Brevet FR2366767A1 — publié le 19780428

L'invention a pour objet de nouveaux baffles réflexe à haut rendement. Ces appareils sont essentiellement des enceintes, en bois le plus souvent, sur la face antérieure desquels est ménagée au moins une ouverture, dans laquelle se trouve disposé au moins un hautparleur, ces appareils ayant pour objet de traiter les ondes sonores émises vers l'arrière du haut-parleur afin d'améliorer la réponse de ce dernier en basse fréquence et d'augmenter le rendement acoustique de l'ensemble. Les baffles réflexe sont des enceintes dont la face antérieure présente un évent qui permet l'évacuation des ondes sonores qui se sont réfléchies sur les parois internes de l'enceinte et qui viennent ainsi, pour certaines frequences, renforcer les ondes sonores émises directement vers l'avant de l'appareil. Un tel appareil, appelé quelques fois inverseur de phases, s'il permet de renforcer le rendement acoustique des ondes graves, présente cependant l'inconvénient de posséder un rendement acoustique global faible, du fait que nombre d'ondes "se perdent" à l'intérieur du baffle. On a aussi proposé des baffles dits "labyrinthe". Ce sont des baffles réflexe dont l'intérieur comporte des chicanes garnies-superficiellement, comme les parois intérieures de l'enceinte ellemême, d'un matériau acoustique absorbant (laine de verre, notamment) Les ondes sonores sortant de l'enceinte par l'évent ont donc parcouru, dans cette enceinte, certains trajets dont la longueur est telle que les ondes sortantes sont en majorité décalées d'une demi longueur d'onde pour la fréquence propre du haut-parleur. Ces ondes, pour une fréquence moitié de celle-ci, se trouvent donc en phase avec les ondes émises directement par ce même haut-parleur, ce qui a pour effet de régulariser la réponse de ce dernier vers les basses fréquences. Les rendements acoustiques des baffles "labyrinthe" sont plus élevés que ceux des autres baffles, mais ils sont encore faibles.Par ailleurs, ces appareils, vu leurs caractéristiques de çonstructioni sont d'un prix de revient sensible. L'invention a pour objet des baffles réflexe qui, tout en tant de fabrication économique, présentent un rendement sonore nettement amélioré par rapport â celui des baffles existants. Ils possèdent également d'autres avantages, qui ressortiront bien de ce qui suit. L'invention est caractérisée essentiellement en ce que l'inté rieur du baffle est constitué, pour partie au moins, par au moins une surface réfléchissante formée, pour partie au moins, par une portion de la surface d'un tore, ayant, comme ligne génératrice, une ellipse dont l'un des foyers est situé au voisinage du centre d'émission du haut-parleur (ou d'un des haut-parleurs dans le cas où le baffle en comporte plusieurs) et dont l'axe est une droite parallèle d l'axe focal de ladite ellipse et contenue dans le plan de celle-ci. Par centre d'émisssion du haut-parleur, on entend la zone semble emaner le rayonnement du haut-parleur, rayonnement quasisphérique quand la fréquence est suffisament basse. C'est la zone où se trouve la bobine lorsque le haut-parleur est électronique, ce qui est le cas le plus courant, mais il est bien entendu que l'invention s'applique quelque soit le type du haut-parleur (électro statique, piézoélectrique, a arc, etc..). Avantageusement, on dimensionne le tore de façon que son axe soit confondu avec l'axe focal de l'ellipse, et même que ces axes soient contenus dans la face antérieure, de préférence plane, du baffle, laquelle contient en plus généralement l'évent. Dans ce dernier cas de confusion des axes, le tore devient un ellipsoïde de révolution dont l'un des foyers est au centre d'émission et le second foyer sur ou dans l'évent lui-meme. On peut aussi dimensionner la surface réfléchissante intérieure du baffle de manière telle que l'axe du tore soit situé a l'infini, c'est-a-dire pratiquement à très grande distance de l'axe de l'ellipse, auquel cas la surface du tore se confond en fait avec celle d'un cylindre droit de directrice elliptique. Dans cette situation, et dans le cas où le baffle comporte plusieurs hauts-parleurs, les centres d'émission du haut-parleur se situent très avantageusement sur la perpendiculaire au plan de l'ellipse directrice passant par un des foyers de celle-ci (droite que, pour simplifier, on peut appeler "droite focale"), si bien que les génératrices du cylindre sont parallèles a cette droite focale, tandis que, toujours avantageusement, l'autre droite focale passe par l'évent du baffle.Dans les conditions optimales, les deux droites focales sont contenues dans le plan constituant la face antérieure du baffle. I1 est également recommandé de disposer, contre la face antérieure du baffle et en avant de celle-ci, une surface plane réfléchissante aux ondes sonores, et qui reçoit les ondes étant sorties par l'évent et les oriente dans des directions privilégiées. Il est meme aussi possible de disposer en plus, contre cette même face, et en avant du baffle, une seconde paroi réfléchissante, associée à la surface réfléchissante de l'ellipsoSde, et se présentant sous forme de portion d'un paraboloide de révolution, dont le foyer coïncide avec le second foyer de l'ellipsoSde situé dans le plan ou le volume de l'évent. De la même manière, on peut associer à la surface r & léchissan- te cylindrique de directrice elliptique, une seconde surface réflé- chissante sous forme d'une portion dtun cylindre droit, de directrice parabolique et de génératrices parallèles à celles du cylindre elliptique. Ce dernier cylindre est positionné en avant du baffle de manière que sa "droite focale" (c'est-à-dire la droite pas sant par son foyer et parallèle à sa génératrice) coricide avec la seconde droite focale du cylindre à directrice elliptique (c'està-dire avec celle qui passe par le foyer autre que celui voisin du centre d'émission) et qui est situé dans le plan ou le volume de l'évent. Avec l'aide d'une surface plane réfléchissante, convenablement inclinée (de préférence à quarante cinq degrés), on peut diriger les ondes d'arrière du haut-parleur ainsi transmises, dans des directions très uniformémentorientées. Dans cette dernière réalisation, les haut-parleurs sont avantageusement positionnés de telle manière que leurs axes soient perpendiculaires à la face antérieure plane du baffle et que la concavité du leur membrane soit tournée vers l'extérieur de l'enceinte; D'une manière ou d'une autre, avec les appareils selon l'invention, on obtient des rendements sonores particulièrement élevés, du fait de la "récupération" très importante des dondes émises vers l'arrière par le haut-parleur, cela du moins pour des fréquences relativement basses. Tout se passe ici comme si le haut-parleur présentait un rayonnement quasi-sphérique, émanant du centre fictif d'émission défini plus haut, et si, pour ces mêmes fréquences, l'a- caustique connaissait des lois de réfléxion analogues à celles la la lumière, ce qui semble une première approximation suffisante raison des dimensions des surfaces réfléchissantes, dans les con 4 tisons où fonctionne le baffle, ce qui, de toute manière, est un résultat particulièrement inattendu et heureux. Il convient aussi de noter que les appareils selon l'invention sont de construction particulièrement simple et économique,les surfaces réfléchissantes pouvant entre en matière plastique, notamment moulée par injection, donc établie en grande série, c'est-à-dire avec un prix de revient relativement bas. Cependant, dans certains cas, et notamment si l'on a recours à des surfaces réfléchissantes cylindriques, on peut aussi avoir intérêt à utiliser d'autres matériaux, par exemple du métal (acier, aluminium) et surtout du bois, sous forme de feuilles de contre-plaqué notamment. L'invention va autre illustrée à l'aide du complément de description qui suit et qui montre, à titre d'exemples, des modes de réalisation préférés de l'invention, référence étant faîte auKdes- sinscirannexésoù sont indiqués - en figures 1, 2, 3 et 4, en coupes transversales schématiques, différents baffles réflexe agencés conformément à l'invention, - en figures 5 et 6, à plus grande échelle, respectivement en coupe selon V-V figure 6 et en élévation selon face antérieure (certains oragnes enlevés en figure 6) un semblable båfferéflexe. Dans ce qui suit, il ne sera question que des cas où les surfaces réfléchissantes non planes sont des portions de surfaces de révolution t mais il est bien entendu que les exemples donnés s'appliquent aussi, selon l'invention, aux cas où ces surfaces réfléchissantes seraient des portions de surfaces cylindriques, lesquelles ne sont que les cas extremes de surfaces de révolution. Comme l'indique schématiquement la figure 1, un baffle réflexe est constitué essentiellement par une enceinte acoustique 1 dont la face antérieure plane 2 représente une ouverture 3 occupée par le haut-parleur 4 électrodynamique dans l'exemple choisi, dont la concavité de la membrane est tournée vers l'extérieur, et qui comporte, à sa partie centrale arrière (c'est-à-dire du cté de l'enceinte 1), sa bobine excitatrice 5. Lors du fonctionnement du haut-parleur, les vibrations de la membrane engendrent des sons à transmettre directement vers l'avant, c'est-à-dire vers l'auditoire. Mais ces vibrations provoquent également des sons vers l'arrière, c'est-a-dire vers l'intérieur; de l'enceinte.Il s'agit de "récupérer" ces ondes arrière, d'une puissance comparable à celle des ondes avant, en les transférant à la partie antérieure, vers l'auditoire, au-travers d'une seconde ouverture, ou évent 6, ménagée dans la face antérieure 2 du baffle. Conformément à 1'4nvention, les parois internes réfléchissantes du baffle sont coùstituées par une portion d'un ellipsdide de révolution 7, dont l'un des foyers Fl se situe dans la région de la bobine 5 et sensiblement sur l'axe du haut-parleur 4. Cette paroi ellipsoidale peut être établie dans de nombreux matériaux mais, pour des raisons à la fois techniques et économiques, on la fabrique de préférence à l'aide de matièresplastique-, notamment moulées par injection, et-tellesnotamment que les polyoléfines, les dérivés aliphatiques polyvinyliques, le polystyrène, les polyamides, les polyoxydes d'alcoylène, l'acétate de cellulose.On peut alors utiliser ces matières telles qu'elles se présentent brutes de moulage, c'est-à-dire avec une surface lisse, voire polie. Un baffle réflexe établi ainsi qu'il vient d'etre dit, procure un rendement sonore très amélioré, du fait notamment du renvoi intense vers l'avant, par passage à travers l'évent 6, d'une grande partie des ondes émises vers l'arrière du haut-parleur. Tout semble se passer comme si les ondes étaient issues, selon des directions telles que 01, du foyer Fl ou de son voisinage, se réfléchissaient sur la paroi ellipsodale 7, selon les directions telles 0'1, pour passer par l'autre foyer F2 situé au voisinage, et de préférence en arrière, par rapport à la face antérieure 2, de l'évent 6, et ensuite se répartissaient en un faisceau d'ondes émanant de ce second foyer F2, faisceau d'ondes que l'on peut utiliser de différentes façons, notamment comme on le verra plus loin. Avantageusement, comme indiqué en figure 2, l'ellipsoide constituant la paroi interne 7 du baffle selon l'invention, possède son second foyer F? situé dans le plan de la face antérieure 2, c'est-à-dire dans le plan de l'évent. De toute façon, il est préférable que l'ensemble soit agencé de façon que l'axe focal de l'ellipsoide 7 soit contenu dans le plan de la face antérieure 2 du baffle. D'une manière ou d'une autre, il est recommandé que soit disposée, au-delà du foyer F2 par rapport à la face antérieure 2 du baffle, une surface plane 8 réfléchissante aux ondes sonores, positionnée de manière telle que la majorité au moins des ondes sonores transmises en arrière par le haut parleur 4 selon des directions 02, réfléchies sur la paroi ellipsordale 7 et concentrées sur le foyer F2 selon des directions 0'2, viennent se réfléchir sur cette surface 8 en prenant des directions telles que 0"2, divergentes à partir d'un même point virtuel, du moins d'une région virtuelle très groupée (figure 2). Selon un autre mode de réalisation (figure 3), une portion de surface en forme de paraboloide de révolution 9, également ré fléchissante aux ondes sonores, dont le foyer se situe sensiblement en F2, second foyer de l'ellipsolde, est disposée aux lieu et place de la surface 8. Ainsi, les ondes réfléchies, après avoir pris des directions telles 03 et Q'3, prennent-elles des directions 0"3 sensiblement parallèles et formant ainsi un faisceau d'ondes quasi-planes, donc de dispersion très faible. Avantageusement, ces surfaces réfléchissant les ondes sonores, celle parabolorde surtout, sont établies dans des matériaux analogues a ceux de l'ellipsoide, c'est-à dire de préférence en matières plastiques. Dans le dernier mode de réalisation décrit, une surface plane 10 réfléchissante disposée sur le trajet des ondes 0"3, de préférence entre 11 évent 6 et l'ouverture 3, permet de réfléchir le faisceau formé par ces ondes en-un-faisceau d'ondes telles que 0"'3 orienté de manière plus adéquate vers l'auditoire.Il convient toutefois de noter que la dispersion angulaire des ondes sortant de l'évent 6 est limitée par les surfaces réfléchissantes parabolot- dale 9 et plane 10 ce qui améliore d'autant plus le rendement de l'ensemble en augmentant. sa directivité vers l'avant. Si, mieux encore, comme l'illustre la figure 4, la surface du paraboloide 9 a son axe de révolution confondu avec l'axe focal de l'ellispsolde 7, et si la surface 10 est inclinée à quarante cinq degrés sur le plan de symétrie vertical commun à ces deux surfaces coniques (plan qui coincide avec la face antérieure 2 du baffle), il est clair que les ondes sonores, après avoir suvi des trajets tels que 04, 0'4, 0"4 (d ce moment donc parallèlement à la face 2), se réfléchiront suivant 0"'4, c'est-à-dire perpendiculairement à la face antérieure 2 du baffle, soit à peu près parallèlement entre elles, donc en bonne position de renforcement des ondes sonores émises directement vers l'avant du baffle, par le haut parleur 4. Il est même établi que plusieurs de ces-parcours sont possibles à la fois, et c'est ce que montre, en coupe verticale du baffle, la figure 5 (la figure 6 en étant une élévation frontale, hautparleur enlevé). Sur cette figure 5, on retrouve les éléments communs essentiels référencés plus haut, et notamment en figure 4. On y distingue - les ondes directions 01, 0'1 avec une seule réflexion sur la paroi ellipsoidale 7, - les ondes directions 02, 0'2, 0"2, avec, en plus de la ré flexion ellipsoldale, une réflexion sur une surface plane, - les ondes directions 04, 0'4 On4, 0'''4, avec trois réflexions : ellipsoidale, paraboloidale, et plane, puis "émergence" sur front parallèle plan, sensiblement horizontalement. Ainsi peut-on considérer que l'on récupère la quasi topaeluite des ondes arrière du haut-parleur 4 ondes arrières que l'ontdonc valoriser de la meilleure façon, en les utilisant conjointement avec les ondes, émises vers l'avant, de ce mdme haut-parleur. Il convient de noter que les rayons sonores correspondant à ces diverses sortes d'ondes parcourent des trajets de longueurs différentes avant d'atteindre et de franchir le plan vertical P contenant les bords les plus antérieurs des surfaces parabolordale 9 et plane 10. néanmoins, toutes ces ondes se trouvent en phase avec les ondes émises directement vers l'avant pour une gamme de fréquences données et, tenant compte du nombre de réflexions subies sur les différentes surfaces du baffle, tout technicien sera à-même d'établir aisément les relations qui relient ces fréquences et ces trajets. C'est ainsi que, pour un baffle dont les caractéristiques essentielles de construction sont les suivantes - parcours des rayons 01, de foyer Fl à foyer F2 dans l'ellipsolde 7 : 0,85 mètre, - parcours des rayons 04, 0'4, 0"4, 0"'4, jusqu'au plan P : 1,16 mètre, - distance entre ie plan P et la face antérieure 2 : 0,16 métre, les rayons des ondes telles 01 seront en phase avec les rayons émis pour des fréquences de l'ordre de 420 Hz, - pour celles telles que 02, pour des fréquences de l'ordre de 210 Hz, - pour celles enfin telles que 04, pour des fréquences de l'ordre de 360 Hz. On voit donc qu'on a, par ces renvois vers l'avant des ondes arrière du haut-parleur, à l'aide du baffle réflexe selon l'invention, la possibilité de compléter les fréquences qui font défaut dans les ondes sonores transmises directement à l'avant du hautparleur. Dans ces conditions, le baffle réflexe tel qu'il vient d'être décrit peut servir de filtre acoustique à fréquence de résonance multiple, en sélectionnant précisémment les diverses sortes d'ondes arrière suivant la nature et le nombre des surfaces réfléchissantes qu'elles ont rencontrées sur leurs parcours. Les baffles réflexe à haut rendement selon l'invention sont particulièrement recommandés pour la transmission des sons. à haut niveau (sonorisation, baffles d'amplificateurs "instruments"). Ils permettent alors, pour une même efficacité acoustique, soit d'utiliser des amplificateurs et des hauts parleurs à des puissances moindres, ce qui limite les risques de distorsion des sons, soit d'avoir recours à des amplificateurs et des haut parleurs moins puissants, ce qui diminue le prix de l'installation sonore. REVENDICATIONS l/ Baffle réflexe constitué essentiellement par au moins une enceinte comportant, sur sa face antérieure, au moins un haut-parleur et au moins un évent et, en son intérieur, au moins une surface réfléchissante propre à recevoir et renvoyer vers l'avant, à tra vers ledit évent,partie au moins des ondes émises par le haut-par réfléchissantes est leur, caracterisE en ce que l'une au moins desdites surfaces/cons- titueewpoúr partie au moins, par une portion de la surface d'un tore ayant, comme ligne génératrice, une ellipse dont l'un des foyers est situé au voisinage du centre d'émission de l'un des hautc parleurs et dont l-'axe est'une droite, parallèle à l'axe focal de ladite ellipse et contenue dans le plan de celle-ci. 2/ Baffle réflexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du tore est confondu avec l'axe focal de l'ellipse génératrice, le tore se réduisant alors à un ellipsoïde de révolution allongé. 3/ Baffle réflexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du tore est situé à très grande distance de l'axe focal de l'ellipse génératrice, la surface réfléchissante devenant pratiquement une portion de cylindre droit de directrice elliptique. 4/ Baffle réflexe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une surface concave réfléchissante aux ondes sonores, propre à recevoir partie au moins des ondes sonores s'étant réfléchies sur l'ellipsoide, en forme de portion de para bololde de révolution dont la concavité est tournée du cOté de celui des foyers de l'ellipsoide situé au voisinage du centre d'émission de l'un des hauts-parleurs, et dont le foyer coïncide substantiellement avec l'autre des seconds foyers dudit ellipsoide. 5/ Baffle réflexe selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une surface concave, réfléchissante aux ondes sonores, propre à recevoir partie au moins des ondes sonores s'étant réfléchies sur la portion de cylindre droit de directrice elliptique et en forme de portion de cylindre droit de directrice parabolique et de génératrices parallèles à celles du cylindre de direction elliptique, surface dont la concavité est tournée du côté de celles des droites focales du cylindre elliptique passant par le centre d'émission de l'un des hauts-parleurs, le cylindre de direction parabolique ayant sa droite focale cotncidant substantiellement avec la seconde droite focale du cylindre de direction elliptique. 6/ Baffle réflexe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe du paraboloide est confondu avec l'axe focal de l'ellipsolde. 7/ Baffle réflexe selon la revendication 5, caractérisé en ce que le plan de symétrie du cylindre de directrice parabolique contenant la droite focale de celui-ci esttconfondu avec le plan passant par les deux droites focales du cylindre de directrice elliptique. 8/ Baffle réflexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une surface plane réfléchissante aux ondes sonores, propre à recevoir et renvoyer vers l'avant partie au moins des ondes sonores s'étant réfléchies sur au moins l1une des surfaces réfléchissantes non planes. 9/ Baffle réflexe selon la revendication 8 et l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les surfaces réfléchissantes autres que celle constituée par la portion du tore de génératrice elliptique sont positionnées de manière telle que partie au moins des ondes sonores se réfléchissent d'abord sur Selle de ces surfaces qui sont non planes et ensuite sur celle qui est plane. 10/ Baffle réflexe selon Itune quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que les surfaces réfléchissantes autre que celle constituée par la portion du tore de génératrice elliptique sont situées à l'extérieur de l'enceinte, en avant de la face antérieure de celle-cl, leur face réfléchissante étant tournée du côté de l'évent 11/ Baffle réflexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérIsé en ce que l'ellipse génératrice du tore, dont l'un des foyers se situe au centre d'émission de l'un des hautparleurs, a son autre foyer situé dans le volume occupé par l'évent. 12/ Baffle réflexe selon les revendications 9, 10 et 11 et l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la surface réfléchissante plane est positionnée entre l'évent et le haut-parleur, de telle manière que l'axe du tore fasse avec cette surface un angle substantiellement égal à quarante cinq degrés. 13/ Baffle réflexe selon l'une quelconque des revendications là 12, caractérisé en ce qu'il présente un plan de symétrie pa rallèle à l'axe du tore. 14/ Baffle réflexe comportant plusieurs haut-parleurs, selon les revendications 12 et 13, caractérisé en ce que les axes des haut-parleurs sont parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe du tore, l'avant des haut-parleurs étant tourné ver l'extérieur de l'enceinte.