Brevet FR2163600A1 — publié le 19730727

La présente invention est relative à un dispositif servant à améliorer la reproduction du son par les hauts-parleurs comportant des obstacles déflecteurs de son situés sur le système transducteur électro-acoustique. Pour diffuser de hautes fréquences, il est connu (brevet français nO 831 978) d'insérer à l'intérieur d'une membrane conique de haut-parleur des obstacles pyramidaux qui présentent un plus petit angle d'ouverture que la membrane conique et dont les flancs peuvent avoir une courbure concave. On obtient ainsi sur le haut-parleur une ouverture annulaire de sortie du son par laquelle les hautes fréquences arrivent principalement par diffraction dans le champ auditif dont le centre est situé dans la direction axiale d'émission de son du hautparleur fonctionnant sans un tel obstacle. Grâce à ces obstacles jouant le rôle d'éléments d'insertion, l'intensité de rayonnement de son du haut-parleur est diminuée.Si l'on ménage un interstice annulaire suffisamment grand entre l'élément d'insertion et la membrane conique afin que cet inconvénient ne devienne pas trop grand, il se produit en ce qui concerne les hautes fréquences, à cause de la largeur d'interstice relativement grande, un effet de diffraction insuffisant qui n'augmente plus notablement l'angle solide de rayonnement qui d'ailleurs, par suite des réflexions possibles entre la membrane conique et l'élément d'insertion pyramidal, ne porte que sur une région étroite, en forme de nappe, d'un rayonnement conique. La direction centrale du champ auditif, qui est déterminée par l'axe de la propagation conique du son, présente de toute façon une intensité de rayonnement diminuée, étant donnée l'occultation produite par l'élé- ment central d'insertion placé dans le haut-parleur. L'invention a pour but de mettre au point un dispositif du genre ci-dessus qui améliore la caractéristique de rayonnement des hauts-parleurs, y compris en ce qui concerne le plaisir physiologique de l'audition. Selon l'invention, on y parvient en utilisant un obstacle présentant une surface sphérique convexe de réflexion du son, qui est disposé devant le haut-parleur et dont le centre de courbure est pratiquement situé dans la direction axiale d' émission de son du haut-parleur. La direction axiale d'émission de son coïncide par suite à peu près avec un rayon de la surface sphérique de réflexion du son. Le champ auditif du dispositif, qui est déterminé par le rayonnement du son sur la surface sphérique de réflexion, occupe un grand angle solide qui est dirigé transversalement à la direction axiale du haut-parleur.Les ondes sonores réfléchies par la surface sphérique se propagent maintenant à peu près sous forme sphérique dans une grande région de l'espace dont la direction centrale s'écarte maintenant notablement de la direction primitive d'émission de son du haut-parleur ; en effet, seule la limite de la propagation rayonnée du son est située dans cette direction, étant donnée l'occultation par l'obstacle sphérique. On peut donc constater que grâce à la structure du dispositif selon l'invention, le rayon acoustique concentré partant du haut-parleur, même si on le considère par approximation comme un front d'onde plan, prend à cause de la surface sphérique de réflexion une forme nouvelle et surprenante, à savoir celle d'un rayonnement qui se propage cette fois sous forme sphérique en partant du dispositif. On peut ainsi obtenir une amélioration appréciable de l'audition stéréophonique, car on n'est plus tenu maintenant à un point déterminé de l'espace ni à une direction déterminée de l'espace. L'angle de rayonnement est notablement élargi et la caractéristique de rayonnement est optimale.Si de façon connue on prévoit pour l'audition stéréophonique deux hauts-parleurs comportant le dispositif selon l'invention et disposés librement dans l'espace, on obtient déjà des effets comme ceux que l'on s'efforce péniblement d'obtenir par la quadrophonie, en utilisant des moyens beaucoup plus importants et avec un moindre succès. Etant donné que cette fois le champ auditif occupe pratiquement tout l'espace entourant le haut-parleur, la position de l'auditeur dans l'espace n'a plus aucune importance. Si lors de la reproduction musicale l'auditeur se déplace dans l'espace, il a l'impression, selon la direction de mouvement relativement aux dispositifs selon l'invention, de contourner ou de traverser l'orchestre avec ses instruments, localisables individuellement. I1 faut ajouter encore que de façon surprenante, le bruit de fond, autrement inévitable dans la reproduction de bandes magnétiques ou de disques, est entièrement supprimé. La surface sphérique de réflexion du son selon l'in- vention se trouve hors du haut-parleur et de l'espace intérieur délimité par sa membrane conique. Entre ces composants, il existe toujours un espacement. Si l'on part d'une grandeur prédéterminée de ces composants, à mesure que la distance augmente l'intensité de son qui atteint la surface sphérique de réflexion diminue, ce qui serait désavantageux pour la transformation des fronts d'onde sonore selon l'invention. D'autre part, quand la distance est trop petite, l'effet d'occultation causé par ces composants est accru, empêchant un angle de rayonnement large, ce qui s'oppose au but de l'invention.Il est apparu particulièrement avantageux d'adopter entre ces composants une distance à peu près égale à la longueur d'onde sonore qui correspond à la plus petite fréquence limite du spectre sonore qui permette la localisation spatiale d'une source de son par l'ouïe humaine. Cette distance est apparue optimale quant à la puissance et physiologiquement, ce que l'on comprendra grâce aux considérations qui suivent. La localisation spatiale d'une source de son par I'ouîe humaine est basée sur les différences de temps de propagation de l'onde sonore entre les deux oreilles. Etant donné que la vitesse du son est fixe, cette différence de temps est due à la différence de parcours d'environ 20 cm qui résulte du diamètre maximal de la tête.Pour les ondes sonores longues de forme sinusoidale, malgré cette différence de parcours, on obtient aux deux oreilles des maxima de pression pratiquement égaux ou du moins leur différence est si réduite qu'il est physiologiquement difficile de les distinguer. Si par contre il s'agit d'une longueur d'onde qui correspond à peu près à la distance fondamentale mentionnée plus haut, il se produit au niveau des oreilles une différence de pression d'amplitude double, de sorte qu'il est nettement possible de localiser dans l'espace la source de son. Pour cette raison, il est avantageux que la distance entre les deux composants mentionnés soit à peu près égale à la distance fondamentale mentionnée. Il n'est d'ailleurs pas nécessaire d'adapter la distance à de très grandes longueurs d'onde, parce que pour celles-ci l'obstacle est beaucoup plus petit que la longueur d'onde et il sert donc "ponctuellement" de point de départ de nouvelles ondes sonores qui remplissent déjà a priori le but de l'invention qui est un grand angle de rayonnement. Dans le but d'atteindre avec le dispositif selon l'invention un grand angle de rayonnement, il faudrait que le diamètre de l'obstacle sphérique soit au maximum égal à deux fois la plus grande dimension de l'ouverture de sortie de son du hautparleur. En effet, les plus grands diamètres de sphère donnent une trop forte occultation dans un angle solide antérieur, d'autant plus que l'on adopte entre le haut-parleur et l'obsta- cle sphérique une distance du même ordre que la distance fondamentale déjà mentionnée.Si le diamètre de la sphère représente fois ltouverture de sortie du haut-parleur, à supposer que le son émis par le haut-parleur soit concentré parallèlement et abstraction faite des phénomènes de diffraction, le rayon limite présentant le plus petit angle de réflexion est tout juste dévié de 900 relativement à sa direction initiale dans le haut-parleur, ce qui fait que, si l'on néglige l'occultation par le haut-parleur lui-même, on obtient un rayonnement du dispositif dans un angle solide de 900. En pareil cas, il est à conseiller d'adjoindre, à un obstacle sphérique unique et commun, deux hauts-parleurs dont les ouvertures de sortie de son sont dirigées l'une vers l'autre, dont les axes coïncident et entre lesquels est situé cet obstacle.Alors, en effet, l'obstacle reçoit le son des deux hauts-parleurs sur deux régions de surface diamétralement opposées dont chacune inclut un angle solide de 900 comme indiqué plus haut, de sorte que par l'addition des effets, les ondes sonores portent sur tout l'espace entourant le dispositif. Dans des cas de ce genre, on utilisera deux hautsparleurs semblables qui sont avantageusement disposés symétriquement par rapport à l'obstacle sphérique commun. Si l'on donne à l'obstacle sphérique un diamètre à peu près égale à celui de l'ouverture de sortie de son du hautparleur, on obtient avec le dispositif selon l'invention, en partant d'un haut-parleur unique, un rayonnement des ondes sonores dans tout l'espace si l'on fait abstraction de l'occultation négligeable du champ sonore par le haut-parleur lui-même, car alors un rayon limite du faisceau d'ondes sonores supposé concentré parallèlement qui part du haut-parleur atteint l'obstacle sphérique de façon rasante, de sorte que dans la direction axiale du haut-parleur, des ondes sonores apparaitront aussi dans l'espace du côté de l'ombre formée par l'obstacle.En pareil cas, une demi-sphère suffirait aussi comme obstacle, et d'ailleurs en principe il suffit que l'obstacle présente une forme sphérique dans la région de surface atteinte par le rayonnement du haut-parleur. Mais pour augmenter l'effet et pour donner une forme plus uniforme au champ sonore, on utilisera aussi dans ce dernier cas deux hauts-parleurs placés symétriquement et qui agissent sur deux régions opposées de surface d'un obstacle sérique de préférence unique. En pareil cas, pour améliorer la reproduction, on utilisera deux hauts-parleurs fonctionnant de préférence dans différentes gammes de fréquence acoustique, qui couvrent additivement le spectre audible à reproduire, car comme on l'a déjà indiqué, chaque haut-parleur envoie pratiquement des ondes sonores dans tout l'espace entourant le dispositif selon l'invention. Il est apparu que des sphères ou calottes sphériques aussi lisses que possible sont très efficaces comme obstacles pour la réflexion du son dans le dispositif, en particulier lorsqu'il s'agit d'éviter le bruit de fond. En outre, ces obstacles doivent être aussi rigides que possible afin de ne pas amplifier désagréablement par résonance certaines gammes de fréquence. Mais dans la mesure où les hauts-parleurs ne couvrent pas de façon physiologiquement satisfaisante une partie suffisante du spectre audible, il est maintenant possible, en calculant convenablement les dimensions et l'élasticité de l'obstacle, de renforcer aussi volontairement la gamme de fréquence faible. Toutefois, c'est là plutôt une question de qualité du hautparleur. Deux exemples d'exécution de l'invention sont représentés sur le dessin annexé, dans lequel Les figures 1 et 2 sont chacune une vue de profil montrant schématiquement la disposition des composants les plus importants du dispositif selon l'invention, les moyens de fixation n'étant pas représentés plus en détail pour des raisons de clarté. Le dispositif selon l'invention comprend un système transducteur électro-acoustique de type connu qui est représenté sur les dessins sous la forme d'un haut-parleur 10 muni d'une membrane conique 11. En outre, le dispositif comprend un obstacle 12 qui est disposé à une distance 13 devant l'ouverture de sortie de son 14 du haut-parleur 10. Sur les dessins, la direction axiale centrale 15 de l'émission de son du haut-parleur est indiquée en trait mixte. La direction de propagation des ondes sonores qui partent du haut-parleur est indiquée sous la forme de rayons 16, 17, 18, 19, 20.Pour plus de clarté, on a admis le cas le plus défavorable quant aux autres effets du dispositif selon l'invention, c'est-à-dire celui où le son émis par le haut-parleur est sous la forme de faisceau parallèle, ce que l'on voit par l'allure parallèle à l'axe 15 du hautparleur que présentent les rayons sonores 16 à 20 qui illustrent la propagation du son dans le plan du dessin. Une telle allure des rayons est due à la structure symétrique en rotation du haut-parleur et à la structure mentionnée plus loin que présente l'obstacle 12 dans tout plan radial passant par l'axe 15. Les conditions représentées dans le plan du dessin sont valables de façon symétrique en rotation par rapport à l'axe 15, pour tout l'espace.C'est pourquoi il suffit de représenter sur les dessins, pour une explication plus précise, les conditions qui existent d'un côté de l'axe 15. En principe, dans l'invention, la région de surface 21 de l'obstacle 12, qui est tournée vers l'ouverture de sortie de son 14 du haut-parleur 10 et qui est atteinte par les rayons sonores 16 à 20 déjà mentionnés, présente une forme sphérique convexe. Dans l'exemple d'exécution de la figure 1, on a représenté l'obstacle 12 sous la forme d'une sphère complète mais pour les effets qui se produisent, il suffit que l'obstacle soit sous la forme d'une demi-sphère 21 qui se termine au tireté 22. Cette ligne définit la région de surface de la sphère 12 qui est atteinte en principe par le rayonnement du haut-parleur, parce que dans ce mode d'exécution, la moitié de sphère 23 située du côté de l'ombre relativement au haut-parleur 10 n'entre pas en interaction avec les rayons sonores. La sphère 12 est disposée de telle sorte que le centre 24 de la sphère est situé sur l'axe 15 du haut-parleur 10. Par suite, comme on l'a déjà expliqué plus haut, les processus qui se déroulent sur la sphère se déroulent maintenant de façon symétrique en rotation dans tout l'espace, autour de l'axe 15, de la façon indiquée seulement d'un côté sur la figure 1. La surface sphérique est lisse. La sphère elle-même est de préférence formée de matière synthétique rigide par elle-même. Les rayons sonores 16 à 20 qui atteignent la sphère en différentes zones sont réfléchis.A cause de la courbure sphérique de la surface de réflexion, qui est représentée dans le plan du dessin par le contour 25 de la sphère, les différents rayons sonores sont réfléchis dans différentes directions selon leur distance à l'axe 15, ce qui est indiqué par les rayons correspondants 16', 17', 18', 19', 20'. Dans le cas présent, le diamètre 26 de la sphère est égal au diamètre 27 du haut-parleur. La distance 13 est à peu près égale à la distance fondamentale entre les oreilles humaines, soit environ 14 à 20 cm. Dans ces conditions, le rayon limite 20 du haut-parleur, qui est le plus éloigné de l'axe, est tangent à la sphère 12 de sorte que le rayon prolongé 20' continue de suivre la direction de l'axe 15, abstraction faite de phénomènes de diffraction.Tous les autres rayons 16' à 19' sont renvoyés transversalement à la direction axiale 15 du haut-parleur ; la direction centrale du champ auditif est à peu près perpendiculaire à l'axe 15. L'occultation du rayonnement de son du dispositif, illustrée par le rayon limite 16' le plus proche de l'axe, ne joue aucun rôle notable dans les conditions choisies, parce que d'une part des phénomènes de diffraction et les effets partant de la région centrale créent en réalité des conditions beaucoup plus favorables à une onde stationnaire.D'autre part, la direction axiale est de préférence la direction de gravité du dispositif selon l'invention tel qu'il est installé, ce qui fait que le rayon réfléchi 16' passe autour du dispositif en un point très proche du sol du local et que l'angle solide compris entre l'axe 15 et ce rayon 16' n'a aucune importance pratique pour le champ auditif. Sur la figure 1, on a admis le cas le plus défavorable quant aux effets de l'invention qui est celui où le son émis par le haut-parleur présente un front d'onde plan, ce qui est indiqué par le pointillé 28 dans la région des rayons 16 à 20. Selon leur arrivée dans différentes zones annulaires de la sphère 12, il se produit non seulement une réflexion dans des directions différentes, mais encore une différence dans le moment de la réflexion, étant données les différences de parcours qui s'ensuivent. Si l'on suit l'apparence de ce front d'onde à un moment ultérieur déterminé, on trouve l'image du front d'onde 28', indiquée en pointillé dans la région des rayons 16' à 20', ce front s'étant dilaté à un moment encore un peu plus tardif pour donner le front d'onde 28'' également représenté.On voit que le front d'onde plan primitif 28' a été déformé de façon surprenante par la surface sphérique de réflexion de son 25 et que de son côté, il a atteint avec une bonne approximation la forme d'une surface sphérique 28', 28'' dont le centre imaginaire de courbure se situe dans la région comprise entre le centre 24 de la sphère de l'obstacle 12 et l'ouverture de sortie de son 14 du haut-parleur 10. On obtient ainsi une propagation sphérique idéale du son par suite de laquelle tout l'espace situé autour du dispositif selon l'invention convient pratiquement comme zone d'audition. On obtient une caractéristique idéale de rayonnement et un angle de rayonnement accessible extrêmement grand.Chose surprenante, le bruit de fond autrement inévitable dans la reproduction du son est éliminé et par ailleurs, la qualité de l'audition est aussi améliorée, car on ne ressent plus les hautes fréquences comme douloureuses, ce qui était dû par ailleurs à un rayonnement non harmonique des hauts-parleurs. Dans le mode d'exécution de la figure 2, les conditions sont comparables à celles du premier exemple d'exécution et c'est pourquoi on utilise, pour désigner les parties semblables, les mêmes références qui, dans la mesure où elles manquent, doivent être complétées par les explications concernant le premier exemple d'exécution. Bien que la distance 13 au haut-parleur 10 ait été choisie de façon analogue, une différence essentielle réside tout d'abord dans le fait que le diamètre 26 de la sphère de l'obstacle 12 est supérieur d'environ 41 % au diamètre 27 du haut-parleur à son ouverture de sortie du son ou, plus exactement, égal à fc fois ce diamètre. Pour des raisons de clarté, on a seulement représenté deux rayons limites 16, 20 de la propagation du son.Abstraction faite de l'occultation par le haut-parleur, qui ne joue pratiquement aucun rôle, le rayonnement du dispositif, en partant du haut-parleur 10, couvre la moitié de l'angle solide parce que les rayons sonores réfléchis 20' sont déviés de 900. La région de surface 29 couverte par les ondes sonores initiales 16, 20 du haut-parleur 10 est indiquée sur la figure 2 sous forme de calotte sphérique en tireté, de sorte qu'ici, les zones de la sphère qui sont situées au-dessus; en direction du centre 24 de la sphère, ne seraient nullement nécessaires, bien qu'il soit avantageux, étant donnés les phénomènes de diffraction qui se produisent, que la calotte ne se termine pas brusquement à son bord soumis au rayonnement. Avec une disposition symétrique au haut-parleur 10, dans le mode d'exécution de la figure 2, on a prévu un hautparleur opposé 10' dont l'axe 15' est aligné sur l'axe 15 du haut-parleur 10 et passe, comme celui-ci, par le centre 24 de la sphère. La distance 13' correspond aussi à la distance 13 susdite, de sorte que la sphère 12 est disposée symétriquement entre les deux hauts-parleurs 10, 10'. Cette sphère 12 sert d'obstacle commun aux deux faisceaux de rayons sonores. La sphère 12 reçoit le rayonnement sur des régions de surface diamétralement opposées 29, 29' et réfléchit les rayons de la façon déjà expliquée à propos du haut-parleur 10. De façon correspondante, on trouve sur la figure 2 une allure symétrique du rayonnement. Alors que le rayonnement 30 représenté par les rayons réfléchis 16', 20' couvre la région inférieure de l'angle solide, le rayonnement supérieur 30', symétrique du précédent, couvre la région restante (si l'on fait abstraction de l'occultation non décisive par le haut-parleur 10' comme dans le cas opposé). On obtient ainsi, dans ce cas aussi, un champ auditif qui a un angle de rayonnement couvrant pratiquement tout l'espace autour du dispositif et composé additivement des rayonnements susdits 30, 30' des deux hauts-parleurs 10, 10'. Etant donné que chaque haut-parleur doit seulement couvrir la moitié de l'espace, on obtient dans cette construction une plus grande énergie sonore. Dans le premier exemple d'exécution aussi, pour obtenir une plus grande symétrie de l'émission de son, il serait possible sans inconvénient de prévoir de façon comparable un haut-parleur opposé, symétrique du haut-parleur représenté, à la façon de la figure 2. Les rayonnements partiels ainsi obtenus se chevaucheraient et se renforceraient mutuellement dans la direction transversale à l'axe 5. Il serait possible aussi, au lieu de deux hauts-parleurs semblables par leur construction et leur effet, de prévoir deux hauts-parleurs opposés fonctionnant sélectivement, placés symétriquement par rapport à un obstacle sphérique 12, de sorte qu'ils se complèteraient de façon idéale par leur reproduction des différentes gammes de fréquence. REVENDICATIONS 1. Dispositif servant à améliorer la reproduction du son par les hauts-parleurs comportant des obstacles déflecteurs de son situés sur leur système transducteur électro-acoustique, caractérisé par un obstacle présentant une surface sphérique convexe de réflexion du son, dont le centre de courbure est pratiquement situé dans la direction axiale d'émission de son du haut-parleur et dont le rayonnement sonore déterminant le champ auditif du dispositif est dirigé, dans la région d'angle solide, transversalement à la direction de l'axe du haut-parleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance entre l'ouverture de sortie de son du haut-parleur et la surface sphérique de réflexion de son est à peu près égale à la longueur d'onde sonore qui correspond à la plus petite fréquence limite du spectre sonore qui permette la localisation spatiale d'une source de son par ltouie humaine. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par deux hauts-parleurs dont les ouvertures de sortie de son sont dirigées l'une vers l'autre, dont les axes d'émission de son coïncident à peu près et entre lesquels est disposé un obstacle sphérique commun qui peut recevoir le son des deux hauts-parleurs sur des régions de surface diamétralement opposées. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les deux hauts-parleurs sont disposés symétriquement par rapport à l'obstacle sphérique commun. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le diamètre de l'obstacle sphérique est au maximum égal à deux fois la plus grande dimension de l'ouverture de sortie de son du haut-parleur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le diamètre de l'obstacle sphérique est à peu près égal à la plus grande dimension de l'ouverture de sortie de son du haut-parleur0 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la surface sphérique de réflexion est réalisée lisse et que l'obstacle est formé d'une matière d'oeuvre rigide en elle-même.