Brevet FR2282768A1 — publié le 19760319

la présente invention se rapporte à un dispositif pour la ré- ception directionnelle du son. I1 est bien connu d'employer pour la réception de sons un dispositif comportant des récepteurs da eon échelonnés dans l'espace, l'ensemble du montage constituant, selon sa disposition, un microphone à gradient de pression du premier ordre ou d'un ordre supérieur. Les récepteurs du son peuvent être disposés coaxialement l'un derrière l'autre. I1 est également connn de monter les récep- teurs du son groupés dans un même plan. De même on connaît des com- binaisons de ces deux sortes de montages. Lorsque l'ensemble comporte un ou plusieurs éléments déphaseurs, on peut obtenir une caractéristique de directivité préférentiellement unilatérale. Â cet effet, le déphasage naturel qut se produit dans l'onde sonore pendant sa propagation est complètement ou partiellezent compensé pour eertaines directions d'incidence par le déphase. artificiel obtenu par l'élément déphaseur. Or, la corrélation physique des éléments d'un tel montage pour la réception directionnelle dn son exige une harmonisation très poussée de tous les paramètres et par conséquent aussi une concor- dance précise des déphasages naturel et artificiel. Mais jusquZicit cette exigence n' a pas pu être satisfaite pour l'éliment déphaseur. Pour les microphones à gradient de pression d'un ordre supérieur, aucune solution pratique satisfaisante n'a été trouvée jusqu'à pro sent. Selon la présente invention, la solution de ce problème est obtenue par la combinaison suivante 2 - le dispositif comporte au moins deux récepteurs du son disposée à un écart défini l'un de l'autre et au moins un élément dépha seur ainsi qu'au moins un élément susceptible de constituer la différence entre les grandeurs électriques représentant les gran deurs du champ acoustique qui agissent sur les récepteurs du son. - l'élément déphaseur est un conduit de son comportant une section parcourue par le son et à dimensions définies, ce conduit n' in- fluant pas sur la fonction transductrice individuelle des diffé rents récepteurs du son. La différence des grandeurs électriques ainsi obtenue correspond au gradient de la pression sonore. Dans ce qui suit on partira d'un gradient de pression ou d'un gradient tout court, iiêie slil s'agit de la grandeur électrique qui repré sente le gradient de pression sonore et qui est obtenue à l'aide des grandeurs électriques répondant aux grandeurs du champ acous tique agissant sur les microphones. L'élément déphaseur conforme à l'invention offre un avantage capital sur les éléments déphaseurs connus, dans ce sens que le phénomène physique qui provoque le déphasage naturel est mis aussi à profit pour le déphasage intentionnel, si bien que les exigences en ce qui concerne le temps de propagation de groupe et le déphasage en fonction de la fréquence sont toujours exactement satisfaites. Cette solution est intransigeante. Bt en méme temps le réglage du déphasage artificiel se résume au simple ajustement de la longueur d'une section parcourue par le son. Ladite section de la propagation du son peut se situer dans un milieu solide ou liquide, dans l'air ou dans un autre fluide gazeux, représentant le conduit d. son. On obtient des avantages spéciaux, selon une forme plus évoluée de l'invention, lorsque l'ensemble comporte des éléments qui transposent le spectre de fréquence du son parcourant ledit conduit de son dans une bande de fréquence plus aigue que le spectre d'origine, et de préférence dans le domaine ultrasonore et que le conduit de son faisant fonction d'élément de déphasage est réalisée de manitre appropriée à cet effet. Selon une forme de réalisation perfectionnée de l'invention, un montage destiné à réaliser un microphone à gradient de pression d'un ordre supérieur est conçu de sorte qu'on prévoit trois récepteurs de son et deux éléments déphaseurs, l'un des récepteurs de son, et de préférence celui qui est disposé dans l'espace entre les deux autres, étant connecté avec chacun des autres de manière à former un gradient, et ceci de telle façon que la connexion avec l'un des deux autres récepteurs de son est obtenue par l'intermédiaire d'un élément déphaseur, tandis que la liaison avec le troisième récepteur de son se fait sans un tel élément. le circuit du récepteur de son qui est situé en dernier lieu -en admettant l'incidence du son du côté frontal ) du dispositif - comprend, en amont du point de connexion, un autre élément déphaseur et les tensions répondant aux gradients de pression ainsi obtenues sont interconnectées pour former le gradient d'ordre supérieur suivant. On peut obtenir une augmentation de l'acuité de direction du dispositif récepteur décrit ci-dessus par une forme de réalisation plus évoluée de l'invention, où un élément déphaseur de plus est prévu qui, tout en établissant l'interconnexion, sert à la formation du gradient d' ordre supérieur suivant. On obtient des résultats optimaux plus spécialement pour le dispositif qu'on vient de décrire, lorsque, selon une autre paati- cularité de l'invention, tous les éléments déphaseurs du dispositif présentent des caractéristiques concordantes. Dans une forme plus évoluée de l'invention, on obtient le fonctionnement concordant des éléments déphaseurs harmonisés da dispositif en prévoyant pour tous les éléments déphaseurs un seul et meme conduit de son à dimensions définies, le spectre de son spé- cial associé à chacun des éléments déphaseurs étant transposé dans une bande de fréquence. plus aigre, de sorte que le spectre passant par le conduit de son représente la succession de tous les spectres spéciaux, la bande latérale inférieure ou bien la bande latS rale inférieure et la fréquence porteuse étant de préférence supprimées. C'est ainsi qu'on assure la corrélation de tous les élé- ment s déphaseurs concordants du dispositif. On peut obtenir une aowication de la directivité au dispositif selon une autre caractéristique de l'invention, du fait que le conduit de son servant d'élément déphaseur est réalisé de sorte que sa longueur utile puisse Outre modifiée progressivement ou par échelons. On obtient une très bonne harmonisation des récepteurs de son selon une forme de réalisation plus évoluée de l'invention en ew- ployant comme récepteurs de son des microphones à gradient de pres- sion de l'ordre zéro. Enfin, on peut réaliser un microphone à gradient de pression de troisième ordre, loraqu'on emploie selon une autre caractéristi- que de l'invention comme récepteurs de son du dispositif des mi- crophones à gradient de pression du premier ordre. Les récepteurs de son du dispositif destiné à la réception acoustique directionnelle et conforme à l'invention peuvent être des microphones électromagnétiques, dynamiques, piéso-électriques, électrostatiques ou autres. Lorsqu'on exploit des microphones élec trostatiques, on peut les utiliser en un montage à basse fréquence avec ou sans électret ou en un montage à haute fréquence. L'invention sera décrite ci-dessous plus en détail à l'aide du dessin annexé qui en illustre plusieurs exemples d'exécution, et dans lequel : La fig. 1 représente un dispositif comportant trais récepteurs de son ; la fig. 2 représente un dispositif 9 quatre récepteurs de son ; la fig. 9 montre un élément déphaseur réalisé sous forme d'un conduit de son ultrasonore ; et la fig. 4 illustre un dispositif commutable entre différentes caractéristiques de directivité. Les éléments analogues sont marqués des mêmes chiffres de référence dans toutes ces figures. Le dispositif représenté par la fig. 1 est réalisé sous forme d'un montage à transistors et comporte trois récepteurs de son 1, 1' et 1", qui sont disposés coaxialement, l'un après l'autre, à des intervalles égaux. On admettra pour cet exemple d'exécution de l'invention qutil s'agit de microphones électrostatiques en un montage à basse fréquence, dont chacun est spatialement combiné avec un étage de transformation de l'impédance, par exemple un transistor à effet de champ. Soit a le parcours effectif du son à partir du côté frontal de la membrane du récepteur de son 1 jusqu'au côté frontal du récepteur de son 1,, ainsi que le parcours effectif du son correspondant de 1' à 1", parcours auquel est dA le déphasage naturel. La direction d'incidence du son est désignée par b. Les éléments 2, 2' et 2" sont des amplificateurs de conception identique ; ils sont associés respectivement aux circuits des récepteurs du son 1, 1' et 1 n et ils sont réglables. Outre l'amplification, on obtient à leur aide le réglage au même niveau sonore des trois circuits. Comme ce niveau sonore détermine, entre autres, le rapport entre les tensions utile et perturbatrice du dispositif, ces éléments sont calculés de manière à produire le degré d'amplification nécessaire à cet effet. Dans les éléments 4 et 4', on obtient, par la formation de la différence, la représentation électrique du gradient entre les grandeurs des effets de champ actionnant respectivement les microphones 1 et 1' (premier système à gradient de pression) et 1', 1n (deuxième système à gradient de pression). Par ailleurs les éléments déphaseurs 3 et 3' sont respectivement compris dans les circuits des microphones 1' et 1". Ces éléments déphaseurs déterminent la caractéristique de directivité unilatérale ou préférentiellement unilatérale du dispositif, selon que le déphasage naturel est com plbtenent ou partiellement compensé.Les éléments déphaseurs 3 et 3' sont, selon l'invention, des conduits de son constitués dans l1exem- ple illustré, par des sections de propagation ultrasonore dans l'air, ces sections de la propagation du son qui provoquent le déphasage artificiel étant dans cet exemple égales les unes aux autres, tout en correspondant au parcours effectif a du son. Les tensions électriques qui sont également amplifiées dans les éléments 4 et 4' présentent une courbe de fréquence croissant avec # , en correspondant à la fonction du gradient de pression. La compensation nécessaire pour aboutir à une courbe de fréquence constante est obtenue dans les éléments 5 et 5' grâce à leura carac 1 téristiques de fréquence proportionnelle à # . La différence est ensuite constituée pour les tensions des deux systèmes à gradient à l'aide de l'élément 6 ; grâce d l'élément 8 qui effectue la com- pensation, on obtient à la sortie 3 du dispositif une courbe de fréquence constante. L'élément déphaseur 7 qui est contenu dans le circuit du deuxième système à gradient, est dans cet exemple également un conduit de son comportant une section ultrasonore. Grâce à cette section, l'acuité de direction du dispositif peut être variée par la modification de la longueur utile de la section. Â cet effet, 1'd ment est réalisé de sorte que la longueur de la section de déphasa- ge puisse être variée progressivement ou par échelons. Dans des cas spéciaux, élément déphaseur 7 peut aussi e & re supprimé. Dans le dispositif illustré par ia fig. 1 pour la réception acoustique avec trois récepteurs du son, les longueurs des parcoure effectifs du son du microphone 1 au microphone i' et du microphone 1' au microphone 1" et aussi du premier système à gradient (t-1') au deuxième système à gradient (1 '-I") doivent être rigoureusement identiques, si l'on veut obtenir pour l'ensemble du dispositif la même fréquence limite supérieure que pour chacun des systèmes à gradients, fréquence qui est définie par le chemin a où a lieu la diffraction du son.Mais cela n'est possible que lorsque le microphone qui est spatialement situé entre les deux autres est compris dans le premier système à gradient et en momie temps dans le deuxième système à gradient. Toutes les autres solutions ne seraient pas asi-symétriques et conduiraient à des perturbations du champ acoustique. Naturellement, le principe illustré où l'un des récepteurs du son est compria dans différents systèmes à gradients peut aussi être appliqué - complété en conséquence - à des montages avec plus de trois récepteurs du son. C'est ainsi aue, par exemple, pour un dispositif à quatre récepteurs du son disposés à des intervalles a-réguliers, tel qu'il est illustré par la fig. 2, les microphones 1' et 1" avec les éléments y associés 2', 2", 3', 4' et 5' peuvent être compris dans le système à gradient suivant, formé par les récepteurs du son 1" et 1nul. il faut alors introduire, en supplément à un montage conforme à la fig. 1, encore l'amplificateur 2"', les éléments déphaseurs 3", 7 et 10, les éléments4" et 6 constituant des différences, ainsi que les éléments compensateurs 5" et 8'. Pour former la différence au dernier étage, il est prévu l'élément 9 qui est suivi de l'élément 11 pour la compensation de la courbe de fréquence et qui mène à la sortie B du dispositif. Le fonctionnement de ce dispositif est analogue à celui du dispositif selon fig. 1, si bien qu'il est inutile de le décrire ici plus en détail. Dans ce cas, tout comme pourtour autre dispositif analogue, seulement l'application du principe de l'invention assure qu'on ne soit pas obligé de se résigner à accepter une réduction de la fréquence limite supérieure, même en disposant les récepteurs du son coaxialement. La fig. 3 montre, en une vue latérale, un exemple de la conception d'un conduit de son comportant une section de propagation ultrasonore et servant d'élément déphaseur. l'émetteur 21 et le récepteur 22 ultrasonores sont des transducteurs électrostatiques, de préférence conçus d'après le pri6- pe de Sell. Leurs membranes 23 et 24 se font face. l'émetteur 21 est fixé sur un palier à tige filetée stationnaire qui est solidaire de la plaque de base 13. Le récepteur 22 est fixé sur le chariotl4 qui porte l'autre palier. Le talon 15 en queue d'aronde duchariot 14 est guidé dans une rainure longitudinale 16 de la plaque de base. La rotation de la tige filetée à pas fin et autofreinante 17 est obtenue à l'aide de la bague moletée 18. Utilement, l'ensemble qu'on vient de décrire est enfermé dans un bot- tier 19 dont les parois intérieures sont garnies d'un matériau absorbant 20. On élimine ainsi l'influence du réfléchissement. évidemment on peut aussi prévoir un élément déphaseur d'une autre construction mécanique appropriée. Si nécessaire, on peut aussi loger dans ledit bottier les éléments servant d'oscillateur, de modulateur, de démodulateur et d'amplificateur. L'oscillateur de ce dispositif peut en mEme temps être mis à profit pour servir de convertisseur continu - continu pour produire les tensions de polarisation pour les récepteurs du son du dispositif ainsi que pour l'émetteur et le récepteur ultrasonores. Selon fig. 4N le dispositif de fig. 1 est modifié en tant que des mesures sont prévues qui permettent de commuter les caractéristiques de directivité du microphone. Chacun des canaux aboutit à un dispositif à contacts I à Y et b à g d'un commutateur à plusieurs circuits, dont les différentes positions donnent les caractéristiques de directivité énumérées ci-dessous, en admettant que les récepteurs du son du dispositif sont des microphones à gradient de potentiel d'ordre zéro. Dans la position I de ce commatateur, on obtient une caractéristique omnidirectionnelle, dans la position I' une caractéristi- que en huit, si toutefois les contacts a et b sont simultanément reliés entre eux. Dans la position III, on a une caractéristique cardoïde si les contacts c et d sont sinniltanément reliés entre eux. Dans la position IV, on obtient la caractéristique directionnelle d'un microphone à gradient de pression de deuxième ordre, à condition que e'et f soient reliés, et une caractéristique différente du même ordre est obtenue dans la position V au cas oW f et g seraient reliés. L'acuité de la caractéristique de directivité en position V est plus grande que celle qu'on obtient en position IV. REVENDICÂTI ONS 1. Dispositif pour la réception directionnelle du son, caractérisé par la combinaison des particularités suivantes : - le dispositif comporte au moins deux récepteurs lu son (1, 1'..) disposés à un. écart défini l'un de l'autre et au moins un élé- ment déphaseur (3, 3'), ainsi qu'au moins un élément (4, 4'..) susceptible de constituer la différence entre les grandeurs élec- trique s représentant les grandeurs du champ acoustique qui agis sent sur les récepteurs du son - l'élément déphaseur est un conduit de son comportant une sec tion parcourue par le son et a dimensions définies, ce conduit n'influant pas sur la fonction transductrice individuelle des différents récepteurs du son. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectre de fréquence du son parcourant le conduit de son servant d'élément déphaseur est transposé dans une bande de fréquence plus aigue que celle du spectre du son dtorigine, de préférence dans le domcae ultrasonore, et en ce que le conduit de son est réalisé sé de manière correspondante. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il. est prévu trois récepteurs du son (1, 1', 1") et deux éléments déphaseurs (3, 3') et que l'un des récepteurs du son (1'), et de préférence celui qui est disS dans l'espace entre les deux autres (1, 1"), est connecté avec chacùn des autres de manière qu'un gradient de pression soit obtenu et ceci de telle façon que la connexion avec l'un (1) des deux autres récepteurs de son est effectuée par l'intermédiaire d'un élément déphaseur (3) tandis que la liaison avec le troisième récepteur du son (1n) se fait sans un tel élément qu'en plus le circuit du récep teur du son (1") qui est situé en dernier - en admettant l'inci dence du son du coté frontal (b) du dispositif - comprend, en amont du point de connexion, un autre elément déphaseur (3') et que, enfin, les tensions électriques répondant aux gradients de pression ainsi obtenues sont interconnectées pour constituer le gradient de pression de l'ordre supérieur suivant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un autre élément déphaseur (7) est prévu-en établissant l'intercon nexion pour la formation du gradient de pression de l'ordre su périeur suivant. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les éléments déphaseurs (3, 3'..., 7..., 10) présentent des ca ractéristiques concordante s. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fonctionnement concordant des éléments déphaseurs harmonisés est obtenu par un seul et même conduit de son comportant une section parcourue par le son (a), le spectre de son spécial as- socié à chacun des éléments déphaseurs étant transposé dans une hanse de fréquence plus aiguë, de sorte que le spectre passant par ladite section (a) du parcours représente la succession de tous les spectres spéciaux, la bande latérale inférieure ou bien la bande latérale inférieure et la fréquence porteuse étant de préférence supprimées. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de son servant d'élément déphaseur est réalisé de sorte que la longueur de la section parcourue par le son paisse être variée progressivement ou par échelon. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les récepteurs du son (1, i'...) sont des microphones à gradient de pression de l'ordre zéro. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les récepteurs du son (1, 1'...) sont des microphones à gradient de pression du premier ordre.