combiner plusieurs méthodes, par exemple le délai numérique et mécanique, par exemple dans l’objectif de simplifier l’unité de commande en réduisant le nombres de voies.

La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention, c’est-à-dire entrant dans le cadre des revendications annexées.

Claims

Enceinte directionnelle ultrasonore (1) comprenant des transducteurs ultrasonores (3) et une unité de commande (5) configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores (3) de manière à produire un faisceau ultrasonore (4) se propageant vers une zone d’écoute (Z) dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) génère un son audible,
caractérisée en ce que le faisceau ultrasonore (4) est divergent dans un sens de propagation du faisceau ultrasonore (4) et dans toute la zone d’écoute (Z).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon la revendication 1, dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) est focalisé en amont de la zone d’écoute (Z).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la zone d’écoute (Z) est située à une distance de l’enceinte directionnelle ultrasonore (1) comprise entre 75 cm et 2,0 m selon une direction de propagation du faisceau ultrasonore (4), et dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) est focalisé à une distance de l’enceinte directionnelle ultrasonore (1) inférieure à 40 cm de l’enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon la direction de propagation.
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle les transducteurs ultrasonores (3) sont répartis selon une surface concave ou convexe.
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un moyen de retard (7) agencé devant au moins un des transducteurs ultrasonores (3) de manière à retarder une onde ultrasonore produite par ledit transducteur ultrasonore (3).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle l’unité de commande (5) est configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores (3) de sorte qu’une divergence du faisceau ultrasonore (4) résulte notamment d’un pilotage des transducteurs ultrasonores (3) par l’unité de commande (5).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon la revendication 6, dans laquelle l’unité de commande (5) est adaptée à modifier la divergence du faisceau ultrasonore (4) dans la zone d’écoute (Z).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon la revendication 6 ou 7, présentant un centre (22), et dans laquelle l’unité de commande (5) est configurée pour fournir un signal de sortie aux transducteurs ultrasonores (3) à un temps de référence, chaque transducteur ultrasonore (3) recevant le signal de sortie après un délai par rapport au temps de référence, le délai étant déterminé de sorte que plus le transducteur ultrasonore (3) est éloigné du centre (22) de l’enceinte directionnelle ultrasonore (1) plus le délai est grand.
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) est focalisé à partir d’une zone de focalisation virtuelle (Fv) située à l’opposé de la zone d’écoute (Z) par rapport à l’enceinte directionnelle ultrasonore (1).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) est focalisé vers une zone de focalisation réelle (Fr) située entre l’enceinte directionnelle ultrasonore (1) et la zone d’écoute (Z).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle les transducteurs ultrasonores (3) sont répartis selon au moins deux motifs concentriques.
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 11, comprenant en outre un détecteur de présence adapté à déterminer la présence de l’auditeur entre la zone d’écoute (Z) et l’enceinte directionnelle ultrasonore (1).
Enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 12, comprenant en outre :
- un récepteur (6) adapté à capter un signal externe et à transmettre le signal externe à l’unité de commande (5), et
- une paroi métallique (8) interposée entre le récepteur (6) et les transducteurs ultrasonores (3).
Installation acoustique (10) comprenant une enceinte directionnelle ultrasonore (1) selon l’une des revendications 1 à 13 qui est fixée au-dessus de la zone d’écoute (Z), la zone d’écoute (Z) étant située à une distance du sol comprise entre 1,0 m et 2,2 m.
Procédé de mise en œuvre d’une enceinte directionnelle ultrasonore (1) comprenant des transducteurs ultrasonores (3) et une unité de commande (5) configurée pour piloter les transducteurs ultrasonores (3) de manière à produire un faisceau ultrasonore (4), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- détermination d’une zone d’écoute (Z) dans laquelle le faisceau ultrasonore (4) génère un son audible ;
- mise en forme du faisceau ultrasonore (4) de manière à ce que, en se propageant, le faisceau ultrasonore (4) diverge dans toute la zone d’écoute (Z).
Procédé selon la revendication 15, dans lequel l’étape de mise en forme du faisceau ultrasonore (4) comprend au moins l’une des étapes suivantes :
- positionnement des transducteurs ultrasonores (3) les uns par rapport aux autres ;
- agencement d’un moyen de retard adapté à retarder une onde ultrasonore devant au moins un des transducteurs ultrasonores (3) ;
- détermination de délais à appliquer à au moins un des transducteurs ultrasonores (3) avant la fourniture d’un signal de sortie.