Brevet FR2332671A1 — publié le 19770617

L'invention concerne l'ensemole électroacoustique comportant une enceinte acoustique avec un ou plusieurs haut-parleurs, un amplificateur de puissance, un dispositif d'asservissement (Motional Feedback), et des circuits électriques correcteurs. Le but de i1invention est dtaugmenter le rendement énergétique dudit ensemble, permettant d'obtenir une puissance acoustique suffisante aux fréquences très graves avec une puissance électrique modérée et un faible déplacement de fa membrane du haut-parleur. On connait bien le principe général d'asservissement des haut-parleurs énoncé dans le brevêt de Voigt de 1924, qui permet d'éliminer l'effet de la résonance principale de enceinte par la rétroaction du signal provenant de la mesure du mouvement du hautparieur. L'intéret général ue ce principe est comme suit La tendance dans la haute fidélité est d'élargir la banae passante reproduite par l'enceinte, vers les fréquences dites sous-graves (de 60 à 30 Hz).Or, dans les enceintes non-asservies, la limite in@érieure do la bande passante est de terminée par la résonance du haut-parleur, dont la fréquence est où S est la surface de la membrane, M - sa-masse, et Q - le volume de l'enceinte (en unités cgs). Le calcul montre qu'une fréquence de résonnance aussi basse que fO = 30 Hz avec des valeurs raisonnables de M et S, demande un volume de enceinte (Q) supérieur à 100 litres, ce qui est prohibitif à cause des vibrations des pa- rois de laébénisterie. Ainsi, les enceintes non-asservies de dimensions raisonnables (en dessous de 50 litres) ont habituellement une fréquence de @ésonnance (fO) siLuée entre 60 et 80 Hz Ici inzervient le système dtasservissement qui permet d'éliminer la resonance du haut-parleur et otelargir la banue passante en dessous ae la fréquence de cette resollance à l'aide de correc- teurs électriques adéquats. Jusqu'à présent, les perfectionnements dans des systèmes d'asservissement et des brevêts connus y afférents concernaient les divers moyens de mesurer le mouvement du haut-parleur, tels qu'un pont d'impédance motionelle , divers types de capteurs de vibration, etc. Mais toutes ces réalisations connues avaient un défaut commun, c'est à dire, un rendement énergétique extrèmement faible aux fréquences sous-graves, qui obligeait les constructeurs à limiter la bande passante à quelques 45-50 Hz. Ainsi, les avantages théoriques de l'asservissement n'ont pu etre exploités que partiellement, ce qui -en comparaison auditive avec de bonnes enceintes non-asservies- ne justifiait pas toujours l'intérêt de cet asservissement. Le rendement énergétique extrèmement faible dans la zone des sous-graves, provient du fait que, contrairement aux enceintes classiques, les enceintes asservies travaillent en dessous de leur fréquence de résonance. Dans cette zone de frequence, l'impédan- ce acoustique interne de l'enceinte, rapportée sur la surface du haut-parleur, est égale à /Xc/ = K 52 / Q f (2) où K est le coéfficient de proportionalité d'une valeur quelconque. D'autrefpart, la cbarge utile fournie par la résistance de rayonbement dans la zone de fréquences graves, est égale à : Ra = K s2 f2 (3) La figure 1 montre une désadaptation flagrante de l'impédance interne des enceintes asservies connues (courbe de la formule 2) à la résistance de charge (courbe de la formule 3), en comparaison avec l'impédance interne d'une enceinte non-asservie (courbe pointillée C). Le calcul du rendement énergétique s'obtient à partir du rapport de la puissance acoustique rayonnée (We) à la puissance électrique fournie (We). Ces deux grandeurs sont respectivement Wa = V2 Ra = KV2 . f2 = K D2 s2 f4 (4) où V est la vitesse, et D -le déplacement de la membrane, et We = K 12 = K F2 = K V2 xC2 = K V2 S4/Q2 f2 = K D2 S4/Q2 (5) A partir de ces équations, et après l'élimination du paramètre S, on obtient la formule pour le rendement énergétique en fonction du déplacement de la membrane (D) ft = Wa/We = K Q2 D2 f8/Wa (6) Or, le déplacement admissible de la membrane du haut-parleur (D) est touJours limité par les considérations de distorsion, intermodulation, effet Doppler, etc... Mais, on voit qu'en réduisant le déplacement de la membrane à une valeur admissible et en aucun mentant de la même proportion la surface de la membrane S pour maintenir la même puissance rayonnée (équ. 4) on réduit le rendement énergétique ) proportionnellement au carré de D, ce qui mène à des exigeances prohibitives de la puissance électrique de l'amplificateur. On volt que malgré leurs possibilités théoriques, les enceintes asservies connues sont p etiquement inutilisables aux fréquences extrêmes graves. La présente invention élimine cette difficulté en introdui sant un adaptateur d'impédances asservi, dont le schéma analogique est représenté par la fig. 2. Ce transformateur, de type pneu mastique, est réalisé sous forme d'un radiateur auxiliaire (piston) massai @ désanorti (fig. 3), dont la masse (m) conjointement avec la rigidité de l'air dans 11 enceinte, rapportée sur la surface dudit radiateur (l/Ca), sont accordée 2 la limite inférieure de la bande passante souhaitée Le terme : "pisten désamorti" veut dire que 11 enceinte est inté- rieurement réfléchissante, et que la suspension du piston a des faibles pertes internes. A la fréquence de sa résonance (fb), le circuit accordé (m- Ca) présente à la membrane du haut-parleur une grande charge acous -tique qui diminue l'excursion de cette dernière (D) par rapport à l'excursion du piston passif (Dp) Dp = n D de sorte que dans une zone de fréquences autour de fb, c1 est le piston passif qui assume la fonction du radiateur. Le piston passif pouvant exercer un grand déplacement dans les limites de linéarité sans intermodulation ni effet Doppler, l'augmentation de la valeur D en Dp = nD dans la formule 6, donne une augmentation du coéfficient du rendement (@) dans le rapport de n. Dans une enceinte intérieurement réfléchissante, on peut obtenir une valeur de n = 4,5 qui augmente le rendement énergétique de l'enceinte de 20 fois. Ceci permet d'abaisser la limite de la bande passante jusqu'à 30 Hz, avec une puissance rayonnée suffisante, un faible déplacement de la membrane du haut-parleur actif, et une puissance électrique raisonnable. Suivant la présente invention, le rôle d'asservissement électronique prend une toute autre signification. Contrairement aux systèmes d'asservissement connus, il sert à éliminer non la résonance propre du haut-parleur, mais bien les deux raisonances parasitaires du piston fl et f2, reflétées dans le haut-parleur actif par le couplage pneunatique entre ces deux éléments (fig. 3). Ces résonances de type "série" qui se manifestent par les maximes de vitesse du haut- parleur actif, sont facilement éliminées par l'asservissement, ta s que la résonance principale du piston a b étant de type "parallèle", immobilise la membrane du haussement parleur et ne subit aucun amortissement de la part de l'aservis/ Il est évident que la présente invention s'applique à toutes les méthodes qui peuvent être utilisées pour la mesure du mouvement du haut-parleur actif dans le circuit de rétroaction, tels que le pont dtimpédance motionelle, capteurs de vitesse, d'accélération, etc... Le transformateur d'impedances realisé sous forme de piston désamorti dans l'enceinte asservie, ne doit pus être confondu avec des ensembles connus, dits "acti-passif", utilisés fréquement dans les enceintes non-asservies. Ces dernièrs ne sont pas capables d'assumer le r81e de transformateurs d'impedances pour des raisons suivantes 1. Dans les enceintes passives, l'amortissement des résonances génantes du piston ce fait à l'aide de matériaux acoustiques absorbants placés à l'intérieur des enceintes, qui amortis sent également la résonance bénéfique fb. 2. Le mouvement du piston à la fréquence de résonance fg est d'office très faiDle à cause de la masse du piston, de sorte que sans correcteurs électriques faisant partie de l'enceinte suivant la présente invention, il ne joue aucun rôle dans la transmission de puissance. Suivant la présente invention, la construction du radiateur passif doit lui assurer la plus grande liberté de mouvement axlal, tout en éliminant la possibilité d'oscillations en modes supérieurs. Suivant la presente invention, le piston est réalisé sous forme d'un cône rigide suspendu par une périphérie très souple, et maintenu dans un deuxième plan par une membrane ondulée Afin de maintenir la fréquence de résonance mécanique du piston fp loin en dessous de la bande passante, ladite membrane est pourvue d'ouvertures (fig. 4) qui augmentent considérablement sa souplesse axiale (Cp) tout en conservant sa rigidité transversale qui empêche les oacillations on modes supérieurs. Une réalisation technique du cône dudit radiateur passif con- sixte en la combinaison d'un cône en papier colé à la périphérie souple et à la membrane ondulée, et d'un cône metallique épousant la forme dudic cône en papier et colé à ce dernier. Cette realisation assure une masse souhaitable (Z) de la partie viurante et une sécurité de fonctionnement suffisante. R E V E N D I C A T I O N S 1. Enceinte acoustique équipée d'un ou plusieurs haut-parleurs, et associée å un amplificateun de puissance pourvu d'un dis positif de retroaction motionelle et des eircu@ts électfiques de correction renrorant les fréquences graves caracterisée par le fait qu'elle comporte un transformateur d'impedances acoustiques sous forme d1un radiateur passif des@morti, dont la masse conjointement avec la rigiuite ae l'air dans lten- ceinte rapporte sur i surs du piston sunt accordees à la limite in@erieure de la bande passante et dont les reso nuances autres que la resonance précitee, reflétées dans le haut-parleur actir par le couplage pneumatique entre ces deux lements, sont éliminées par ledit dispositif de rétroaction motionelle. 2. Enceinte acoustique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ses parois interieures sont acoustiquement reflechissantes aux frequences graves. 3. Enceinte acoustique selon la revendication 1 ou 2, caratérisee par 1 fait que la masse du radiateur passir conjointement avec la figidité de la suspension mecanique, sont accordés à une tréquence d'au moins une octave en dessous de la limite inférieure de la bande passante. 4. Enceinte acoustique selon une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que le radiateur passif est constitué d'un cône suspendu dans un plan par une périphérie élastique portant une ou plusieurs corrugations, et dans l'autre plan, par une membrane élastique ondulée. 5. Enceinte acoustique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la membrane ondulée soutenant le cône du radi ateur passif, comporte les découpes qui augmentent sa souples se dans le sens axial. 6. Enceinte acoustique selon la revendication 4 ou 5, caractari- e par le fait que le radiateur passif est réalisé sous fore d'un cône en papier colé â ladite périphérie élastique et â ladite membrane ondulée, auquel est colé un deuxième cone en tale métallique, qui épouse la forme dudit cône en papier.