WO2015159037A1 - Enceinte sonore unidirectionnelle - Google Patents

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WO2015159037A1
WO2015159037A1 PCT/FR2015/051068 FR2015051068W WO2015159037A1 WO 2015159037 A1 WO2015159037 A1 WO 2015159037A1 FR 2015051068 W FR2015051068 W FR 2015051068W WO 2015159037 A1 WO2015159037 A1 WO 2015159037A1
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WO
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signal
signal processor
module
modulated
group
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/051068
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English (en)
Inventor
Philippe Robin
Ilan KADDOUCH
Original Assignee
Akoustic Arts
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Publication date
Application filed by Akoustic Arts filed Critical Akoustic Arts
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to the field of unidirectional loudspeakers. It relates more particularly to directional loudspeakers, comprising means for emitting a sound beam created by the diffusion in the space of ultrasound whose diffusion in space is linear.
  • the control of the directivity of the radiation pattern of the sound sources is an important parameter, in particular to allow uses in which the cone of perception - that is to say the typically conical zone in which a listener perceives an acoustic signal whose level is attenuated by less than
  • such speakers find applications when a sound is to be broadcast to a single person or a small number of people, a limited area and / or remote speakers. This may include the broadcast of messages in a public place or a particular space, the dissemination of information, in a means of transport or at home for example, when a person must be able to hear a sound without the other people in the immediate vicinity do not perceive it.
  • a known technology for achieving these objectives is the use, in an acoustic chamber, of ultrasonic sources, diffusing linearly, a modulated signal resulting from the modulation of a sound signal by an ultrasound carrier, said modulated signal being audible again by a human being when crossing a non-linear medium - here, the air of the cone of perception.
  • the medium behaves like a demodulator of the modulated signal. Since the diffusion in the ultrasound space is substantially linear, the directivity of such an enclosure is particularly high, and typically makes it possible to obtain a perception cone whose angle is substantially 30 °.
  • US Pat. No. 6,778,672 discloses the use of such an enclosure in a vehicle entertainment system.
  • the known loudspeakers implementing these principles employ a matrix of piezoelectric transducers, which, from an electrical input signal, produce ultrasound, diffused in a manner linear in the air.
  • the electrical input signal is obtained by modulating in frequency or amplitude a sound signal using a signal processor, generally designated by the acronym "DSP” for "Digital Signal Processor”, by amplifying the modulated signal using an external power amplifier, and routing modulated amplified signal to the set of piezoelectric transducers.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the intensity of the current in the card implementing the signal processor and the matrix of piezoelectric transducers reaches 2 amperes.
  • the thermal energy thus produced is important and must therefore be dissipated.
  • the external amplifier supplying the piezoelectric transducers must be equipped with heat dissipating devices, such as fans, thus increasing the volume occupied and the weight of this equipment.
  • the amplifier can not be directly integrated with other components, it is necessary to provide a separate external module, which makes the integration of the system more complex and proves impractical.
  • a directional acoustic enclosure comprising an array of ultrasonic sources for transmitting a modulated and amplified signal, in particular using integrated amplification means of reduced size and weight ensuring a satisfactory dissipation of the signal. thermal energy generated by the ultrasonic sources.
  • One of the objects of the invention is to provide a directional acoustic enclosure comprising integrated amplification means for supplying ultrasonic sources. Another object of the invention is to provide amplification means for a directional acoustic enclosure of reduced size and / or weight. Another object of the invention is to provide amplification means for a directional acoustic enclosure ensuring a homogeneous thermal distribution and a satisfactory dissipation of the thermal energy generated by the ultrasonic sources. Another object of the invention is to provide amplification means for a directional acoustic enclosure that does not require active heat dissipation means. Another object of the invention is to provide a directional acoustic enclosure whose amplification means are not external. One or more of these objects are filled by the device according to the independent claim. The dependent claims further provide solutions to these objects and / or other advantages.
  • the invention relates to an acoustic enclosure adapted to convert an input electrical signal representing sound information into acoustic signals.
  • the enclosure includes:
  • a signal processor adapted to generate, on an output, from the electrical input signal, an electrical signal modulated with a carrier of a frequency substantially greater than 20 kHz;
  • a source capable of producing ultrasonic signals from the modulated electrical signal and of broadcasting said ultrasonic signals through a medium.
  • the carrier is chosen so that the acoustic signals are at least partially produced during the passage of the medium by the ultrasonic signals.
  • the source comprises groups of at least two piezoelectric transducers. Each group comprises a buffer device coupled between said at least two piezoelectric transducers of the group and the signal processor.
  • the buffer device of each group is adapted to allow the transmission of the modulated electrical signal to said at least two piezoelectric transducers of the group and to maintain the voltage observed across said at least two piezoelectric transducers of the group substantially equal to the voltage observed at the output of the signal processor.
  • Acoustic signals are particularly audible signals by a human whose spectrum typically ranges between 20 Hz and 20 kHz.
  • Piezoelectric transducers especially when they are excited by an amplitude modulated signal, emit a significant thermal energy, which must be dissipated.
  • the enclosure according to the invention does not require the use of an external amplifier, equipped with active cooling means, to power the transducers.
  • analog type buffer devices and advantageously buffer devices comprising means of amplification of operating class A or AB, supplying at least two, and for example five, piezoelectric transducers. electric, it is possible to have an electronic card comprising the transducers connected to the analog buffer devices. This configuration makes it possible to dispense with the presence of a bulky external amplifier, while ensuring a satisfactory dissipation of the thermal energy generated by the transducers.
  • the buffer device of each group comprises, for example, amplification means of operating class A and / or A-B.
  • the buffer device of each group may comprise at least one operational amplifier mounted as a voltage follower, in linear mode and having a unit voltage gain.
  • the buffer device in each group includes two bridge-mounted operational amplifiers.
  • the use of a bridge arrangement makes it possible to significantly increase the effective voltage across the piezoelectric transducers, and thus to have more power.
  • the carrier used by the signal processor to generate the modulated electrical signal may be an amplitude modulated carrier, a frequency modulated carrier, or a pulse width modulated carrier.
  • the carrier used by the signal processor for the modulated electrical signal typically has a frequency of at least 40 kHz.
  • the signal processor comprises an amplification stage configured to adapt the voltage of the modulated signal to a second nominal level, upstream of the buffer devices.
  • an amplifier may be arranged downstream of the signal processor, and configured to adapt the voltage of the input electrical signal to a first nominal level. It is thus possible to upgrade electrical input, for example a signal from the headphone output of a stereo walkman, amplifying it in voltage to adapt to the nominal input level of the signal processor. This upgrade provides an optimal signal-to-noise ratio at the signal processor.
  • the acoustic signals are for example produced in a substantially conical zone whose apex is situated in the center of the source and in which a listener perceives an acoustic signal whose level is attenuated by less than 50% with respect to a maximum level of the acoustic signal. and whose angle is less than 50 °, for example 30 °.
  • the enclosure further comprises an interface module, adapted to be coupled to a transmitter module, via a coupling element.
  • the interface module includes means for receiving and converting the input electrical signal into a digital signal.
  • the transmitter module comprises the signal processor and said source able to produce ultrasonic signals from the digital signal and to broadcast said ultrasonic signals through a medium.
  • the interface module and the transmitter module are arranged on separate mechanical supports able to be disconnected.
  • the interface module may in particular comprise an interconnection module adapted to allow the mechanical, physical, electrical and logical coupling required to receive the electrical signal from an external audio source.
  • the interconnection module may comprise a physical connector of "Jack" type for receiving a symmetrical or asymmetric signal at a line level as well as electronic means for adapting the input impedance to a desirable level.
  • the interconnection module may also include one or more physical connectors of another type, for example RCA or optical.
  • the interconnection module may also include one or more digital interfaces, for example a USB or serial compatible interface.
  • the module interconnection can also include one or more communications interfaces, for example a WiFi network access module, Bluetooth (r), Ethernet or radio communication such as GSM or 3G network.
  • the coupling element may be configured to allow the mechanical coupling of the interface module to the transmitter module, and to allow the transmission to the calculation module of the digitized output signal of the digital analog conversion stage and the currents electrical outputs of the power supply module.
  • the coupling element may further be configured to chain a plurality of transmitter modules, thereby distributing the sound emissions to a plurality of transmitter modules from a single input signal.
  • the transmitter module typically comprises the signal processor - the digital computation module, the digital analog conversion stage, and the amplification stage - as well as the buffer devices and the piezoelectric transducer groups. The transmitter module and its configuration therefore do not depend on the type of the signal.
  • the interface module may also include the amplifier, and the digital analog conversion stage so as to digitize the signal leveled by the amplifier.
  • the interface module may include a power supply module adapted to receive and / or supply the electrical energy necessary for the power supply of the interface module and the transmitter module, and / or the coupling element.
  • the power supply module may thus comprise a coupling means, for example an electrical outlet, to be coupled to an electrical network and / or a battery system.
  • the power module may also include an electrical source, for example an accumulator, a battery system or photovoltaic elements.
  • the power supply module can also comprise means (for example a transformer, or a rectifier) for adapting the electrical characteristics of the received electric current to the needs and characteristics of the interface modules, the transmitter module and / or the element. coupling.
  • the power module can be configured to deliver a plurality of electric currents having different characteristics.
  • the mechanical supports of the interface module, the transmitter module and the coupling element are configured so as to form, once secured, a set of substantially rectangular shape.
  • the mechanical support of the interface module may in particular be of substantially triangular shape, for example taking the form of a rectangle triangle.
  • the mechanical supports of the interface module and the transmitter module are for example printed circuits.
  • the coupling element may be configured such that the interface module and the transmitter module are spaced at least 3 millimeters apart.
  • the form of the transmitter module support is for example an equivalent pentagon obtained by removing from a rectangular surface the triangular surface corresponding to the mechanical supports of the interface module.
  • the dimensions of the interface module can be chosen so that the hypotenuse of the right triangle is less than or equal to the side of the transmitter module.
  • FIG. 1 is a block diagram of a unidirectional loudspeaker, according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram representing the cone of perception of the unidirectional loudspeaker
  • FIG. 3 is a block diagram of a group comprising 5 piezoelectric transducers and a bridge structure type buffer according to one embodiment
  • FIG. 4 is a diagram of a matrix formed by piezoelectric transducers, according to one embodiment
  • FIG. 5 is a block diagram of a unidirectional loudspeaker, according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a diagram, according to a first embodiment, of mechanical supports on which the interface module, the transmitter module and the coupling element can be arranged;
  • FIG. 7 is a diagram, according to a second embodiment, of mechanical supports on which the interface module, the transmitter module and the coupling element can be arranged;
  • FIGS. 8a and 8b are a diagram in plan view and a diagram in bottom view, according to a third embodiment, mechanical supports on which the module interface, the transmitter module and the coupling element can be arranged.
  • FIG. 1 illustrates in a block diagram a unidirectional acoustic enclosure 10, according to one embodiment of the invention.
  • the enclosure 10 is particularly adapted to convert an electric GIS signal representing sound information, received as input, acoustic AC signals audible by a human whose spectrum typically ranges between 20 Hz and 20 kHz.
  • the enclosure 10 is furthermore unidirectional.
  • unidirectional means an enclosure whose acoustic signals are produced in a cone of perception whose angle ⁇ is less than 50 ° and whose axis AA passes through the center of the sound source of said pregnant.
  • a cone of perception of an acoustic signal is a zone, typically conical, the apex of which is located in the center of the sound source of the chamber, in which a listener perceives an acoustic signal whose level is attenuated by less than 50%. in relation to the maximum level of the acoustic signal.
  • the enclosure 10 may in particular use an ultrasound source.
  • the ultrasonic source of the chamber 10 is adapted to linearly diffuse, along the axis AA, a modulated signal MOD resulting from the modulation of the signal GIS by an ultrasound carrier P.
  • the modulated signal MOD passes through the medium, the latter acts as a demodulator on the modulated signal MOD: the acoustic signal AC audible by a human being is then produced.
  • the directivity of the chamber is particularly high, and typically makes it possible to obtain a perception cone whose angle a is substantially equal to 30 °. More particularly, a model describing the demodulation of modulated signal MOD by the medium can be described by the following mathematical expression:
  • the ultrasound carrier P described by the envelope function E (x, t), may be a frequency modulation type carrier, pulse width modulation - more commonly known by the acronym “PWM” for “Pulse Width Modulation ", or amplitude modulation.
  • the unidirectional acoustic enclosure 10 comprises an input for receiving the SIG electrical signal, an amplifier 12, a signal processor 14, buffer devices 24 and piezoelectric transducers 26.
  • the SIG electrical signal represents sound information in the form of an electrical signal. It can in particular be delivered by an audio source, for example on the headphone output of a digital audio player, on the line output or on RCA connectors of a CD-ROM reader.
  • the amplifier 12 is configured to adapt the voltage of the signal GIS to a nominal level N1. More particularly, the nominal level N1 is equal to the nominal input voltage level of the signal processor 14. Typically, the nominal level N1 is of the order of 2V peak-to-peak. This upgrade of the signal GIS makes it possible to obtain an optimal signal / noise ratio at the level of the signal processor 14.
  • the signal processor 14 is adapted to generate, from the SIG signal leveled by the amplifier 12, the modulated signal MOD by the carrier P.
  • the signal processor 14 is suitable for the processing of digital audio data.
  • a digital processing processor generally designated by the acronym "DSP” for "Digital Signal Processor” can be used.
  • the signal processor 14 includes a digital analog conversion stage 16 so that digitizing the GIS signal upgraded by the amplifier 12.
  • the signal processor 14 further comprises a digital computing module 18.
  • the calculation module 18 may comprise "multiplication-accumulation" type calculation units capable of processing 16 data coded on 16 bits per clock cycle, and delivering a calculation speed of 100 Mips.
  • the calculation module 18 is configured to implement a program for modulating the digitized GIS signal using the ultrasound carrier E (x, t).
  • the computing module 18 may be configured to digitally synthesize the amplitude modulated ultrasound carrier at a frequency of 40 kHz, and modulate the digitized GIS signal with said ultrasound carrier.
  • the signal processor 14 includes a digital to analog conversion stage 20 so as to transpose the digital modulated signal into the analog domain.
  • the signal processor 14 comprises an amplification stage 22 configured to adapt the voltage of the modulated signal to a nominal level N2. More particularly, the nominal level N2 is chosen according to the electrical characteristics of the buffer devices 24. Typically, the nominal level N2 is of the order of 24V peak-to-peak.
  • the signal processor 14 outputs a modulated signal MOD in the analog domain.
  • the sound source of the enclosure 10 comprises a matrix formed by the piezoelectric transducers 26, as shown in FIG. 4.
  • the piezoelectric transducers 26 make it possible to convert an electrical signal input into ultrasonic acoustic waves.
  • 200 piezoelectric transducers 26 are used.
  • the piezoelectric transducers 26 of the matrix are divided into groups, each group comprising a number n of piezoelectric transducers and a buffer device 24. Such a group, comprising 5 piezoelectric transducers 26 and a buffer 24 of the bridge structure type is illustrated in the example of FIG. 3.
  • the number n of piezoelectric transducers 26 is in particular determined by the electrical characteristics of the buffer devices and piezoelectric transducers 26, in particular the capacity supported by each buffer device 24.
  • the piezoelectric transducers 26 are coupled to the buffer device in parallel.
  • the buffer device 24 is coupled to the signal processor 14 so as to receive the modulated signal MOD in the analog domain.
  • the buffer device 24 is a buffer device acting in voltage on the modulated signal MOD without however substantially modify it, and in particular to adapt the impedance between the output of the signal processor 14 and the piezoelectric transducers 26.
  • the buffer device 24 may comprise at least one operational amplifier mounted as a follower, having a gain in unit voltage and high current gain.
  • the voltage observed at the output of each buffer device 24 is substantially equal to the voltage observed at the input, at the output of the signal processor 14.
  • the impedance observed at the output of each buffer device 24 is much lower than the impedance in Entrance.
  • the buffer device 24 comprises amplification means of operating class A or AB, configured to operate in linear mode.
  • the components of the buffer device 24, and in particular the operational amplifier make it possible in particular to deliver a large output current, and are adapted to support unlimited capacitive loads introduced by the piezoelectric transducers 26.
  • each buffer device 24 comprises two operational amplifiers mounted in a bridge, making it possible in particular to deliver a signal to the terminals of the piezoelectric transducers 26 of the group whose voltage is doubled with respect to the input signal voltage.
  • the two operational amplifiers mounted bridge mounting allow to deliver across the piezoelectric transducers 26 of the group a theoretical sinusoidal voltage of 48 V peak losses, or substantially between 10 and 16Veff.
  • An operational amplifier adapted for use in such a buffer device 24 is, for example, the LM7321 reference operational amplifier produced by Texas Instrument TM, said reference corresponding to amplifiers having in particular the characteristic of being extremely compact, typically less than 1 cm. 2 .
  • the enclosure 10 includes an interface module 102 coupled to an emitter module 106 via a coupling element 104.
  • the interface module 102 and the transmitter module 106 are arranged on separate mechanical supports, and can therefore be separated.
  • the interface module 102 comprises an interconnection module 1 12 adapted to allow the mechanical, physical, electrical and logical coupling necessary for receiving the SIG electrical signal from an external audio source.
  • the interconnection module 1 12 may comprise a physical connector of "Jack" type for receiving a symmetrical or asymmetric signal at a line level and the electronic means for adapting the input impedance to a level desirable.
  • the interconnection module 1 12 may also include one or more physical connectors of another type, for example RCA or optical.
  • the interconnection module 1 12 may also include one or more digital interfaces, for example a USB or serial compatible interface.
  • the interconnection module 1 12 may also comprise one or more communications interfaces, for example a data network access module of WiFi, Bluetooth (r), Ethernet or radiocommunication type such as GSM or 3G network.
  • the interface module 102 further comprises a power supply module 1 14 adapted to receive and / or supply the electrical energy required for the power supply of the interface module 102, the transmitter module 106 and the coupling element. 104.
  • the power supply module 1 14 can thus comprise a coupling means, for example an electrical outlet, to be coupled to an electrical network and / or a battery system.
  • the power module 1 14 may also include an electrical source, for example an accumulator, a battery system or photovoltaic elements.
  • the power supply module 1 14 may also comprise means (for example a transformer or a rectifier) for adapting the electrical characteristics of the electric current received to the needs and characteristics of the interface module 102, the transmitter module 106 and / or of the coupling element 104.
  • the power supply module 1 14 can be configured to deliver a plurality of electric currents having different characteristics.
  • the power supply module 1 14 is adapted to deliver a current whose voltage is 24V DC to supply the buffer devices 24, and a current whose voltage is 5V DC for supplying the calculation module 18.
  • the interface module 102 also comprises the amplifier 12 and the digital analog conversion stage 16 so as to digitize the signal GIS leveled by the amplifier 12.
  • the element coupling 104 is configured to allow the mechanical coupling of the interface module 102 to the transmitter module 106, and to allow the transmission to the calculation module 18 of the digitized GIS signal at the output of the digital analog conversion stage 16 as well as the Electrical currents at the output of the power supply module 1 14.
  • the coupling element 104 can also be configured to chain a plurality of transmitter modules 106, and thus distribute the sound emissions to several transmitter modules 106 from a single input GIS signal.
  • the transmitter module 106 comprises the signal processor 14 - the digital calculation module 18, the digital conversion stage 20, and the amplification stage 22 - as well as the buffer devices 24 and the piezoelectric transducer groups. 26.
  • the transmitter module 106 and its configuration therefore do not depend on the type of the GIS signal.
  • FIG. 6 illustrates, in a diagram, according to a first embodiment, the mechanical supports on which the interface module 102, the transmitter module 106 and the coupling element 104 may be arranged.
  • the mechanical support of the interface module 102 is of substantially triangular shape, for example taking the form of a right triangle.
  • the mechanical supports of the interface module 102 and the transmitter module 106 are, for example, printed circuits.
  • the arrangement and shape of the mechanical supports, on which the interface module 102, the transmitter module 106 and the coupling element 104 are arranged, are chosen so that the assembly once assembled has a substantially rectangular shape.
  • the coupling element 104 may be configured such that the interface module 102 and the transmitter module 106 are spaced at least 3 millimeters apart.
  • the transmitter module is said to be of large format and typically comprises 195 piezoelectric transducers 26.
  • the form of the support of the transmitter module 106 is for example an equivalent pentagon obtained by removing from a rectangular surface the corresponding triangular surface.
  • the mechanical supports of the interface module 102 The dimensions of the support of the transmitter module 106 are typically 16 cm wide by 21 cm in length.
  • the piezoelectric transducers 26 are arranged in hexagon.
  • FIG. 7 illustrates, in a diagram, according to a second embodiment, the mechanical supports on which the interface module 102, the transmitter module 106 and the coupling element 104 can be arranged.
  • the mechanical support of the interface module 102 may have a shape substantially equivalent to that described in the first embodiment illustrated in FIG. 6.
  • the mechanical support of the interface module 102 is of substantially triangular, for example taking the form of a right triangle.
  • the dimensions of the interface module 102 are typically chosen so that the hypotenuse of the right triangle is less than or equal to the side of the transmitter module 106.
  • the mechanical supports of the interface module 102 and the transmitter module 106 are for example circuits printed.
  • the coupling element 104 may be configured so that the interface module 102 and the transmitter module 106 are spaced at least 3 millimeters apart.
  • the transmitter module is said to be small in size and typically comprises 40 piezoelectric transducers 26.
  • the form of the support of the transmitter module 106 is for example square or rectangular.
  • the dimensions of the support of the transmitter module 106 are typically 8 cm wide and 9 cm long.
  • the piezoelectric transducers 26 are arranged in hexagon.
  • FIG. 8a and 8b illustrate a third embodiment of the mechanical supports on which the interface module 102, the transmitter module 106 and the coupling element 104 can be arranged.
  • FIG. 8a is a diagram in plan view: the piezoelectric transducers 26 (not shown in FIG. 8a) are arranged in hexagon on the visible side of the emitter module 106 in FIG. 8a.
  • Figure 8b is a schematic view from below.
  • the coupling element 104 is disposed between the interface module 102 and the transmitter module 106 so that the interface module 102 and the transmitter module 106 are spaced at least 3 millimeters apart.
  • the mechanical support of the interface module 102 may have a substantially hexagonal shape.
  • the mechanical supports of the interface module 102 and the transmitter module 106 are, for example, printed circuits

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Abstract

La présente invention concerne une enceinte acoustique adaptée à convertir un signal électrique d'entrée en signaux acoustiques. L'enceinte comporte un processeur de signal adapté pour générer, à partir du signal électrique d'entrée, un signal électrique modulé à l'aide d'une porteuse ultrasonore. L'enceinte comporte une source apte à produire des signaux ultrasonores à partir du signal électrique modulé et à diffuser lesdits signaux ultrasonores au travers d'un médium.La porteuse est choisie de sorte que les signaux acoustiques sont au moins partiellement produits au cours de la traversée du médium par les signaux ultrasonores. La source comprend des groupes d'au moins deux transducteurs piézo-électriques. Chaque groupe comprend un dispositif tampon couplé entre lesdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et le processeur de signal. Le dispositif tampon de chaque groupe est adapté à permettre la transmission du signal électrique modulé auxdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et à maintenir la tension observée aux bornes desdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe sensiblement égale à la tension observée à la sortie du processeur de signal.

Description

Enceinte sonore unidirectionnelle
Introduction
La présente invention se rapporte au domaine des enceintes sonores unidirectionnelles. Elle concerne plus particulièrement les enceintes acoustiques directionnelles, comprenant des moyens d'émission d'un faisceau sonore créé par la diffusion dans l'espace d'ultrasons dont la diffusion dans l'espace est linéaire. Art antérieur
Dans le domaine des enceintes acoustiques, la maîtrise de la directivité du diagramme de rayonnement des sources sonores est un paramètre important, notamment pour permettre des usages dans lesquels le cône de perception - c'est-à-dire la zone typiquement conique dans laquelle un auditeur perçoit un signal acoustique dont le niveau est atténué de moins de
50% par rapport au niveau maximal - doit avoir un angle inférieur à 50°. En particulier, de telles enceintes trouvent des applications lorsqu'un son doit être diffusé à destination d'une seule personne ou d'un nombre réduit de personnes, sur une zone limitée et/ou à distance des enceintes. Il peut s'agir notamment de la diffusion de messages dans un lieu public ou un espace particulier, de la diffusion d'informations, dans un moyen de transport ou à domicile par exemple, lorsqu'une personne doit pouvoir entendre un son sans que les autres personnes à proximité immédiate ne le perçoivent.
Une technologie connue pour atteindre ces objectifs est l'utilisation, dans une enceinte acoustique, de sources ultrasons, diffusant de manière linéaire, un signal modulé résultant de la modulation d'un signal sonore par une porteuse ultrason, ledit signal modulé étant à nouveau audible par un être humain lors de sa traversée d'un médium non linéaire - ici, l'air du cône de perception. En effet, le médium se comporte alors comme un démodulateur du signal modulé. La diffusion dans l'espace d'ultrasons étant sensiblement linéaire, la directivité d'une telle enceinte s'avère particulièrement élevée, et permet typiquement d'obtenir un cône de perception dont l'angle est sensiblement de 30°. Le document de brevet US 6 778 672 décrit par exemple l'utilisation d'une telle enceinte dans un système de divertissement pour véhicule.
Les enceintes acoustiques connues mettant en oeuvre ces principes emploient une matrice de transducteurs piézo-électriques, qui, à partir d'un signal électrique d'entrée, produisent des ultrasons, diffusés de manière linéaire dans l'air. Le signal électrique d'entrée est obtenu en modulant en fréquence ou en amplitude un signal sonore à l'aide d'un processeur de signal, généralement désigné par l'acronyme anglo-saxon "DSP" pour "Digital Signal Processor", en amplifiant le signal modulé à l'aide d'un amplificateur de puissance externe, et en routant signal modulé amplifié vers l'ensemble des transducteurs piézo-électriques. Typiquement, l'intensité du courant dans la carte mettant en oeuvre le processeur de signal et la matrice de transducteurs piézo-électriques atteint 2 ampères.
Or, l'énergie thermique ainsi produite, en particulier au niveau des transducteurs piézo-électriques excités par le signal modulé amplifié, est importante et doit donc être dissipée. En outre, l'amplificateur externe alimentant les transducteurs piézo-électriques doit être équipé de dispositifs de dissipation thermique, tels que des ventilateurs, augmentant ainsi le volume occupé et le poids de cet équipement. De plus, l'amplificateur ne pouvant être directement intégré aux autres composants, il est nécessaire de proposer un module séparé externe, ce qui complexifie l'intégration du système et s'avère peu pratique.
C'est pourquoi il existe un besoin pour une enceinte acoustique directionnelle, comprenant une matrice de sources ultrasons pour émettre un signal modulé et amplifié, à l'aide notamment de moyens d'amplifications intégré de taille et poids réduits assurant une dissipation satisfaisante de l'énergie thermique générée par les sources ultrasons.
Résumé de l'invention
Un des objets de l'invention est de fournir une enceinte acoustique directionnelle comprenant des moyens intégrés d'amplifications pour alimenter des sources ultrasonores. Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens d'amplifications pour une enceinte acoustique directionnelle de taille et/ou de poids réduits. Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens d'amplifications pour une enceinte acoustique directionnelle assurant une répartition thermique homogène et une dissipation satisfaisante de l'énergie thermique générée par les sources d'ultrasons. Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens d'amplifications pour une enceinte acoustique directionnelle ne nécessitant pas de moyens de dissipation thermique actifs. Un autre objet de l'invention est de fournir une enceinte acoustique directionnelle dont les moyens d'amplifications ne sont pas externes. Un ou plusieurs de ces objets sont remplis par le dispositif selon la revendication indépendante. Les revendications dépendantes fournissent en outre des solutions à ces objets et/ou d'autres avantages.
Plus particulièrement, selon un premier aspect, l'invention se rapporte à une enceinte acoustique adaptée à convertir un signal électrique d'entrée représentant des informations sonores, en signaux acoustiques. L'enceinte comporte:
• un processeur de signal adapté pour générer, sur une sortie, à partir du signal électrique d'entrée, un signal électrique modulé à l'aide d'une porteuse d'une fréquence sensiblement supérieure à 20 kHz;
• une source apte à produire des signaux ultrasonores à partir du signal électrique modulé et à diffuser lesdits signaux ultrasonores au travers d'un médium.
La porteuse est choisie de sorte que les signaux acoustiques sont au moins partiellement produits au cours de la traversée du médium par les signaux ultrasonores. La source comprend des groupes d'au moins deux transducteurs piézo-électriques. Chaque groupe comprend un dispositif tampon couplé entre lesdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et le processeur de signal. Le dispositif tampon de chaque groupe est adapté à permettre la transmission du signal électrique modulé auxdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et à maintenir la tension observée aux bornes desdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe sensiblement égale à la tension observée à la sortie du processeur de signal. Les signaux acoustiques sont notamment des signaux audibles par un être humain dont le spectre s'étend typiquement entre 20 Hz et 20 kHz. Le cadre théorique décrivant la technologie employée est notamment décrit dans les documents suivants:
• Pompei, F. Joseph (September 1999), "The use of airborne ultrasonics for generating audible sound beams". Journal of the Audio Engineering Society 47 (9): 726-731 ;
• Westervelt, P. J. (1963). "Parametric acoustic array". Journal of the Acoustical Society of America 35 (4): 535-537;
• Bellin, J. L. S.; Beyer, R. T. (1962). "Expérimental investigation of an end-fire array". Journal of the Acoustical Society of America 34 (8): 1051-1054.
On qualifie de signaux ultrasonores les sons dont la fréquence est supérieure à 20 kHz. Les transducteurs piézo-électriques, en particulier lorsque ces derniers sont excités par un signal modulé en amplitude, émettent une énergie thermique importante, qu'il convient de dissiper. Contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, l'enceinte selon l'invention ne nécessite pas l'usage d'un amplificateur externe, équipé de moyens actifs de refroidissement, pour alimenter les transducteurs. Ainsi, en utilisant en sortie du processeur de signal, des dispositifs tampons de type analogique, et avantageusement des dispositifs tampons comprenant des moyens d'amplification de classe de fonctionnement A ou AB, alimentant au moins deux, et par exemple cinq, transducteurs piézo- électriques, il est possible de disposer d'une carte électronique comprenant les transducteurs reliés aux dispositifs tampons analogiques. Cette configuration permet de s'affranchir de la présence d'un amplificateur externe encombrant, tout en assurant une dissipation satisfaisante de l'énergie thermique générée par les transducteurs.
Le dispositif tampon de chaque groupe comprend par exemple des moyens d'amplification de classe de fonctionnement A et/ou A-B.
Le dispositif tampon de chaque groupe peut comprendre au moins un amplificateur opérationnel monté en suiveur de tension, en mode linéaire et ayant un gain en tension unitaire.
Dans un mode de réalisation, le dispositif tampon de chaque groupe comprend deux amplificateurs opérationnels montés en pont. Ainsi, l'utilisation d'un montage en pont permet d'augmenter significativement la tension effective aux bornes des transducteurs piézo-électriques, et donc de disposer de plus de puissance.
La porteuse utilisée par le processeur de signal pour générer le signal électrique modulé peut être une porteuse à modulation d'amplitude, une porteuse à modulation de fréquence, ou une porteuse à modulation de largeur d'impulsions. La porteuse utilisée par le processeur de signal pour le signal électrique modulé a par exemple typiquement une fréquence d'au moins 40 kHz.
Avantageusement, le processeur de signal comprend un étage d'amplification configuré pour adapter la tension du signal modulé à un deuxième niveau nominal, en amont des dispositifs tampons. Avantageusement, un amplificateur peut être disposé en aval du processeur de signal, et configuré pour adapter la tension du signal électrique d'entrée à un premier niveau nominal. Il est ainsi possible de mettre à niveau électrique d'entrée, par exemple un signal issu de la sortie casque d'un baladeur stéréo, en l'amplifiant en tension pour s'adapter au niveau nominal d'entrée du processeur de signal. Cette mise à niveau permet d'obtenir un rapport signal/bruit optimal au niveau du processeur de signal.
Les signaux acoustiques sont par exemple produits dans une zone sensiblement conique dont le sommet est situé au centre de la source et dans laquelle un auditeur perçoit un signal acoustique dont le niveau est atténué de moins de 50% par rapport à un niveau maximal du signal acoustique, et dont l'angle est inférieur à 50°, par exemple 30°.
Dans un mode de réalisation, l'enceinte comporte en outre un module d'interface, adapté à être couplé à un module émetteur, par l'intermédiaire d'un élément de couplage. Le module d'interface comporte des moyens pour recevoir et convertir le signal électrique d'entrée, en un signal numérique. Le module émetteur comporte le processeur de signal et ladite source apte à produire des signaux ultrasonores à partir du signal numérique et à diffuser lesdits signaux ultrasonores au travers d'un médium. Le module d'interface et le module émetteur sont disposés sur des supports mécaniques distincts aptes à être désolidarisés. Ainsi, il est possible de coupler le module émetteur à tous les différents types de modules d'interface que l'élément de couplage est apte à prendre en charge. Il est ainsi possible de changer et/ou modifier le module d'interface, et ainsi gérer différents types de signaux en entrée, en conservant le module émetteur. Le module d'interface peut en particulier comporter un module d'interconnexion adapté pour permettre le couplage mécanique, physique, électrique et logique nécessaire à la réception du signal électrique depuis une source audio externe. À titre d'exemple, le module d'interconnexion peut comporter un connecteur physique de type "Jack" pour recevoir un signal symétrique ou asymétrique à un niveau ligne ainsi que les moyens électroniques pour adapter l'impédance d'entrée à un niveau souhaitable. Le module d'interconnexion peut aussi comporter un ou plusieurs connecteurs physiques d'un autre type, par exemple RCA ou optique. Le module d'interconnexion peut également comporter une ou plusieurs interfaces numériques, par exemple une interface compatible USB ou série. Le module d'interconnexion peut encore comporter une ou plusieurs interfaces de communications, par exemple un module d'accès à un réseau de données de type WiFi, Bluetooth(r), Ethernet ou de radiocommunication tel que le GSM ou réseau 3G. L'élément de couplage peut être configuré de sorte à permettre le couplage mécanique du module d'interface au module émetteur, et de permettre la transmission au module de calcul du signal numérisé en sortie de l'étage de conversion analogique numérique ainsi que des courants électriques en sortie du module d'alimentation. L'élément de couplage peut en outre être configuré de sorte à coupler en chaîne une pluralité de modules émetteur, et répartir ainsi les émissions sonores sur plusieurs modules émetteur à partir d'un unique signal en entrée. Le module émetteur comporte typiquement le processeur de signal - le module de calcul numérique, l'étage de conversion numérique analogique, et l'étage d'amplification - ainsi que les dispositifs tampon et les groupes de transducteurs piézo-électriques. Le module émetteur et sa configuration ne dépendent donc pas du type du signal. Le module d'interface peut comporter également, l'amplificateur, et l'étage de conversion analogique numérique de sorte à numériser le signal mis à niveau par l'amplificateur.
Le module d'interface peut comporter un module d'alimentation adapté à recevoir et/ou fournir l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation électrique du module d'interface et du module émetteur, et/ou de l'élément de couplage. Le module d'alimentation peut ainsi comporter un moyen de couplage, par exemple une prise électrique, pour être couplé à un réseau électrique et/ou un système de batteries. Le module d'alimentation peut aussi comporter une source électrique, par exemple un accumulateur, un système de batteries ou des éléments photovoltaïques. Le module d'alimentation peut aussi comporter des moyens (par exemple un transformateur, ou encore un redresseur ) pour adapter les caractéristiques électriques du courant électrique reçu aux besoins et caractéristiques des modules d'interface, du module émetteur et/ou de l'élément de couplage. Le module d'alimentation peut être configuré pour délivrer une pluralité de courants électriques, ayant différentes caractéristiques.
Dans un mode de réalisation, les supports mécaniques du module d'interface, du module émetteur et de l'élément de couplage sont configurés de sorte à former, une fois solidarisés, un ensemble de forme sensiblement rectangulaire. Le support mécanique du module d'interface peut notamment être de forme sensiblement triangulaire, par exemple reprenant la forme d'un triangle rectangle. Les supports mécaniques du module d'interface et du module émetteur sont par exemple des circuits imprimés. En outre, l'élément de couplage peut être configuré de sorte que le module d'interface et le module émetteur soient espacés d'au moins 3 millimètres. La forme du support du module émetteur est par exemple un pentagone équivalent obtenu en supprimant d'une surface rectangulaire la surface triangulaire correspondant aux supports mécaniques du module d'interface. Les dimensions du module d'interface peuvent être choisies de sorte que l'hypoténuse du triangle rectangle est inférieure ou égale au côté du module émetteur.
Brève description des figures
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront, dans la description ci-après de modes de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
• la figure 1 est un schéma de principe d'une enceinte acoustique unidirectionnelle, selon un mode de réalisation de l'invention;
• la figure 2 est un schéma représentant le cône de perception de l'enceinte acoustique unidirectionnelle;
• la figure 3 est un schéma de principe, d'un groupe comprenant 5 transducteurs piézo-électriques et un dispositif tampon de type structure en pont, selon un mode de réalisation;
• la figure 4 est un schéma d'une matrice formée par des transducteurs piézo-électriques, selon un mode de réalisation;
• la figure 5 est un schéma de principe d'une enceinte acoustique unidirectionnelle, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention;
• la figure 6 est, un schéma, selon un premier mode de réalisation, des supports mécaniques sur lesquels le module d'interface, le module émetteur et l'élément de couplage peuvent être disposés;
• la figure 7 est, un schéma, selon un deuxième mode de réalisation, des supports mécaniques sur lesquels le module d'interface, le module émetteur et l'élément de couplage peuvent être disposés;
• les figures 8a et 8b sont, un schéma en vue de dessus et un schéma en vue de dessous, selon un troisième mode de réalisation, des supports mécaniques sur lesquels le module d'interface, le module émetteur et l'élément de couplage peuvent être disposés.
Description détaillée
La figure 1 illustre par un schéma de principe une enceinte 10 acoustique unidirectionnelle, selon un mode de réalisation de l'invention. L'enceinte 10 est notamment adaptée à convertir un signal SIG électrique représentant des informations sonores, reçu en entrée, en signaux AC acoustiques audibles par un être humain dont le spectre s'étend typiquement entre 20 Hz et 20 kHz. L'enceinte 10 est en outre dite unidirectionnelle. Comme représenté sur la figure 2, on entend par unidirectionnelle une enceinte dont les signaux acoustiques sont produits dans un cône de perception dont l'angle a est inférieur à 50° et dont l'axe AA passe par le centre de la source sonore de ladite enceinte. On appelle cône de perception d'un signal acoustique, une zone, typiquement conique dont le sommet est situé au centre de la source sonore de l'enceinte, dans laquelle un auditeur perçoit un signal acoustique dont le niveau est atténué de moins de 50% par rapport au niveau maximal du signal acoustique. L'enceinte 10 peut en particulier utiliser une source d'ultrasons. Le cadre théorique décrivant la technologie employée est notamment décrit dans les documents suivants:
• Pompei, F. Joseph (September 1999), "The use of airborne ultrasonics for generating audible sound beams". Journal of the Audio Engineering Society 47 (9): 726-731 ;
· Westervelt, P. J. (1963). "Parametric acoustic array". Journal of the
Acoustical Society of America 35 (4): 535-537;
• Bellin, J. L. S.; Beyer, R. T. (1962). "Expérimental investigation of an end-fire array". Journal of the Acoustical Society of America 34 (8): 1051 -1054.
On qualifie d'ultrasons les sons dont la fréquence est supérieure à 20 kHz. La source d'ultrasons de l'enceinte 10 est adaptée pour diffuser de manière linéaire, le long de l'axe AA, un signal modulé MOD résultant de la modulation du signal SIG par une porteuse P ultrason. Lorsque le signal modulé MOD traverse le médium, ce dernier agit comme un démodulateur sur le signal modulé MOD: le signal acoustique AC audible par un être humain est alors produit. La diffusion dans l'espace d'ultrasons étant sensiblement linéaire, la directivité de l'enceinte s'avère particulièrement élevée, et permet typiquement d'obtenir un cône de perception dont l'angle a est sensiblement égal à 30°. Plus particulièrement, un modèle décrivant la démodulation du signal modulé MOD par le médium peut être décrit par l'expression mathématique suivante:
d2
p2 (x, t) = K. P2.— E2 (x, t)
avec
• p2 (x, t) l'onde acoustique audible secondaire de pression, correspondant au signal acoustique AC, résultant de la démodulation du signal modulé MOD par le médium;
• K, un paramètre fonction de paramètres physiques;
• Pc le niveau de pression acoustique ou "Sound pressure level" en anglais, du signal modulé MOD;
• E (x, t) la fonction enveloppe de la porteuse P.
La porteuse P ultrason, décrite par la fonction enveloppe E (x, t), peut être une porteuse de type modulation de fréquence, modulation de largeur d'impulsions - plus communément désignée par l'acronyme anglo-saxon "PWM" pour "Puise Width Modulation" , ou encore modulation d'amplitude.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , l'enceinte 10 acoustique unidirectionnelle comporte une entrée pour recevoir le signal électrique SIG, un amplificateur 12, un processeur de signal 14, des dispositifs tampons 24 et des transducteurs piézo-électriques 26.
Le signal électrique SIG représente des informations sonores sous la forme d'un signal électrique. Il peut en particulier être délivré par une source audio, par exemple sur la sortie casque d'un baladeur audionumérique, sur la sortie ligne ou sur des connecteurs RCA d'un lecteur de cédérom.
L'amplificateur 12 est configuré pour adapter la tension du signal SIG à un niveau nominal N1 . Plus particulièrement, le niveau nominal N1 est égal au niveau nominal en tension d'entrée du processeur de signal 14. Typiquement, le niveau nominal N1 est de l'ordre de 2V crête à crête. Cette mise à niveau du signal SIG permet d'obtenir un rapport signal/bruit optimal au niveau du processeur de signal 14.
Le processeur de signal 14 est adapté pour générer, à partir du signal SIG mis à niveau par l'amplificateur 12, le signal modulé MOD par la porteuse P. Le processeur de signal 14 est adapté pour le traitement de données audionumériques. Par exemple, un processeur de traitement numérique, généralement désigné par l'acronyme anglo-saxon "DSP" pour "Digital Signal Processor", peut être employé. Le processeur de signal 14 comprend un étage de conversion analogique numérique 16 de sorte à numériser le signal SIG mis à niveau par l'amplificateur 12. Le processeur de signal 14 comporte en outre un module de calcul 18 numérique. À titre d'exemple, le module de calcul 18 peut comprendre des unités de calcul de type "multiplication-accumulation" aptes à traiter 16 données codées sur 16 bits par cycle d'horloge, et délivrées une vitesse de calcul de 100 Mips. Le module de calcul 18 est configuré pour mettre en oeuvre un programme pour moduler le signal SIG numérisé en utilisant la porteuse ultrasons E (x, t) . Plus particulièrement, le module de calcul 18 peut être configuré pour synthétiser numériquement la porteuse ultrason à modulation d'amplitude à une fréquence de 40 kHz, et moduler le signal SIG numérisé avec ladite porteuse ultrason. Le processeur de signal 14 comprend un étage de conversion numérique analogique 20 de sorte à transposer le signal modulé numérique dans le domaine analogique. Le processeur de signal 14 comprend un étage d'amplification 22 configuré pour adapter la tension du signal modulé à un niveau nominal N2. Plus particulièrement, le niveau nominal N2 est choisi en fonction des caractéristiques électriques des dispositifs tampons 24. Typiquement, le niveau nominal N2 est de l'ordre de 24V crête à crête. Le processeur de signal 14 délivre en sortie un signal modulé MOD dans le domaine analogique.
La source sonore de l'enceinte 10 comprend une matrice formée par les transducteurs piézo-électriques 26, telle qu'illustrée par la figure 4. Les transducteurs piézo-électriques 26 permettent de convertir un signal électrique reçu en entrée en ondes acoustiques ultrasonores. Dans le mode de réalisation de la figure 4, 200 transducteurs piézo-électriques 26 sont utilisés. Les transducteurs piézo-électriques 26 de la matrice sont répartis en groupes, chaque groupe comprenant un nombre n de transducteurs piézo-électriques et un dispositif tampon 24. Un tel groupe, comprenant 5 transducteurs piézoélectriques 26 et un dispositif tampon 24 de type structure en pont, est illustré dans l'exemple de la figure 3. Le nombre n de transducteurs piézo-électriques 26 est en particulier déterminé par les caractéristiques électriques des dispositifs tampons et des transducteurs piézo-électriques 26, en particulier la capacité supportée par chaque dispositif tampon 24. Pour chaque groupe, les transducteurs piézo-électriques 26 sont couplés au dispositif tampon en parallèle. Pour chaque groupe, le dispositif tampon 24 est couplé au processeur de signal 14 de sorte à recevoir le signal modulé MOD dans le domaine analogique.
Pour chaque groupe, le dispositif tampon 24 est un dispositif de tampon agissant en tension sur le signal modulé MOD sans toutefois sensiblement le modifier, et permettant notamment d'adapter l'impédance entre la sortie du processeur de signal 14 et les transducteurs piézo-électriques 26. Typiquement, le dispositif tampon 24 peut comprendre au moins un amplificateur opérationnel monté en suiveur, ayant un gain en tension unitaire et un gain en courant élevé. Ainsi, la tension observée en sortie de chaque dispositif tampon 24 est sensiblement égale à la tension observée en entrée, à la sortie du processeur de signal 14. L'impédance observée en sortie de chaque dispositif tampon 24 est très inférieure à l'impédance en entrée. De préférence, le dispositif tampon 24 comprend des moyens d'amplification de classe de fonctionnement A ou AB, configuré pour fonctionner en mode linéaire. Les composants du dispositif tampon 24, et en particulier l'amplificateur opérationnel, permettent notamment de délivrer un courant de sortie important, et sont adaptés pour supporter des charges capacitives illimitées introduites par les transducteurs piézo-électriques 26.
Dans un mode de réalisation avantageux, illustré sur la figure 3, chaque dispositif tampon 24 comprend deux amplificateurs opérationnels montés en pont, permettant notamment de délivrer aux bornes des transducteurs piézo-électriques 26 du groupe un signal dont la tension est doublée par rapport à la tension du signal en entrée. Ainsi, à tension d'entrée constante, il est possible de délivrer plus de puissance aux bornes des transducteurs piézo-électriques 26. À titre d'exemple, en utilisant une alimentation de 24V continu pour alimenter le dispositif tampon 24, les deux amplificateurs opérationnels montés en pont montage permettent de délivrer aux bornes des transducteurs piézo-électriques 26 du groupe une tension sinusoïdale théorique de 48 V crête hors pertes, soit sensiblement entre 10 et 16Veff. Il est alors possible d'optimiser et/ou de maximiser la puissance reçus par les transducteurs piézo-électriques 26 et/ou de s'apporcher de la performance maximales de ces derniers. Un amplificateur opérationnel adapté pour être utilisé dans un tel dispositif tampon 24 est par exemple l'amplificateur opérationnel de référence LM7321 produit par Texas Instrument™, ladite référence correspondant à des amplificateurs ayant notamment la caractéristique d'être extrêmement compacts, typiquement inférieure à 1 cm2.
Un deuxième mode de réalisation d'une enceinte acoustique unidirectionnelle modulaire, illustré schématiquement par la figure 5, va maintenant être décrit. L'enceinte 10 comporte un module d'interface 102 couplé à un module émetteur 106 par l'intermédiaire d'un élément de couplage 104. Avantageusement, le module d'interface 102 et le module émetteur 106 sont disposés sur des supports mécaniques distincts, et peuvent donc être désolidarisés. Ainsi, il est possible de coupler le module émetteur 106 à tous les différents types de modules d'interface que l'élément de couplage 104 est apte à prendre en charge. Il est ainsi possible de changer et/ou modifier le module d'interface 102, et ainsi gérer différents types de signaux SIG en entrée, en conservant le module émetteur 106.
Le module d'interface 102 comporte un module d'interconnexion 1 12 adapté pour permettre le couplage mécanique, physique, électrique et logique nécessaire à la réception du signal électrique SIG depuis une source audio externe. À titre d'exemple, le module d'interconnexion 1 12 peut comporter un connecteur physique de type "Jack" pour recevoir un signal symétrique ou asymétrique à un niveau ligne ainsi que les moyens électroniques pour adapter l'impédance d'entrée à un niveau souhaitable. Le module d'interconnexion 1 12 peut aussi comporter un ou plusieurs connecteurs physiques d'un autre type, par exemple RCA ou optique. Le module d'interconnexion 1 12 peut également comporter une ou plusieurs interfaces numériques, par exemple une interface compatible USB ou série. Le module d'interconnexion 1 12 peut encore comporter une ou plusieurs interfaces de communications, par exemple un module d'accès à un réseau de données de type WiFi, Bluetooth(r), Ethernet ou de radiocommunication tel que le GSM ou réseau 3G. Le module d'interface 102 comporte encore un module d'alimentation 1 14 adapté à recevoir et/ou fournir l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation électrique du module d'interface 102, du module émetteur 106 et de l'élément de couplage 104. Le module d'alimentation 1 14 peut ainsi comporter un moyen de couplage, par exemple une prise électrique, pour être couplé à un réseau électrique et/ou un système de batteries. Le module d'alimentation 1 14 peut aussi comporter une source électrique, par exemple un accumulateur, un système de batteries ou des éléments photovoltaïques. Le module d'alimentation 1 14 peut aussi comporter des moyens (par exemple un transformateur, ou encore un redresseur ) pour adapter les caractéristiques électriques du courant électrique reçu aux besoins et caractéristiques du module d'interface 102, du module émetteur 106 et/ou de l'élément de couplage 104. Le module d'alimentation 1 14 peut être configuré pour délivrer une pluralité de courants électriques, ayant différentes caractéristiques. Typiquement, le module d'alimentation 1 14 est adapté pour délivrer un courant dont la tension est de 24V continu pour alimenter les dispositifs tampon 24, et un courant dont la tension est de 5V continu pour alimenter le module de calcul 18. Le module d'interface 102 comporte également, l'amplificateur 12, et l'étage de conversion analogique numérique 16 de sorte à numériser le signal SIG mis à niveau par l'amplificateur 12. L'élément de couplage 104 est configuré de sorte à permettre le couplage mécanique du module d'interface 102 au module émetteur 106, et de permettre la transmission au module de calcul 18 du signal SIG numérisé en sortie de l'étage de conversion analogique numérique 16 ainsi que des courants électriques en sortie du module d'alimentation 1 14. L'élément de couplage 104 peut en outre être configuré de sorte à coupler en chaîne une pluralité de modules émetteur 106, et répartir ainsi les émissions sonores sur plusieurs modules émetteur 106 à partir d'un unique signal SIG en entrée.
Le module émetteur 106 comporte le processeur de signal 14 - le module de calcul 18 numérique, l'étage de conversion numérique analogique 20, et l'étage d'amplification 22 - ainsi que les dispositifs tampon 24 et les groupes de transducteurs piézo-électriques 26. Le module émetteur 106 et sa configuration ne dépendent donc pas du type du signal SIG.
La figure 6 illustre, par un schéma, selon un premier mode de réalisation, les supports mécaniques sur lesquels le module d'interface 102, le module émetteur 106 et l'élément de couplage 104 peuvent être disposés. Dans le premier mode de réalisation, le support mécanique du module d'interface 102 est de forme sensiblement triangulaire, par exemple reprenant la forme d'un triangle rectangle. Les supports mécaniques du module d'interface 102 et du module émetteur 106 sont par exemple des circuits imprimés. La disposition et la forme des supports mécaniques, sur lesquels le module d'interface 102, le module émetteur 106 et l'élément de couplage 104 sont disposés, sont choisies de sorte que l'ensemble une fois assemblé ait une forme sensiblement rectangulaire. En outre, l'élément de couplage 104 peut être configuré de sorte que le module d'interface 102 et le module émetteur 106 soient espacés d'au moins 3 millimètres. Dans ce mode de réalisation, le module émetteur est dit de grand format et comprend typiquement 195 transducteurs piézo-électriques 26. La forme du support du module émetteur 106 est par exemple un pentagone équivalent obtenu en supprimant d'une surface rectangulaire la surface triangulaire correspondant aux supports mécaniques du module d'interface 102. Les dimensions du support du module émetteur 106 sont typiquement de 16 cm en largeur pour 21 cm en longueur. Les transducteurs piézo-électriques 26 sont disposés en hexagone. La figure 7 illustre, par un schéma, selon un deuxième mode de réalisation, les supports mécaniques sur lesquels le module d'interface 102, le module émetteur 106 et l'élément de couplage 104 peuvent être disposés. Dans ce second mode de réalisation, le support mécanique du module d'interface 102 peut avoir une forme sensiblement équivalente à celle décrite dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 6. Le support mécanique du module d'interface 102 est de forme sensiblement triangulaire, par exemple reprenant la forme d'un triangle rectangle. Les dimensions du module d'interface 102 sont typiquement choisies de sorte que l'hypoténuse du triangle rectangle est inférieure ou égale au côté du module émetteur 106. Les supports mécaniques du module d'interface 102 et du module émetteur 106 sont par exemple des circuits imprimés. L'élément de couplage 104 peut être configuré de sorte que le module d'interface 102 et le module émetteur 106 soient espacés d'au moins 3 millimètres. Dans ce mode de réalisation, le module émetteur est dit de petit format et comprend typiquement 40 transducteurs piézo-électriques 26. La forme du support du module émetteur 106 est par exemple carrée ou rectangulaire. Les dimensions du support du module émetteur 106 sont typiquement de 8 cm en largeur pour 9 cm en longueur. Les transducteurs piézo-électriques 26 sont disposés en hexagone.
Les figures 8a et 8b illustrent un troisième mode de réalisation des supports mécaniques sur lesquels le module d'interface 102, le module émetteur 106 et l'élément de couplage 104 peuvent être disposés. La figure 8a est un schéma en vue de dessus : les transducteurs piézo-électriques 26 (non représentés sur la figure 8a) sont disposés en hexagone du côté visible du module émetteur 106 sur la figure 8a. La figure 8b est un schéma en vue de dessous. L'élément de couplage 104 est disposé entre le module d'interface 102 et le module émetteur 106 de sorte que le module d'interface 102 et le module émetteur 106 soient espacés d'au moins 3 millimètres. Dans ce troisième mode de réalisation, le support mécanique du module d'interface 102 peut avoir une forme sensiblement hexagonale. Les supports mécaniques du module d'interface 102 et du module émetteur 106 sont par exemple des circuits imprimés

Claims

REVENDICATIONS
1 . Enceinte (10) acoustique adaptée à convertir un signal électrique d'entrée représentant des informations sonores, en signaux acoustiques, et comportant:
• un processeur de signal (14) adapté pour générer, sur une sortie, à partir du signal électrique d'entrée, un signal électrique modulé à l'aide d'une porteuse d'une fréquence sensiblement supérieure à 20 kHz;
· une source (24, 26) apte à produire des signaux ultrasonores à partir du signal électrique modulé et à diffuser lesdits signaux ultrasonores au travers d'un médium ;
la porteuse étant choisie de sorte que les signaux acoustiques sont au moins partiellement produits au cours de la traversée du médium par les signaux ultrasonores; caractérisé en ce que la source comprend des groupes d'au moins deux transducteurs piézo-électriques (26), chaque groupe comprenant un dispositif tampon (24) couplé entre lesdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et le processeur de signal (14), le dispositif tampon (24) de chaque groupe étant adapté à permettre la transmission du signal électrique modulé auxdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe et à maintenir la tension observée aux bornes desdits au moins deux transducteurs piézo-électriques du groupe sensiblement égale à la tension observée à la sortie du processeur de signal (14).
2. Enceinte selon la revendication 1 , dans laquelle le dispositif tampon (24) de chaque groupe comprend des moyens d'amplification de classe de fonctionnement A et/ou AB.
3. Enceinte selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le dispositif tampon (24) de chaque groupe comprend au moins un amplificateur opérationnel monté en suiveur de tension, en mode linéaire et ayant un gain en tension unitaire.
4. Enceinte selon la revendication 3, dans laquelle le dispositif tampon (24) de chaque groupe comprend deux amplificateurs opérationnels montés en pont.
5. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la porteuse utilisée par le processeur de signal pour générer le signal électrique modulé est une porteuse à modulation d'amplitude.
6. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la porteuse utilisée par le processeur de signal pour générer le signal électrique modulé est une porteuse à modulation de fréquence.
7. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la porteuse utilisée par le processeur de signal pour générer le signal électrique modulé est une porteuse à modulation de largeur d'impulsions.
8. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la porteuse utilisée par le processeur de signal pour le signal électrique modulé a une fréquence d'au moins 40 kHz.
9. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le processeur de signal (14) comprend un étage d'amplification (22) configuré pour adapter la tension du signal modulé à un deuxième niveau nominal, en amont des dispositifs tampons (24).
10. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un amplificateur (12), disposé en aval du processeur de signal (14), et configuré pour adapter la tension du signal électrique d'entrée à un premier niveau nominal .
1 1 . Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les signaux acoustiques sont produits dans une zone sensiblement conique dont le sommet est situé au centre de la source et dans laquelle un auditeur perçoit un signal acoustique dont le niveau est atténué de moins de 50% par rapport à un niveau maximal du signal acoustique, et dont l'angle est inférieur à 50°.
12. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre: un module d'interface (102), adapté à être couplé à un module émetteur (106), par l'intermédiaire d'un élément de couplage (104), le module d'interface comportant en outre des moyens pour recevoir et convertir le signal électrique d'entrée, en un signal numérique;
le module émetteur (102) comportant le processeur de signal (14) et ladite source (24, 26) apte à produire des signaux ultrasonores à partir du signal numérique et à diffuser lesdits signaux ultrasonores au travers d'un médium ;
le module d'interface (102) et le module émetteur (106) étant disposés sur des supports mécaniques distincts aptes à être désolidarisés.
13. Enceinte selon la revendication 12, dans lequel le module d'interface (102) comporte un module d'alimentation (1 14) adapté à recevoir et/ou fournir l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation électrique du module d'interface (102) et du module émetteur (106), et/ou de l'élément de couplage (104).
14. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, dans lequel les supports mécaniques du module d'interface (102), du module émetteur (106) et de l'élément de couplage (104) sont configurés de sorte à former, une fois solidarisés, un ensemble de forme sensiblement rectangulaire.
15. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel le support mécanique du module d'interface 102 est de forme sensiblement triangulaire.
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