Brevet FR2364585A1 — publié le 19780407

La présente invention concerne un radiateur acoustique présentant une caractéristique directive pratiquement indépendante de la fréquence et, notamment, une colonne sonore de ce type constituée par un ou plusieurs haut-parleurs à au moins deux directions rayonnant les hautes fréquences et comportant une chambre de compression en forme de pavillon ainsi que par plusieurs haut-parleurs à rayonnement direct efficaces aux basses fréquences, haut-parleurs qui sont agencés individuellement et dans l'ensemble de leur montage commun de telle manière qu'ils présentent, par rapport aux radiateurs acoustiques connus, des caractéristiques directives horizontale et verticale dont la forme est moins dépendante de la fréquence. On sait qu'on s'efforce universellement de réaliser des transducteurs électro-acoustiques (et à l'intérieur de ceux-ci des radiateurs acoustiques) présentant des paramètres indépendants de la fréquence. Naguère encore, il suffisait que la réponse en fréquence des radiateurs acoustiques, c'està-dire la pression sonore mesurable soit indépendante de la fréquence le long de leur axe de référence. Depuis quelque temps, une exigence supplémentaire s'est imposée, à savoir que la pression sonore produite doit également être indépendante de la fréquence dans des directions s'écartant dudit axe. Cela implique la réalisation de radiateurs acoustiques, dont la caractéristique directive est indépendante de la fréquence. Dans les colonnes sonores actuellement usuelles, la réponse en fréquence présente une accentuation aux moyennes fréquences, c'est-à-dire dans la bande de fréquence de 500 à 1000 Hz, tandis qu'aux basses et aux hautes fréquences, elle présente un affaissement. La raison de cet état de choses réside en ce que, dans les colonnes sonores, par suite de ce qu'on peut désigner sous le nom d'effet de groupe, aux basses et aux moyennes fréquences, les conditions de rayonnement (rapport entre l'impédance de rayonnement et l'impédance mécanique des éléments mobiles du radiateur acoustique) sont plus avantageuses que dans le cas d'un haut-parleur unique. On a donc été amené à étudier des haut-parleurs destinés à des colonnes sonores spéciales et ceci de telle manière que lors qu'ils sont incorporés à une colonne sonore, ils présentent ensemble une réponse en fréquence sensiblement rectiligne. OntLlise principalement dans les colonnes sonores installées dans un espace fermé,' une solution suivant laquelle la réponse en fréquence quoi, aux hautes fréquences, présente une allure décroissante, est améliorée par l'incorporation d'un ou plusieurs haut-parleurs en forme de pavillon rayonnant les hautes fréquences séparés des radiateurs de graves par des filtres 11d'intersection11. Un inconvénient commun des solutions connues réside en ce que leur caractéristique directive varie fortement en fonction de la fréquence, c'est-à-dire que leur courbe preF sion sonore fréquence mesurable sous divers angles s'écarte considérablement de la caractéristique de fréquence mesurée le long de l'axe de référence.Dans une colonne sonore unidirectionnelle, la caractéristique directive horizontale coïncide pratiquement avec celle des haut-parleurs incorporés et cela signifie (dans la mesure où il s'agit d'un haut-parleurordinai -re) que la caractéristique directive devient de plus en plus étroite à mesure que la fréquence s'élève, En direction verticale, la caractéristique directive présente aux hautes fréquences une forme sphérique et lorsqu'on se rapproche des fréquences moyennes, elle devient plus étroite (le radiateur est de plus en plus directif) ; lorsque lteffet de groupe cesse, alors la caractéristique directive présente des points de plus en plus nombreuses en raison de la réaction mutuelle entre les divers haut-parleurs. Le rétrécissement qui se produit lorsqu'on se rapproche des hautes fréquences est compensé dans une certaine mesure tant dans la caractéristique directive horizontale que dans la caractéristique verticale, en particulier dans lessolutions comportant l'incorporation d'un haut-parleur en forme de pavillon rayonnant les hautes fréquences (aigües). Dans les radiateurs acoustiques usuels, la caractéristique directive subit toutefois (au moins dans une direction) une variation considérable (elle présente par exemple une série de pointes). I1 existe une structure usuelle à laquelle des haut-parleurs en forme de pavillon décalés entre en direction horizontale sont incorporés. I1 en résulte que la caractéristique directive horizontale est rendue étroite et présente des pointes tandis quTen direction verticale (par rapport à la caractéristique directive habituelle obtenue aux basses fréquences) elle est élargie. L'invention permet de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus et ceci de telle manière que la colonne présente respectivement aux basses fréquences et aux hautes-fréquences des caractéristiques directives analogues entre elles tandis que sa réponse en fréquence dans la bande de transmision est sensiblement rectiligne. Le déposant a trouvé qu'une sensibilité aux hautes fréquences analogue à la sensibilité aux basses et aux moyennes fréquences, laquelle est accentuée en raison de l'effet de groupe des radiateurs de graves, ne peut être assurée que par les haut-parleurs en forme de pavillon ; le déposant a autre trouvé que la génération d'une caractéristique directive convenable, tant en direction horizontale qu'en direction verticale est conditionnée par une juxtaposition serrée des haut-parleurs en forme de pavillon, de telle manière que le dôme enveloppant leurs ouvertures présente une forme analogue à celle de la paroi acoustique des radiateurs de graves. La possibilité ainsi reconnue et sa réalisation sont toutefois subordonnées tant théoriquement qu'en pratique à des conditions préalables impératives. Le déposant a réalisé ces conditions préalables pour créer un radiateur acoustique présentant une caractéristique directive pratiquement indépendante de la fréquence. En conséquence, l'invention a pour objet un radiateur acoustique présentant une caractéristique directive pratiquement indépendante de la fréquence et, en-particulier, une colonne de ce type, à au moins deux directions et dans laquelle les signaux inférieurs à la fréquence d'intersection sont rayonnés par au moins une unité basse-fréquence constituée par un hattiparleur à rayonnement dynamique direct (disposée dans un boîtier à paroi acoustique rectangulaire) tandis que les signaux qui présentent une fréquence supérieure à la fréquence d'intersection sont rayonnés par une unité haute-fréquence (constituée par un ou plusieurs haut-parleurs en forme de pavillon qui, s'ils sont plu sieurs, sont étroitement juxtaposés). Le principe de l'invention réside donc en ce que les haut-parleurs en forme de pavillon sont étroitement juxtaposés tandis que leurs ouvertures sont rectangulaires. L'axe longitudinal de ce rectangle oblong est parallèle à l'axe longitudinal de la paroi acoustique des haut-parleurs rayonnant directement. La largeur du rectangle caractérisant les radiateurs d'aigues est au moins trois fois et au plus sept fois plus petite que la largeur de la paroi acoustique oblongue des radiateurs de graves. En même temps, la largeur du rectangle caractérisant les radiateurs d'aiguës est supérieure au quart de la longueur d'onde k correspondant à la fréquence d'intersection fk, mais au plus égale aux trois quarts de cette longueur d'onde. Suivant un exemple d'exécution avantageux de l'invention, un bottier muni de résistances acoustiques et assurant un retard de phase est associé aux radiateurs de graves, ce qui assure l'obtention d'une caractéristique directive en forme de cardioïde aux basses fréquences ; cette disposition assure une faible variation de la caractéristique directive lorsquton se rapproche des basses fréquences (par rapport aux fréquences moyennes). On obtient d'autres avantages encore avec le radiateur suivant l'invention, dans un autre exemple d'exécution dans lequel le rapport entre les côtés de la paroi acoustique de forme rectangulaire est sensiblement égal au rapport entre les côtés du rectangle oblong qui entoure les haut-parleurs en forme de pavillon et est au plus 1,5 fois plus grand ou plus petit que ce dernier rapport. Suivant un autre exemple d'exécution, il est avantageux que les axes de référence respectifs des unités de radiateurs d'aiguës et de radiateurs de graves soient confondus. Dans de nombreux domaines, il et-également avantageux que l'unité de radiateurs d'aiguës soit disposée au-dessus de l'unité de radiateurs de graves. On peut encore envisager une autre disposition avantageuse dans laquelle l'impédance électrique nominale de l'unité de radiateurs d'aiguës présente une valeur plus grande que celle de l'unité de radiateurs de graves. La charge électrique de chaque radiateur d'aiguës est ainsi diminuée.Un autre avantage réside en ce que (suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention) l'unité de radiateurs de graves comprend quatre haut-parleurs rayonnant directement et au moins un haut -parleur en forme de pavillon qui présente une ouverture rectangulaire. Un autre avantage essentiel de l'invention réside en ce que le dispositif présente des dimensions relativement petites. Grâce à une unité de radiateurs d'aiguës présentant un encombrement relativement faible, on a pu corriger la colonne sonore pour lui donner une réponse en fréquence rectiligne, moyennant quoi les séries de caractéristiques directives dans les deux directions horizontale et verticale sont indépendantes de la fréquence et analogues de sorte qu'une extinction vers l'arrière présente une valeur sensiblement constante à toutes les fréquences.De cette manière, le programme peut être pleinement apprécié non seulement par les auditeurs qui sont assis dans l'axe de référence du haut-parleur (programmes qui est en outre rayonné avec une large réponse en fréquence) mais encore par les auditeurs qui sont assis dans une direction faisant avec l'axe de référence un certain angle ; même les auditeurs qui sont assis sur le côté, voire derrière le haut-parleur (par exemple lorsque dans un auditorium l'écho s'affaiblit) ne subissent aucune perturbation dans leur addition. Le programme est ainsi diffusé (avec une qualité optimale) dans la zone spatiale désirée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution. Sur ces dessins la figure 1 représente schématiquement la disposition d'une colonne sonore connue la figure 2 représente la courbe pression sonore-fréquence de la colonne sonore de la figure 1 ; la figure 3 représente la caractéristique directive horizontale de la colonne sonore de la figure i (à diverses fréquences) la figure 4 représente la caractéristique directive verticale de la colonne sonore de la figure 1 ;; la figure 5 représente un exemple d'exécution de la colonne sonore suivant l'invention vue schématiquement en élévation la figure 6 représente également une vue en élévation schématique de la colonne sonore suivant un autre exemple d'exécution la figure 7 représente une vue en élévation et une vue de profil d'un autre exemple d'exécution de l'invention la figure 8 montre le câblage électrique de l'exemple d'exécution de la figure 7; la figure 9 représente la réponse en fréquence de l'exemple d'exécution de la figure 7 la figure 10 représente la caractéristique directive horizontale d'une colonne sonore suivant l'invention, et la figure Il représente la caractéristique directive verticale de cette colonne sonore. Sur la figure 1, on a représenté la disposition d'une colonne sonore connue. Sur la paroi acoustique 1 de la colonne sonore, sont disposés quatre haut parleurs dynamiques (ou électrodynamiques) 2 rayonnant directement. En utilisant des hauWparleurs usuels, on obtient une courbe pression sonore fréquence de la colonne sonore telle que représentée sur la figure 2. Vers les hautes fréquences on peut constater un affaissement de la courbe et la forme bombée de celle-ci. Sur la figure 3 sont représentées des caractéristiques directives horizontales d'une colonne sonore connue. il est à noter que la caractéristique devient en plus étroite à mesure qu'on se rapproche des hautes fréquences, tandis qu'au contraire aux basses fréquences elle devient de plus en plus non directive, c'est-à-dire sphérique. Sur la figure 4 on peut voir les caractéristiques directives verticales d'une colonne sonore connue. D'après cette figure, on remarque que la caractéristique directive est de plus en plus étroite dans la gamme des fréquences moyennes et devient extrêmement étroite aux fréquences élevées. Sur la figure 5 est représentée schématiquement une forme d'exécution de l'invention vue en élévation. Sur la paroi acoustique 1 de la colonne sonore sont étroitement juxtaposés verticalement trois haut-parleurs dynamiques 2 rayonnant directement. La largeur de la paroi acoustique rectangulaire est "S" et sa longueur "l". L'ouverture de chacun des haut-parleurs en forme de pavillon 3 (qui rayonnent les signaux de haute fréquence) est circulaire. Au-dessus des radiateurs de graves sont étroitement juxtaposés verticalement trois haut-parleurs d'aiguss. Le rectangle entourant les ouvertures respectives des pavillons est représenté par un cadre en trait interrompu. La largeur de ce rectangle est "a" et sa longueur est "b".Les deux rectangles sont orientés de la mdme manière et leurs axes longitudinaux respectifs sont parallèles entre eux ou confondus. Le rapport entre les côtés de chacun d'eux est sensiblement le même, Si la dimension "a" est choisie telle qu'elle soit au plus trois fois plus petite mais au moins sept us petite que "S" et si en outre la position de la fréquence d'intersection est choisie de la manière définie dans la revendication 1, alors on obtient avec cette disposition ce résultat qu'avant que la caractéristique directive des radiateurs de graves (en raison de l'élévation de la fréquence) devienne trop étroite dans une mesure excessive, les radiateurs d'aiguës interviennent et ceci avec une caractéristique directive qui est rendue efficace par l'unité de radiateurs de graves au tiers ou au septième de la fréquence d'intersection. Cette condition est remplie aussi bien dans la direction horizontale que dans la direction verticale.On obtient ainsi, en outre, cet autre résultat que l'unité de radiateurs d'aiguës (d'une manière analogue à l'unité de radiateurs de graves) renouvelle sa fonction, c' est-à- dire qu'elle engendre de nouveau sa caractéristique aux fréquences les plus basses. Suivant l'invention, dans cet exemple d'exécution, les haut-parleurs en forme de pavillon interviennent au-dessus des fréquences limites inférieures à des fréquences deux ou trois fois plus élevées (par rapport aux réalisations connues) et ceci grtce au fait que les caractéristiques directives sont conformées d'une manière appropriée. Sur la figure 6 est représentée schématiquement la colonne sonore suivant l'invention dans une autre forme d'exécu tion vue en élévation. Sur la paroi acoustique 1 de forme rectangulaire caracterisée par les dimensions 'tS't et "l", sont montés deux radiateurs de graves 2. Au-dessus de ces radiateurs de graves estdisposé un unique haut-parleur en forme de pavillon 3 rectangulaire et présentant une ouverture rectangulaire (dont les côtés sont désignés par "a" et "b"). Dans cet exemple d'exécution, le haut-parleur en forme de pavillon ne comporte pas de paroi acoustique, moyennant quoi la dépendance de la fréquence de la caractéristique directive est encore diminuée. En ce qui concerne les dimensions de l'ouverture du haut-parleur ainsi que le rapport des dimensions de la paroi acoustique des radiateurs de graves et la valeur de la fréquence dtin- tersection, ce qui a été dit précédemment reste valable. Sur la figure 7, le radiateur acoustique suivant l'invention est représenté schématiquement en élévation et en coupe longitudinale. Deux haut-parleurs en forme de pavillon 3 rayonnant les hautes fréquences (aiguës) sont disposés le long de l'axe de référence commun avec quatre haut-parleurs de graves (2) (ces derniers haut-parleurs étant montés sur la paroi acoustique de forme rectangulaire). Pour désigner les dimensions on a utilisé les mêmes lettres que précédemment. Sur la vue de profil des haut-parleurs on a représenté schématiquement l'élément RC (résistance-capacité) de rotation de phase, grâce auquel une caractéristique directive en forme de cardiot- de est engendrée aux basses fréquences du radiateur acoustique. La résistance acoustique R peut & re réaliseepar exemple à l'aide d'une couche de soie et la capacité acoustique est fournie par l'espace intérieur du bottier. Grâce à cette disposition, la dépendance de la fréquence des caractéristiques directives peut être diminuée, car celles-ci (au lieu de la forme sphérique des caractéristiques directives des radiateurs acoustiques connus) présentent une forme de cardioïde voisine de la forme d'une caractéristique directive correspondant aux moyennes fréquences. Une série de caractéristiques directives horizontales d'une colonne sonore réalisée d'après cette disposition est représentée sur la figure 10 et la série de caractéristiques directives verticales correspondante est représentée sur la figure 11. Sur la figure 8 on a représenté le câblage électrique d'une colonne sonore suivant l'invention, par exemple celle de la figure 7. Les haut-parleurs de graves 2 sont fabriqués avec une impédance nominale de 8 ohms et les haut-parleurs d'aiguës en forme de pavillon avec une impédance nominale de 16 ohms. Grâce à la liaison spéciale entre les radiateurs d'aiguës et l'enroulement inductif du filtre d'intersection on a pu obtenir ce résultat qu'en cas d'endommagement d'un haut-parleur en forme de pavillon, l'autre peut continuer de fonctionner dans des conditions qui ne sont que légèrement modifiées. Ainsi la colonne sonore reste capable de fonctionner sans modification. Le choix des valeurs d'impédance a permis de réduire la charge des radiateurs d'aiguës. Sur la figure 9, la courbe pression sonore/fréquence est représentée sous la forme d'une ligne en trait interrompu. (Cette courbe a été mesurée dans un exemple d'exécution de l'invention du type représenté sur la figure 7). Les lignes en traits pleins représentent la courbe correspondante obtenue lorsque seule l'unité dtaiguës ou seule l'unité de graves fonctionnent. Sur cette figure, on voit également ce qu'on entend par l'expression "fréquence d'intersection" (souvent mentionnée dans la description). Par "fréquence d'intersection fk" on entend la fréquence à laquelle les courbes pression sonore/fréquence respectives du radiateur de graves et du radiateur d'aiguës se coupent. Sur les figures 10 et 11, on a représenté les caractéristiques directives d'une colonne sonore du type de la figure 7. Sur ces figures on peut voir, en particuliers si l'on compare ces courbes avec la caractéristique directive d'une colonne sonore connue que la caractéristique directive de la colonne sonore suivant l'invention est moins dépendante de la fréquence tant en direction horizontale qu'en direction verticale. Cela est vrai en ce qui concerne la direction horizontale entre les limites de + 600 et en ce qui concerne la direction verticale entre les limites de + 300 et également pour la direction arrière (1800). REVENDICATIONS 1 - Radiateur acoustique présentant une caractéristique directive pratiquement indépendante de la fréquence et, en particulier, colonne sonore de ce type à au moins deux directions, dans laquelle les fréquences inférieures à la fréquence d'intersection sont rayonnées par au moins une unité basse-fréquence rectangulaire montée sur la paroi acoustique et constituée par des haut-parleurs à rayonnement dy manique direct, tandis que les fréquences supérieures à la fréquence d'intersection sont rayonnées par une unité hautefréquence constituée par au moins un haut-parleur en forme de pavillons ledit radiateur étant caractérisé en ce que, dans lé cas d'un unique haut-parleur en forme de pavillon, I'ouver-ture de celui-ci est rectangulaire tandis que, dans le cas de plusieurs haut-parleurs en forme de pavillons, ceux-ci sont juxtaposés étroitement, horirontalement et/ou verticalement, tandis que la forme entourant leurs ouvertures respectives est rectangulaire ; en ce que l'axe longitudinal du rectangle est parallèle à l'axe longitudinal de la paroi acoustique des haut-parleurs rayonnant directement ; et en ce que la largeur du rectangle caractérisant les radiateurs d'aiguës est au moins trois fois plus petite et au plus sept fois plus petite que la largeur de la paroi acoustique des radiateurs de graves et est plus grande que le quart de la longueur d'onde ( > k) correspondant à la fréquence dtintersection mais est au plus égale aux trois quarts de cette longueur d'onde, c'està-dire qu'on a :: 1/4 \ La 3/4 X k 2 - Radiateur acoustique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le haut-parleur rayonnant les basses fréquences forme avec le bottier sonore une unité et en ce que la caractéristique directive de cette unité présente, sur le bord inférieur de la bande de transmission, la forme d'une cardiorde. 3 - Radiateur acoustique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport (S/1) entre les cOtés de la paroi acoustique rectangulaire du radiateur de basses est sensiblement égal au rapport(a/b) des côtés du rectangle entourant les ouvertures respectives des haut-parleurs en forme de pavillon, l'écart entre ces deux rapports étant tel que l'un deux ne soit pas plus de 1,5 fois plus grand que l'autre, c'est-à-dire qu'on a 1 1,5 b S 4 - Radiateur acoustique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'unité constitué par les haut-parleurs en forme de pavillon rayonnant les hautes fréquences et l'unité constitué par les haut-parleurs rayonnant directement les basses fréquences présentent le même axe de référence. 5 - Radiateur acoustique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les haut-parleurs en forme de pavillon de l'unité haute-fréquence sont montés sans paroi acoustique, c'est-à-dire que la paroi acoustique du radiateur de graves présente une ouverture plus grande que 1 'ouverture du haut-parleur en forme de pavillon. 6 - Radiateur acoustique suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'impédance électrique nominale de l'unité haute-fréquence est plus grande que celle de l'unité basse-fréquence. 7 - Radiateur acoustique suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité rayonnant les fréquences les plus-basses est constituée par quatre haut-parleurs rayonnant directement qui sont étroitement juxtaposés verticalement sur la paroi acoustique, tandis que l'unité haute-fréquence comprend un haut-parleur en forme de pavillon (ou plusieurs haut-parleurs en forme de pavillon étroitement juxtaposés verticalement) présentant une embouchure de forme rectangulaire. 8 - Radiateur acoustique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les haut-parleurs d'aiguës en forme de pavillon sont montés électriquement en série et en ce que leur impédance est au moins trois fois plus grande que l'impédance nominale de l'unité de radiateurs de graves, tandis que l'enroulement du filtre d'intersection monté en parallèle est formé de plusieurs enroulements partiels présentant la méme inductance et disposé sur une même carcasse de bobine, ces enroulements partiels étant montés séparément, chacun en parallèle avec un haut-parleur d'aiguës en forme de pavillon.