Brevet FR2247867A1 — publié le 19750509

a présente invention est relative aux radiateurs acoustiques passifs et, plus particulièrement, à un radiateur acoustique passif massif comportant une masse supplémentaire prédéterminée afin d'améliorer l'aptitude de reproduc- tion des basses fréquences d'un radiateur acoustique actif utilisé conjointement avec ledit radiateur passif. Les radiateurs passifs propres à la technique antérieure sont utilisés pour simuler les caractéristiques mécaniques du radiateur actif basse fréquence afin dtuniformiser sa réponse. Les radiateurs passifs sont également construits avec une masse minimale. Aux basses fréquences (16 à 50 Hz) dans la gamme audible, le signal de sortie du radiateur passif est entlèrement déphasé par rapport à celui du radiateur actif, ce qui se traduit par une distorsion et une perte de gain. L'une des caractéristiques propres à la présente invention réside dans la fourniture d'un système de haut-parleur comportant un radiateur passif massif qui permette au radiateur actif de reproduire les basses fréquences du spectre audible ou musical, de réduire la distorsion aux basses fréquences et d'assurer un accroissement substantiel dans la transformation de l'é- nergie électrique en énergie acoustique aux basses fréquences, à savoir de 20 à 100 Hz ou même 150 Hz. Les autres caractéristiques propres à la présente invention portent sur un système de haut-parleur qui fournit une réponse nettement plus linéaire des basses aux médium grâce à une atténuation radicale des pointe de résonance, une réponse améliorée des transitoires aux basses fréquences, une atténuation de la tonalité artificielle dans les basses fréquences et une atténuation de la puissance de résonance du meuble (qui est due à l'accumulation de la pression dans le meuble), l'énergie de la pression accumulée étant dirigée de manière à fournir un rayonnement sonore utile au lieu de produire des résonances de "caisse" parasites, ainsi qu'à fournir une meilleure manipulation de la puissance des basses fréquences. La présente invention porte en conséquence, d'un point de vue général, sur une membrane de radiateur passif destinée à être utilisée dans une enceinte de haut-parleur contenant un radiateur actif. La membrane de radiateur passif est équipée d'une masse supplémentaire qui présente un poids prédéterminé variant inversement au volume intérieur de l'enceinte du haut parleur. Ladite masse supplémentaire est suffisante pour emmagasiner l'énergie rayonnée dans la gamme de basse fréquence s'établissant entre environ 20 Hz et 100 Hz et qui est irradiée vers l'arrière dans ledit volume intérieur de l'enceinte par le radiateur actif, ainsi qu'à faire rayonner vers le haut de ladite enceinte l'énergie ainsi emmagasinée, et ce en phase avec ledit radiateur actif. La présente invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en référence à un mode de réalisation préférentiel, le tout conjointement au dessin ci-annexé, sur lequel: les fig. 1A et 1B sont respectivement des vues avant et arrière d'un radiateur passif massif conforme à la présente invention; les fig. 1C et 1D sont des vues latérales en coupe d'une membrane de radiateur passif massif illustrant le mode de suspension; la fig. 2 est une vue schématique en coupe d'une installation d'enceinte acoustique ou haut-parleur illustratif comportant un radiateur actif et un radiateur passif massif; la fig. 3A représente une courbe de réponse ef- fective de fréquence d'une installation conforme à la présente invention;; la fig.3B représente une courbe d'entrée de puis- sance effective d'un haut-parleur conforme à la présente invention; les fig. 4A et 4B représentent respectivement une courbe de réponse de fréquence et une courbe d'entrée de puissance pour la même installation de haut-parleur que celle des fig. 3A et 3B mais où le radiateur passif ne comporte aucune masse supplémentaire; la fig. 5 représente des courbes de réponse concernant le rapport de phase des valeurs de déplacement du radiateur actif, des valeurs de pression de l'enceinte, des valeurs de vitesse du radiateur passif massif et des valeurs de déplacement du radiateur passif massif. Dans la description qui suit, les termes de "radia teur passif massif" signifient une membrane qui est montée ou suspendue dans une enceinte acoustique de telle façon qu'elle soit aussi libre que possible de se déplacer vers l'intérieur ou l'extérieur de l'ouverture de ladite enceinte, à la façon de la membrane d'un haut-parleur courant, mais qui se trouve chargée avec une masse appropriée. La membrane est dite passive du fait qu'elle ne comporte aucun moteur ou source d'énergie motrice propre, étant exclusivement actionnée par les impulsions de pression engendrées à l'intérieur de l'enceinte par l'arrière d'un radiateur actif qui lui est associé, tout en étant retardée dans son mouvement par la réaction de sa masse qui oppose une résistance å tout changement de son état, tant au repos qu'en mouvement. En référence tout d'abord aux fig. 1A à ID, se trouve représenté un radiateur acoustique passif massif 10 comportant une membrane 20 qui est supportée entre un élément de suspension extérieur 9 et un élément de suspension intérieur 8. La membrane 20 est par ailleurs supportée à l'intérieur d'un bâti 7. Une masse qui est représentée sous forme d'un élément 23 ayant un poids prédéterminé est fixée à la membrane 20, étant équilibrée autour du centre de cette dernière=. Ladite masse peut être fixée à la membrane 20 et à ltélément de suspension 8 en la collant sur sa circonférence, ainsi qu'il est illustré sur la fig. 1C, pouvant être par ailleurs collée ou assujettie par tout autre moyen approprié à l'carrière de la membrane 20, ainsi qu'il est illustré sur la fig. 2.Il va sans dire que lorsque le poids de la masse 23 est très important, à savoir de l'ordre de 30 g à 1 kg, ladite masse peut être maintenue en place au moyen de câbles ou bandes fixés entre ladite masse et le bâti rigide 7, moyennant quoi ladite masse ne risque pas de déformer les éléments de suspension 8 et 9 de la membrane. Au lieu de fixer une masse 23 à la membrane, le poids prédéterminé de ladite masse 23 peut être incorporé dans la matière constitutive de la membrane au cours de la fabrication de cette dernière, en utilisant des matériaux d'une composition plus lourde. Des alésages traversants 6 du type courant sont ménagés sur le pourtour du bâti 7 en vue de la fixation du radiateur à la paroi d'une enceinte. En référence maintenant à la fig. 2, on peut voir une installation ou système illustratif de haut-parleur comportant un radiateur passif massif 10 conforme à la présente invention. Ladite installation se compose de préférence d'une enceinte acoustique étanche à l'air li qui est pourvue dans sa paroi avant 14 de deux ouvertures 12 et 13 pour les radiateurs. Un radiateur acoustique actif 15 équipé d'un moteur 17 est monté dans l'ouverture 12, cependant que le radiateur passif massif 10 est monté dans l'ouverture 13. La membrane 20 du radiateur passif massif 10 est supportée dans l'ouverture 13 au moyen, de préférence, d'un élément de suspension hautement élastique et étanche à l'air, ainsi qu'il est désigné schématiquement par la référence 21. Il est toutefois possible d'obtenir de bons résultats avec un élément de suspension plus rigide. Le radiateur passif massif 10 peut avoir une amplitude de déplacement de nature courte ou longue.La membrane du radiateur passif massif 10 peut affecter n'importe quelle configuration, S . savoir conique, en dôme, ovale, carrée ou oblongue, ou encore du type à piston piat. Les dimensions de la masse 23 varient inversement au volume intérieur de l'enceinte acoustique 11 utilisée dans le système particulier de haut-parleur, étant calculées de manière à rendre la fréquence de résonance fondamentale de la membrane 20 égale ou inférieure à la fréquence voulue la plus basse devant être reproduite par le radiateur actif 15. La masse 23 peut être déterminée, par exemple, par adjonction d'incréments de poids à la membrane de radiateur passif 20, tout en la soumettant à des impulsions de pression d'une fréquence prédéterminée jusqu'à ce que ladite membrane soit amenée en phase avec ladite fréquence prédéterminée.- La membrane de radiateur passif 20 peut avoir une surface spécifique et une amplitude de déplacement approximativement égales ou supérieures à celles du radiateur actif. Pour comprendre le principe de fonctionnement de la présente invention, il est nécessaire de traiter succintement du mouvement sinusoidal simple et, à cet. effet, l'on peut se reporter à l'étude intitulée "Physics" de Messieurs Marshall, Pounder et Stewart (Macmillan of Canada), page 523 où il est dit que: "le mouvement sinusoidal simple est le nom donné au mouvement périodique, en ligne droite, où l'accélération s'effectue en sens opposé au déplacement (par rapport à la position de repos) et lui est proportionnelle. Ce phénomène est habituellement le résultat de l'interaction entre l'inertie et l'élasticité, comme dans le cas d'une masse ou d'un plomb suspendu à un faible ressoft.On constate également que ce phénomène constitue la composante, le long de n'importe quelle ligne, d'un déplacement circulaire uniforme, tout mouvement sinusoïdal simple étant plus directement décrit en termes de mouvement circulaire uniforme dont il constitue une composante". Dans la présente invention, l'inertie et l'élasticité de la masse travaillent conjointement. La masse ou le poids est ajouté à la membrane avec l'inertie qui en découle, l'élasticité étant due à l'air contenu dans l'enceinte acoustique ou à l'arrière de l'écran acoustique ou baffle, si ce dernier est présent. L'élasticité de l'air agit à la façon du faible ressort mentionné ci-dessus. En outre, l'air constitue le milieu utilisé pour coupler le mouvement alternatif périodique ou mouvement sinusoi- dal de la membrane de radiateur actif à la membrane de radiateur passif massif. Ceci s'effectue sous l'effet des impulsions alternées de compression et de décompression de l'air dans l'enceint acoustique ou à l'arrière du baffle, lesdites impulsions étant engendrées à la partie arrière de la membrane de radiateur actif et transmises à la partie arrière de la membrane de radiateur passif massif, faisant ainsi office d'une masse suspendue à un ressort. Il est bien connu qu'une masse en mouvement, du fait de son inertie, possède une quantité d'énergie définie qui est proportionnelle à sa masse et à sa vitesse. I1 s'agit là de ce qu'on appelle l'énergie cinétique (E.C.). Ladite énergie s'exprime par ltéquation suivante: E.C. = 1/2 mv2 où m exprime la masse en grammes v exprime la vitesse en m/sec. Etant donné que la présente invention porte sur le mouvement sinusoïdal simple périodique, l'équation peut s'exprimer comme suit: 2 2 E.C. = 1/2 m (A &commat; où A représente l'amplitude en mètres 6 représente la vitesse angulaire en radians par seconde G représente l'angle de phase de déplacement à partir de la position de repos. L'énergie cinétique varie en conséquence du point zéro à une valeur maximale correspondant à l'angle de phase du déplacement. Le point zéro est atteint lorsque le déplacement est extreme (900) et (2700), sa valeur maximale étant atteinte lorsque le déplacement se situe à zéro (00) et (1800). Ces deux valeurs maximales et minimales interviennent deux fois au cours de chaque cycle. I1 ressort de la description qui précède que la vitesse maximale de la membrane de radiateur passif massif retarde d'environ 900 par rapport aux impulsions de la pression d'air qui l'anime. Ceci est plus clairement illustré par les diagrammes vectoriels représentés sur la fig. 5 où la courbe 30 figure les valeurs de déplacement de la membrane active sur l'axe Y. La courbe 31 figure les valeurs de pression à l'intérieur de l'enceinte acoustique sur l'axe Y. La courbe 32 figure les valeurs de vitesse de la membrane passive massive sur l'axe Y, et la courbe 33 figure les valeurs de déplacement de la membrane passive massive sur l'axe Y. Sur l'axe X sont représentées les valeurs angulaires ou de temps de toutes les valeurs susmentionnées. En référence auxdits diagrammes vectoriels, on peut constater que les valeurs de déplacement du radiateur actif (à savoir la courbe 30) sont déphasés de 1800 par rapport aux valeurs de pression à l'intérieur de l'enceinte acoustique (à savoir la courbe 31). I1 est manifeste que la pression dans l'enceinte acoustique est réduite au minimum lorsque la membrane active est dans sa position de déplacement extérieur limite et qu'inversement la pression dans l'enceinte acoustique est portée au maximum lorsque la membrane active est en position de déplacement intérieur limite. En référence à la courbe 32, on peut voir que les valeurs de vitesse de la membrane passive massive retardent d'environ 900 par rapport aux valeurs de la pression d'excitation à l'intérieur de l'enceinte acoustique (courbe 31). En référence à la courbe 33, on peut voir que les valeurs de déplacement de la membrane passive massive retardent d'environ 900 par rapport à ses valeurs de vitesse (courbe 32). Ceci est parfaitement logique, étant donné que l'on doit se mouvoir (c'est-à-dire être animé de mouvement, de vitesse) vers un but (déplacement) avant que d'atteindre ce but. Avec de telles marges de retard de 900, la vitesse de la membrane de radiateur passif massif (courbe 32) derrière la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte acoustique (courbe 31) d'une part et, d'autre part, le déplacement de la membrane de radiateur passif massif (courbe 33) derrière sa vitesse (courbe 32), il est manifeste que le déplacement de la membrane de radiateur passif massif est déphasé de 1800 par rapport aux valeurs de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte acoustique (c-ourbe 31) et donc en phase avec les valeurs de déplacement de la membrane de radiateur actif (courbe 30), ce qui constitue le résultat même à obtenir, moyennant quoi l'énergie de renvoi du radiateur actif est amenée à rayonner vers l'extérieur par le radiateur passif et en phase avec le radiateur actif. En conclusion, il convient de remarquer que la présente invention fait usage de l'énergie déphasée perdue à la partie arrière par le radiateur actif, l'ajoutant en phase au rayonnement avant sans aucune perte de forme d'-onde. De même, un rendement élevé est obtenu dans desenceintes acoustiques relativement petites par rapport au volume de son atteint. Par ailleurs, le radiateur passif massif ne résonne pas dans sa gamme de fréquence. Une autre caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait qu'elle permet d'obtenir une entrée de puissance accrue avec la gamme de fréquence du radiateur passif massif. De plus, on peut utiliser n'importe quel type et n'importe quelle forme d'enceinte acoustique, le radiateur passif massif pouvant être monté sur n'importe quelle surface de ladite enceinte, Enfin, le radiateur passif massif présente un temps de retard constant dans sa gamme de fréquence. REVENDICATIONS 1. Membrane de radiateur acoustique passif massif propre à être utilisée dans une enceinte acoustique à hautparleurs comportant un radiateur acoustique actif, caractérisée par le fait qu'elle comporte une masse supplémentaire, laquelle a un poids prédéterminé qui varie inversement au vo-lume intérieur de ladite enceinte acoustique, ladite masse supplémentaire étant suffisante pour emmagasiner l'énergie rayonnée dans la gamme de basse fréquence s'établissant entre 20 Hz et 100 Hz et qui est rayonnée vers l'arrière dans le volume intérieur de ladite enceinté acoustique par le radiateur actif, et pour faire rayonner ladite énergie emmagasinée hors de l'enceinte acoustique, et ce en phase avec le radiateur actif précité, 2.Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que sa phase est retardée d'environ 1800 par rapport à la phase de la pression arrière dudit radiateur actif au moyen de ladite masse supplémentaire. 3, Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite masse supplémentaire est constituée par un élément lesté qui est fixé au centre de ladite membrane. 4. Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite masse supplémentaire est solidaire de ladite membrane. 5. Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que, avec ladite masse supplémentaire, elle possède une fréquence de résonance qui est égale ou inférieure à la fréquence voulue la plus basse pouvant être reproduite par ledit radiateur actif. 6. Membrane suivant la revendication 1, caractérisee par le fait que l'enceinte acoustique à haut-parleur est hermétiquement étanche à l'air. 7. Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite enceinte à haut-parleur est constituée par un écran acoustique ou baffle. 8. Système de haut-parleur caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte acoustique à haut-parleur qui est pourvue d'un radiateur acoustique actif au moins et d'un radiateur acoustique passif au moins qui sont montés dans des ouvertures respectives pratiquées dans l'une des parois de ladite enceinte, ledit radiateur passif comportant une membrane qui est pourvue d'une masse supplémentaire, ladite masse présentant un poids prédéterminé qui varie inversement par rapport au volume intérieur de ladite enceinte3 ladite masse supplémentaire étant suffisante pour emmagasiner l'énergie rayonnée dans la gamme de basse fréquence se situant entre approximativement 20 Hz et 100 Hz et qui est rayonnée vers l'arrière dans le volume intérieur de ladite enceinte au moyen d'un radiateur actif au moins3 et pour faire rayonner ladite énergie emmagasinée hors de ladite enceinte acoustique, et ce en phase avec ledit radiateur actif. 9. Système de haut-parleur caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte acoustique qui est pourvue d'un radiateur acoustique actif au moins et d'un radiateur acoustique passif au moins qui sont montés dans des ouvertures respectives pratiquées dans ladite enceinte, ledit radiateur passif etant pourvu d'une membrane qui est supportée par un dispositif de suspension hautement élastique et une masse répartie de façon coaxiale et qui est fixée à ladite membrane3 ladite masse présentant un poids prédéterminé qui est inversement proportionnel au volume intérieur de enceinte acoustique, le poids étant choisi de façon que le mouvement du radiateur passif s'effectue en phase avec le mouvement du radiateur actif dans la gamme de fréquence se situant entre approximativement 20 Hz et 100 Hz, ladite masse étant suffisante pour réduire la fréquence de résonance naturelle dudit système de haut-parleur à une fréquence inférieure à sa fréquence de résonance naturelle sans que ladite masse supplémen taire soit fixée à ladite membrane3 la réduction de la fréquence de résonance naturelle étant approximativement d'une octave.