Brevet FR2365266A1 — publié le 19780414

La présente invention a pour objet un radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde, agencé acoustiquement de telle matière (clest- -dire dont les cavités et les ouvertures sont réalisées de telle manière) qu'il présente par rapport aux dispositifs connus de même destination une courbe pression sonore-fréquence plus large et plus régulière et une caractéristique directive en forme de cardiorde exempte de distorsion. On sait qu'actuellement Dn utilise de plus en plus ce qu'on appelle des transducteurs électro-acoustiques directif s. Non seulement le récepteur acoustique (microphone), mais aussi le radiateur acoustique sont munis d'un réseau acoustique (éléments acoustiques) tel qu'aux basses fréquences (et plus précisément lorsque le dimensionnement du transducteur est plus petit que la longueur d'onde), un système directif puisse être obtenu. Les trans ducteurs directifs offrent plusieurs avantages par rapport à ceux qui ne sont pas directionnels.Parmi ces avantages, on peut citer ceux qui réduisent la tendance à l'auto-excitation, créent la possibilité d'un choix de la direction du son, réduisent en outre les effets perturbateurs de la réflexion des ondes sonores et enfin améliorent la compréhensibilité de la parole. (Voir à tet égard : Unidirectionally radiating loudspeakers (Haut-parleurs à rayonnement unidirecionnel), conférence AES, 14-16 mars 1972, Munich). Aux hautes fréquences, le radiateur acoustique peut être réalisé en ce qui concerne son dimensionnement, c'est-à-dire sa surface de rayonnement, en fonction de la longueur d'onde ; l'orientation s'obtient dlelle-s8me et n'a donc pas besoin d'être déterminée séparément. Aux fré quences moyennes et encore plus aux basses fréquences, la longueur d'onde est trop grande pour qu'on puisse obtenir l'orientation en utilisant un radiateur acoustique de dimensionnement usuel.En effet, pour obtenir un rapport '7arant/arriere" de 9-iC dB a 100 Hz, on peut aisément calculer qu'une sur face de rayonnement d'environ 2 mètres est necessaire. (Voir Beranak "Acoustics" (Acoustique) Mc Craw-EilL 1954, Londres, page 104). Des radia teurs acoustiques présentant une caractéristique directive en forme de cardiotée peuvent assurer un tel rapport "'avant/arrière" avec un dimcnsionne- ment considérablement plus réduit, mais ils posent plusieurs problèmes qui limitent leurs possibilités d'utilisation.Parmi ces problèmes, on peut rnentionner l'inclinaison de la courbe pression sonore-fréquence du radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde. (Voir à cet égard : Balogh : Ausgleich der'Tieffrequenzubertragung von Lautsprechern mit Kardiodid-Richtkarakteristik (Uniformisation de la transmission en basse fréquence de haut-parleurs à caractéristique directive en forme de cardioïde) 6e conférence sur l'acoustique, 1976, Budapest).Un phénomène tout aussi désagréable réside en ce que la forme de cardioïde idéale de ia caractéristique directive est distordue si la longueur est commensurable avec la valeur du parcours de découplage acoustique du radiateur acouJtique, c'est-8-dire si I 'on a d ~ - X 4 (Voir : Olson : Gradient Loudspeaker (Haut-parleur à gradient) JAES, vol. 20, mars 1973, pages 86-93). Au cours de ses recherches, le déposant a également étudié à fond ce phénomàneparturbateur mentionné dans la littérature technique. Si le dispositif à caractéristique directive en forme de cardioïde connu est mesuré au point de vue de sa caractéristique directive, on constate de fortes irrégularités et distorsions indépendantes de la fréquence. (Voir : figure 1 et Iding et Beavers : Direction Loudspeakersystem (Système de haut-parleur directionnel), brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3.722.616 ainsi que figure 3). Le problème mentionne peut étire résolu par la présente invention qui assure que la courbe pression sonore-fréquence du radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardiolde reste plus horizontale, que la largeur de bande de fonctionnement théorique est pleinement utilisée et qu'on obtient une caractéristique directive exempte de distorsion. Le déposant a constatéque les problèmes qui se posent résultent du fait que le radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde et le dimensionnement de ses composants sont commensurables avec la longueur d'onde, ce qui est indésirable également à d'autres points de vue En consequenceJ le déposant a cherché (et trouvé) une solution qui permet d'éliminer ces problèmes.Le déposant a en outre constaté que ces phénomènes indésirables peuvent etre élimines s par une disposition géométrique appropriée du système d'ouvertures acoustiques qui communique avec espace acoustique extérieur du radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde, ainsi que par l'utilisation d'un système d'ouvertures supplémentaire. Compte tenu de ce qui précède, l'invention notamment pour objet un radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde qui est muni d'un haut-parleur comportant une bobine mobile, tandis qu'avec la membrane ou diaphragme de ce haut-parleur est couplé acoustiquement un élément de rotation de phase connu en soi, et tandis que le côte arrière de la membrane est lié par l'intermédiaire de cet élément de rotation de phase à l'espace acous'iquu extérieur.Le principe de l'invention réside en ce que la cavité adjacente u cet arrière de la membrane débouche, par l'intermédiaire d'un système ;"ouvertures acoustiques(formé d'une résistance acoustique (R2) Lt!ou "une masse acoustique (M3)) directement dans l'espace acoustique extérieur et/ou dans une autre cavit qui débouche à son tour, par l'intermé- diaire d'un autre système d'ouvertures (également formé d'une résistance acoustique etiou dune masse acoustique) dans ledit espace acoustique exté- rieur, l'agencement étant tel que les ouvertures débouchant dans ledit espace soient disposées sur les cOtés ou sur la surface arrière du radiateur acoustique ou au voisinage immcdiat des composants de celui-ci, de telle manière que la distance latérale moyenne entre les ouvertures atteigne, dans le cas optImal le double du parcours de découplage acoustique et soit en tout cas impéraLivement supérieure à la moitié de ce parcours. Dans un exemple d'exécution de l'invention réalisé d'après les caractéristiques qualitatives, il est très important que le parcours de découplage acoustique soit au maximum 1,2 rois plus grand que la largeur de la plaque frontale sur laquelle le haut-parleur est monté, tout en étant au moins 0,4 fois plus grand que cette largeur. L'allure exempte de distorsion de la réponse en fréquence et de la caractaristique directive est obtenue d'une manière particulièrement efficace dans un autre exemple d'exécution de l'invention, dans lequel le premier système d'ouvertures présente une géométrie analogue à celle du second système d' ouvertures, tout en ne comportant éventuellement que des ouvertures ayant toutes des dimensions différentes Une autre réalisation avantageuse de l'in vention réside en ce que le premier système d'ouvertures comprend au moins deux ouvertures et en ce que celles-ci sont liées au second système par l'intenmédiaire de deux cavités (tubes) séparées, chacun de ces tubes présentant au moins une ouverture et ces dernières ouvertures débouchant soit directement, soit par l'intermédiaire d'un matériau présentant une résistance acoustique, dans l'espace acoustique extérieur. Chacune des cavites (tubes) pénètre partiellement dans la cavité adjacente à la membrane et/ou fait partiellement saillie dans l'espace acoustique extérieur. On peuc réaliser d'une manière simple une forme d'exécution dans laquelle la cavité intermédiaire (tubes) est remplie d'un matériau amortissant le son tel que de la ouate ou un matériau mousse. On obtient une caractéristique directive en forme de cardioïde très approchée dans un exemple d'exécution de l'invention, dans lequel la résistance acoustique des premier et second systèmes d'ouvertures, conjointement à une capacité acoustique caractérisant les cavités, offrent une constante de temps dont la valeur carac térise le parcours de découplage acoustique.D'une manière analogue, il est avantageux que les masses acoustiques des systèmes d'ouvertures et les capacités acoustiques caractérisant les cavités soient dans un rapport détcrminé avec la constante de temps caractérisant le parcours dedécouplageacous tique. La construction peut autre simplifiée dans un exemple d'exécution de l'invention, dans lequel la résistance et la masse acoustiques formées par le système d'ouvertures acoustiques ou par une partie de celui-ci peuvent autre ajustées manuellement(d'une manière connue en soi) à la valeur désirée. L'avantage de l'invention réside en ce qu'on peut obtenir, d'une manière relativement simple, une courbe pression sonore-fréquence régulière et exempte de fluctuations et en ce que la caractéristique directive n'est pas distordue, même lorsque la longueur d'onde acoustique est inférieure au double du parcours de découplage acoustique. En même temps, on peut utiliser un parcours de dé couplage acoustique plus long que dans les solutions connues, de sorte qu'on peut obtenir une plus grande largeur de bande avec une limite inférieure plus basse de la bande passante. L'information transmise par le radiateur acoustique suivant llinventíon est plus claire, sa compréhensibilité est meilleure, la réflexion sonore est améliorée et le risque d'une autoexcitation acoustique est diminué. D'autres caractéristiques de l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description détaillée qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un système radiateur à caractéristique directive en forme de dardioSde connu - la figure 2 représente la courbe pression sonore-fréquence mesurée du système radiateur acoustique représenté sur la figure 1 - la figure 3 représente la caractéristique directive (mesurée à un certain nombre de fréquences) du radiateur acoustique de la figure 1 - la figure L est une représentation schématique d'un Premier exemple d'exécution de l'invention - la figure 5 est un schéma symbolique du circuit électrique équivalent du dispositif de la figure 1 - la figure 6 représente la courbe pression sonore-fréquence mesurée du radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde représenté sur la figure 4 - la figure 7 représente la caractéristique directive (mesurée à un certain nombre de fréquences) du radiateur acoustique à caractéristique en forme de cardiorde suivant l'invention - la figure S est une représentation d'un second exemple d'exécution de l'invention - la figure 9 représente un troisième exemple d'exécution de celle-ci ; et - la figure 10 en représente un quatrième exemple d'exécution. Sur la figure I est représente schématiquement un dispositif radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardiorde connu Le haut-parleur dynamique (ou électrodynamique) qui est muni d'une bobine mobile est fixé sur une plaque frontale (de largeur S). Le haut-parleur comporte une membrane (ou diaphragme) qui présente un diamètre D et une impédance acoustique Z1 bloquée dans la bande de fonctionnement par la masse M1. Au cté arrière de la membrane est adjacente une cavité caractérisée par une capacité acoustique Co. Dans espace acoustique extérieur -débouche le système d'ouvertures acoustiques caractérisé par une résistance acoustique R2 et par une masse acoustique M2 Le parcours de découplage acoustique (qui correspond en fait à la distance entre les deus "portes" acoustiques) est désigné par d. Sur la figure 2 est représentée la courbe pression sonorefréquence mesurée du radiateur acoustique de la figure 1. Aux basses fréquences de la courbe, autour d'environ 1000 Hz, le niveau de la pression sonore est inférieur de 6 dB au niveau correspondant aux fréquences élevées. Sur la figure 3, on peut voir la caractéristique directive mesurée du radiateur acoustique de la figure 1. D'après la série de courbes représentée, on peut voir que la forme de la caractéristique directive est fortement dis tordue, en particulier aux environs de ZOOO Hz. Sur la figure 4, on peut voir un premier exemple d'exécution de l'invention. Le haut-parleur dynamique (qui comporte une bobine mobile) est monté sur la plaque frontale (de largeur S). La membrane présente un diamètre D et une impédance acoustique Z1 (Mî) Au c6té arrière de la membrane est adjacente la cavité qui présente une capacité acoustique C'o. Entre une seconde cavité C2 et la première est pratiqué un système d'ouvertures acoustiques qui présente une résistance acoustique R2 ou une masse acoustique M2. Le second système d'ouvertures acoustiques, qui débouche dans l'espace acoustique extérieur, est caractérisé par une résistance acoustique R3 ou par une masse acoustique M3. On obtient une courbe pression sonore-fréquence exempte de distorsion et une caractéristique directive également assez peu distordue, si les ouvertures sont disposées suivant l'invention, c'est-à-dire si la d condition préalable h 2 est remplie. En même temps, 2 le parcours de découplage acoustique d est choisi égal à la largeur de la plaque frontale. Par ailleurs, la distance moyenne h entre les ouvertures du second système est choisie de telle manière qu'une disposition géométrique rectangulaire soit formée près des bords arrière de la plaque arrière, avec de préférence h = lLt. On peut considérer comme avantageux un exemple d'exécution dans lequel lue rectangle possède des cotés h et h' relatifs au deuxième système d'ouvertures(comme le premier système d'ouvertures),avec une disposition géométrique analogue à celle de celui-ci, bien que le premier système d'ouvertures puisse présenter des éléments acoustiques ayant des valeurs différentes et un diamètre de ses ouvertures différent. Sur la figure 5, on peut voir le circuit électrique équivalent du dispositif de la figure 4. Les références ont déjà été partiellement mentionnées ci-dessus. L'impédance de rayonnement de la membrane est désignée par Z sl > la seconde porte acoustique est Zs2 s2 cette porte acoustique Z s2 représente en fait l'impédance du rayonnement acoustique du système d'ouvertures communiquant avec l'espace acoustique extérieur. Pour obtenir une caractéristique directive en forme de cardioïde exacte (ce qui est généralement d désirable), il est nécessaire que la constante de temps d/c du parcours de découplage acoustique d soit analogue à la constante de temps résultante des éléments de rotation de phase. A cet effet, la condition préalable suivante doit être remplie d = R2 Co + R3 (Co + C2) c Pour obtenir une caractéristique directive en forme d'hypercardioïde, c'est-adire de cardoTde imparfaite, il faut s'écarter de cette équation. Des recherches théoriques et pratiques ont montré qu'au lieu d'une égalité, c'est une inégalité qui doit être satisfaite pout obtenir une valeur optimale de la masse acoustique Cette inégalité peut être représentée par la relation suivante En pratique, on obtient de bons résultats avec les inégalités suivantes R2 # R3 et M2 # M3 ; souvent, on a R3 = O et M2 = 0. Sur la figure ívX on peut voir la caractéristique directive de courbe pression sonore-fréquence mesurée du radiateur acoustique de la figure C radiateur acoustique présente les mêmes dimensions que celui de la figure Le haut-parleur est réalisé d!une manière analogue. La courbe mesurée présente une inclinaison pl"s faible que cellc qu on constate avec la solution connue, en particulier dans la bande voisine de 1000 Hz. Sur la figure 7, on voit'une série des caractéristiques directives d'un radiateur acoustique du type de la figure 4. Ces caractéristiques directives présentent une différence appréciable par rapport à celles qu'on obtient avec une solution connue. Dans la bande voisine de 2000 Hz, la caractéristique directive ne présente pas la forme d'un Itsil mais celle d'une cardiorde. Sur la figure 8, on peut voir un autre exemple d'exécution de l'invention. Le premier système S'ouvertures est réparti uniformément sur la cloison intérieure. Les ouvertures communiquant avec l'espace acoustique extérieur sont disposées autour de ld périphérie. Le parcours de découplage acoustique d, la largeur S de la plaque frontale (largeur qui dans cette variante est en .nême temps un diamètre) et la distance latéraie h entre les ouvertures sont indiqus sur la figure, Sur la figure 9, on voit un autre exemple d'exécution de l'invention. Dans cette variante, le premier système d'ouvertures est constitué par une multiplicité de perforations et est caractérisé par une résistance acoustique R2 ou par une masse M2, Le premier système d'ouvertures est formé sur les parois intérieures respectives de quatre cavités librement conductrices tandis que le second système d'ouvertures est formé sur la paroi extérieure, La capacité acoustique formée par chacune de ces cavités est désignée par C4 et la masse par M Chacune de ces cavités communique avec la cavité principale de capa cité C . Si l'on utilise une plaque frontale carrée, alors on a avec des o caractéristiques directives horizontales et verticales analogues, h = h'. Sur la figure 10, on voit un autre exemple d'exécution. A ce radiateur acoustique sont incorporés deux haut-parleurs. 'Quatre cavités acoustiques tubulaires (telles que C4, M4) qui partent chacune d'une partie du premier système d'ouvertures -(R2J M2), traversent la paroi du radiateur acoustique pour déboucher dans l'espace acoustique extérieur. On peut ainsi, avec une périphérie relativement petite, réaliser la condition optimale h = 2d. Dans cet exemple d'exécution, les cavités tubulaires sont remplies de ouate ou d'un matériau mousse. Le second système d'ouvertures est caractérisé par une impédance de rayonnement R3 et par la masse M3 de l'extrémité libre du tube Ici encore, il est avantageux d'avoir h', h'. Les autres références sont analogues à celles des figures précédentes. Bien entendu, diverses modifications peuvent Etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement d titre d'exemples, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioSde, à haut-parleur dynamique comportant une bobine mobile, comprenant des éléments de rotation de phase du type RC (résistance-capacité) connus en eux-mnes adjacents à une membrane tandis que le cRté arrière de celle-ci communique avec l'espace acoustique extérieur, ledit radiateur acoustique étant caractérisé en ce que la cavité adjacente au csté arrière de la membrane communique par l'intermédiaire d'un premier système d'ouvertures acoustiques (réalisé au moyen d'une résistance acoustique et/ou d'une masse acoustique) directement avec l'espace acoustique extérieur et/ou avec une autre cavité, qui débouche par l'intermédiaire d'un autre système d'ouvertures (constitué par une résistance acoustique et/ou une masse acoustique) dans ledit espace acoustique extérieur, l'agencement étant tel que les ouvertures communiquant avec l'espace acoustique extérieur soient formées sur les cotés arrière ou sur la paroi arrière près de ses bords et que la distance latérale (h) entre les ouvertures corresponde, dans le cas optimal, au double du parcours de découplage acoustique (d) et soit en tout cas plus grande que la moitié~de ce parcours, c'est-à-dire qu'on ait h > d/2. 2. Radiateur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le parcours de découplage acoustique (d) est au plus 1,2 fois plus grand que la largeur (S) de la plaque frontale, mais au moins 0,4 fois plus grand que ladite largeur c'est-à-dire qu'on a 0,45 - d l,2 S. 3. Radiateur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier système d'ouvertures acoustiques est disposé sur une cloison intérieure les ouvertures-de ce système présentant la meme disposition géométrique que celles du système d'ouvertures acoustiques disposé sur la plaque arrière. 4. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier système d'ouvertures acoustiques comprend au moins deux ouvertures liées par l'intermédiaire d'au moins deux cavités intermédiaires séparées (tubes) au second système d'ouvertures acoustiques, tandis que ce dernier comporte au moins une ouverture débouchant, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une résistance acoustique, dans l'espace acoustique extérieur, chacune desdites cavités intermédiaires pénétrant partiellement dans la cavité adjacente à la membrane et/ou faisant saillie partiellement dans l'espace acoustique extérieur. 5. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cavités intermediaires (tubes) sont remplies d'un matériau amortissant le son. 6. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioSde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la constante de temps d déterminée par la résistance acoustique du premier système d'ouvertures et par la résistance acoustique (R3) du second système d'ouvertures ainsi que par le parcours de découplage acoustique (d) remplit la condition suivante d = R C + C2 > c R2Co + R3 (CO 2 7. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioïde selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé en ce que la constante de temps (cd) déterminée par la masse acoustique (M2) du premier système d'ouvertures et par le parcours de découplage acoustique (d) remplit la condition suivante 8. Radiateur acoustique à caractéristique directive en forme de cardioTde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance et la masse acoustiques déterminées par les ouvertures acoustiques ou par une partie de celles-ci sont conçues de manière à être ajustables manuellement, d'une manière connue en soi, à une valeur désirée.