Brevet FR2362547A1 — publié le 19780317

L'invention se rapporte aux ensembles électro-acoustiques qui comportent : un ou plusieurs amplificateurs de puissance, un ou plusieurs haut-parleurs, un ou plusieurs dispositifs d'asservissement cinétique et une enceinte munie d'une ligne acoustique. Dans une des alternatives de la présente invention, ladite enceinte comporte, en plus , une oham- bre de compression insérée entre les haut-parleurs et I'entrée de ladite ligne. Dans une autre alternative, l'enceinte comporte en plus, un pavillon frontal placé devant les haut-parleurs. Le but de la pressente invention est d'obtenir aux fréquences tres graves, un rendement énergétique et une puissance acoustique rayonne qui sont de loin supérieures à ceux des enceintes asservies connues. Un deuxième but de la pressente invention est de rendre ce rendement moins dependant de la charge acoustique présentée par l'air ambiant, c'est-a- dire, de la position de l'enceinte dans un local ou en plein air. Le but supplémentaire de l'alternative avec la chambre de compression, est de pouvoir raccourcir ladite ligne acoustique, en gardant les mêmes performances musicales. Le but supplémentaire de l'alternative avec le pavillon frontal, est d'augmenter le rendement énergétique dans la zône de fréquences moyennes et moyennes-graves, pour l'aligner au rendement élevé de la ligne acoustique. On sait que les enceintes asservies connues sont basées, le plus souvent, sur le principe acoustique d'enceinte close, et que leur rendement énergétique aux fréquences en dessous de la résonance naturelle, est extrêmement faible. Une certaine amelioration de ce rendement a e été obtenue dans une version déJà connue qui utilise un haut parleur (piston) passif asservi. Mais le système suivant la pressente invention, procure dans cette zone de fréquences, un rendement énergétique encore supérieur qui, de plus, est moins dépendant de l'entourage acoustique de l'enceinte. Un exemple non limitatif du diffuseur selon la présente invention est représenté sur la fig. 1. Il comporte un amplificateur de puissance 1, un dispositif d'asservissement 2, un haut-parleur 3 et une enceinte 4 quine d'une longue ligne acoustique 5 et, en option; d'une chambre de compression 7. La longueur de la ligne 5, conjointement avec la masse de rayonnement ga à sa sortie 6, est choisie pour que le premier maximum de son impédance d'entre (Zi) tombe à la limite intérieure (fO) de la bande passante. A cette fréquence, la ligne constitue un transformateur acoustique qui adapte la grande impédance mécanique de la membrane 3 à la faible résistance utile de rayonnement à la sortie 6. Ceci permet de rayonner une grande puissance acoustique avec un grand déplacement de l'air à la sortie 6, pour un très faible déplacement de la membrane 3. Le schéma analogique du système selon la présente invention, ninsi que le graphique de la composante réactive parallèle jXi de l'impédance d'entre de la ligne 5, sont représentées respectivement sur les figures 2 et 3. Ce dernier graphique montre que la résonance bénéfique de la ligne à la fréquence f0 est accompagnée de deux résonances gênan- tes à des fréquences f1 et f2 qui résultent de la combinaison de la réactance jXi avec la reactance mécanique du haut-parleur jXh. Mais dans le système suivant la présente invention, ces résonances gênantes se reflètent dans le haut-parleur sous forme des maxima de son mouvement et sont éliminées de façon sélective par le système d'asservissement 2. D'autre part, la résonance bénéfique à la fréquence f0 se reflète dans le haut-parleur comme un minimum de son mouvement, de sorte qu'elle n'est affect par ledit système d'asservissement quten fonction de la charge acoustique Ra ce qui sera expliqué plus loin. La supériorité du rendement énergétique du système selon la présente invention par rapport au système à piston asservi qui est déjà le plus efficace parmi toutes les enceintes asservies connues, peut être démon- tré sur un simple exemple numc'rique. Prenons une enceinte de volume tZ = 50 litres qui permet de loger une ligne acoustique repliée de longueur I de quelque 2,2 mètres.Cette longueur donne la résonance bénéfique à la fréquence fO d'environ 35 IIz, et sa section sera(en unités c g s): S = # = 226 cm2 (1) qui équivaut à celle d'un tube de 17 cm de diamètre La masse de rayonnement à la sortie de ligne sera :: Ma = ma S = 1,01.10 -2 226 = 2,3 g (2) qui, à 35 llz, correspond à la réactance mécanique de Xa = 2 n 0 Ma = 500 #m. (3) Or, pour-accorder un piston passif dans un volume Q = 50 litres à 35 Hz, la masse de piston doit être qui, à la fréquence de 35 Hz, correspond à la réactance mécanique de Xp = 2 rk fo Mp = 7500 #m. (5) D'autre part, la résistance utile de rayonnement à la fréquence fO en l'air libre d'une source de 17 cm n'est que :: Ra (5o) = S ra (fo) = 226.7.10-2 = 16# m (6) Les mesures effectues à l'Université de Bruxelles ont demontré que la assistance utile R a (fo) o peut monter jusqutà quelque 200 # m, lors- que le haut-parleur se trouve dans un local et lorsqu'il est bien positionné par rapport aux sons propres de la salle. Les réactances Xa et Xp peuvent être assimiles à l'impédence intente d'une source qui travaille sur la charge utile Ra On voit nue la rac- tance de la ligne acoustique (500#m) sera toujours beaucoup mieux adap- tée à la résistance utile de rayonnement (16-200#m) que la réactance d'un piston ou d'un haut-parleur asservi dans une enceinte close (7500#m). Ceci explique la supériorité du système faisant l'objet de la présente invention, sur toutes les enceintes asservies connues jusqu'à présent. Le deuxieme avantage de ce nouveau système est que son rendement énergétique élevé aux fréquences extrêmes graves est aussi moins depen- dant de l'entourage acoustique, c'est-à-dire de la valeur Ra présentée à l'enceinte par l'air ambiant. Cet avantage est obtenu par llaction commune de l'adaptateur d'irnpé- dances formé par la ligne acoustique 5, et du système d'asservissement 2. La figure 4 montre qu'a la fréquence fo, la résistance d'entre de la ligne Ri est une fonction de croissante de la résistance de rayonnement Ra Ainsi, lorsque cette dernière est très faible, par exemple, en plein air ou dans un noeud de pression dans un local, la résistance d'entre Ri prend des valeurs très élevées. Mais, le système d'asservissement rend la vitesse de la membrane Vh pratiquement constante, de sorte que le transfert accru de la puissance du haut parleur vers la ligne : Wi= Vh2 Ri compense la perte due à la faible valeur de Ra Réciproquement, lorsque la position de l'enceinte dans un local procure une plus grande valeur de Ras la valeur de Ri diminue et le haut parleur 3 fournit moins de puissance à la ligne, vu que sa vitesse est freinée par le système d'asservissement 2. On voit que l'enceinte selon la présente invention s'adapte automatiquement à la valeur de la charge Ra pour rayonner à la fréquence fO une puissance acoustique beaucoup plus constante que les enceintes asservies connues. L'enceinte asservie selon la présenté invention ne doit astre en aucun cas confondue avec des enceintes passives connues dites à ligne de transmission" ou à labyrinthe". Dans ces enceintes connues, les résonances gérantes de la ligne sont plus ou moins atténuées à l'aide des absorbants acoustiques qui annulent en même temps toute action de la résonance bénéfique fo.Ce n'est que la combinaison de la ligne 5 avec le système d'asservissement 3 préconisée dans la présente invention, qui permet d'éliminer les résonances gênantes de la ligne(fn et f2) de façon sélective, et de rendre l'action de la résonance bfnéfique f0 non seulement efficace mais aussi pratiquement indépendante de la valeur de Ra présentée à l'enceinte par l'air ambiant. ta ligne acoustique 5 peut titre techniquement réalisée soit sous forme d'un tunnel replié de section rectangulaire représenté sur les fig. 1 et 6, soit sous forme de tubes placés coaxialementSau moins dans la première partie de la ligne qui comporte des grandes pressions acoustiques à la fréquence fO. La section de la ligne peut être constante ou légèrement croissante de façon continue ou par petits sauts. L'alternative de la présente invention avec la chambre de compression 7 a l'avantage pratique de permettre la réduction de longueur de la ligne 5 pour la même fréquence d'accord fO. Le graphique 5 montre la valeur de jXi à la fréquence fixe fo, en fonction de la longueur de la ligne, en comparaison avec la réactance de la chambre de compression Xc = j/2 n 0 C7.Cette dernière se trouve branchée en parallèle sur Xi (voir schéma analogique à la fig.2), de sorte que le maximum de la charge présentée à haut-parleur à la fréquence fOs correspond non plus à la longueur de la ligne limais bien à la longueur l'où (Xi = - Xc) Cette économie de la longueur de la ligne : bl = lo - lb, représente un grand avantage pratique dans la construction des enceintes. L'autre alternative de la présente invention avec le pavillon fronts est représentée sur la fig. 6. Ici, on tire profit du grand rendement de la ligne aux fréquences très graves pour augmenter aussi le rendement de l'enceinte aux fréquences moyennes et moyennes-graves à l'aide d'un court pavillon exponentiel, hyperbolique ou similaire 8, placé devant le ou les haut-parleurs 3. Ce rendement peut être encore augmenté à l'aide d'une chambre de compression 9 qui permet de loger le ou les haut-parleurs 3 de surface active égale ou supérieure à la-surface d'entrée du pavillon 8. Cette version d'enceinte selon la présente invention est surtout intéressante pour la reproduction du son en plein air ou dans des grandes salles fortement absorbantes, où la valeur de Ra est relativement faible. B3VENDICATIONS 1. Enceinte asservie comportant un ou plusieurs amplificateurs de puissance (1), un ou plusieurs haut-parleurs (3) et un ou plusieurs dispositifs d'asservissement cinétique (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un adaptateur acoustique sous forme d'une ligne acoustique (5) accordée à la limite inférieure (fO) de la bande passante, les résonances gênantes de la ligne (f1 et 2) étant élimines par ledit système d'asservissement (2), tandis que le transfert de puissance du haut-parleur (3) vers la ligne (5) à la fréquence fO, est règlé par le dit système dlasservissement (2) en fonction de la charge acoustique utile(Ra) présentée à l'enceinte par l'air ambiant. 2. Enceinte asservie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte aussi une chambre de compression (7) insérée entre le haut parleur (3) et l'entrée de la ligne acoustique (5), ladite chambre permettant de raccourcir la ligne (5) pour la même fréquence d'accord (fo)v 3. Enceinte asservie selon la revendication 7 ou 2, caractérise en ce quelle comporte un pavillon exponentiel, hyperbolique ou similaire (8), placé devant le ou les haut-parleurs (3). 4. Enceinte asservie selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de compression (9) insérée entre le ou les haut-parleurs (3) et l'entrée dudit pavillon (8).