Brevet FR2405608A1 — publié le 19790504

La présente invention concerne les enceintes acoustiques. Elle vise à améliorer la fidélité de la reproduction de la forme d'onde du signal électrique appliqué à l'entrée, notamment vers les basses fréquences acoustiques (de 20 à 500 Hz). D'une manière plus générale la mise en oeuvre des perfectionnements selon l'invention procure les avantages suivants aux enceintes acoustiques - amélioration de la linéarité de la courbe de réponse,gråce à la réduction des irrégularités en bande passante et à l'abaissement de la fréquence de coupure inférieure, - abaissement de la fréquence de résonance électrique de l'enceinte, - réduction de la surtension à cette fréquence de résonance, - réduction de la distorsion harmonique, - diminution du trainage en régime impulsionnel. Ces améliorations sont obtenues grâce aux perfectionnements selon l'invention par rapport à une enceinte acoustique de même volume, présentant une surface sonore équivalente pour l'élément d'émission, tel qu'un haut-parleur. I1 s'agit là de perfectionnements objectifs faciles à vérifier au moyen d'appareils de mesure et qui se traduisent, dans le cas de l'écoute de musique radiodiffusée ou enregistrée, par une écoute d'un réalisme amélioré grâce à la transmission de fréquences plus basses et à la reproduction plus fidèle des basses fréquences et des attaques de nature impulsionnelle, ainsi qu'à la suppression des "boomies". On sait que dans une enceinte acoustique classique on isole l'onde émise par la face antérieure d'un haut-parleur de l'onde émise simultanément par la face postérieure de ce haut-parleur pour éviter le phénomène de court-circuit acoustique, cet isolement étant réalisé en enfermant la face postérieure de chaque haut-parleur d'une enceinte acoustique dans un volume clos, ce qui a pour effet de réduire les performances du haut-parleur par rapport à celles qu'on obtiendrait si le haut-parleur fonctionnait sur un baffle infini. Le demandeur a eu l'idée de simuler, pour l'arrière du hautparleur, une charge acoustique théoriquement infinie qui permette au haut-parleur de fonctionner dans les mêmes conditions que sur un baffle infini, d'où amélioration de ses performances. Ceci est réalisé en associant à chaque haut-parleur de façade, c'est à-dire émettant vers ltextérieur de l'enceinte, un haut-parleur interne, c'est-à-dire émettant à l'intérieur de l'enceinte, qui est chargé par un volume fini, la puissance électrique injectée dans le haut parleur interne étant supérieure à celle injectée dans le haut-parleur de façade pour que le haut-parleur interne puisse comprimer un volume fermé prévu à l'intérieur de l'en- ceinte.Le haut-parleur interne est monté dans une cloison qui divise l'intérieur de l'enceinte acoustique en deux parties définissant deux espaces clos l'un à l'avant et l'autre à l'arrière du haut-parleur interne. On a déjà décrit des enceintes comportant un haut-parleur interne ou quasi-interne associé à un haut-parleur de façade avec deux chambres internes ou une chambre interne et une chambre quasi-interne, par exemple dans les brevets des Etats-Unis nO 2.688.373, 2.993.091 et 3.688.864 et le brevet français n" 2.304.237. Le brevet nO 2.688.373 précité prévoit un montage en série du haut-parleur de façade et du haut-parleur interne, ce dernier étant de plus petite dimension que le haut-parleur de façade; ces deux haut-parleurs ne se déplacent pas avec la même amplitude. Dans le brevet nO 2.993.091 précité, la puissance envoyée au haut-parleur interne est inférieure ou au plus égale à celle appliquée au haut-parleur de façade. Le montage des deux hautparleurs est en parallèle. Ils fonctionnent dans la même gamme de fréquences car il n'y a pas de filtre spécial à l'entrée d'un seul des deux haut-parleurs. Le brevet nO 3.688.864 a pour objet une enceinte omnidirectionnelle qui comporte bien deux haut-parleurs, mais le hautparleur qui n'est pas de façade débite dans une enceinte qui communique par des ouvertures avec l'extérieur; il ne s'agit donc pas d'un véritable haut-parleur interne. Les deux haut-parleurs émettent donc vers l'extérieur et sont entendus par les auditeurs. Enfin dans le brevet français n" 2.304.237 on prévoit un haut-parleur de façade et un haut-parleur interne disposé entre deux espaces intérieurs, avec des évents qui font communiquer entre eux les deux espaces intérieurs et/ou un des deux espaces intérieurs avec l'extérieur. L'invention, qui vise à améliorer les enceintes acoustiques, en particulier celles décrites dans les quatre brevets susvisés, a pour objet une enceinte acoustique comportant au moins un haut parleur de façade et au moins un haut-parleur interne disposé dans une paroi qui divise en deux parties l'intérieur de l'enceinte, chacune de ces deux parties étant close et les deux hautparleurs étant alimentés en parallèle par la source de signal électrique à reproduire par le haut-parleur de façade, caractérisé par le fait que le haut-parleur interne reçoit de cette source une puissance supérieure à celle que reçoit le haut-parleur de façade. De préférence on prévoit un filtre passe-bas à l'entrée du haut-parleur interne, la fréquence de coupure de ce filtre correspondant à une longueur d'onde acoustique sensiblement égale à la moitié de la distance entre les deux haut-parleurs. Dans le mode de réalisation préféré, les volumes d'air déplacés par les deux haut-parleurs sont du même ordre de grandeur. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention avec les deux haut-parleurs montés dans le même sens, une résistance réduisant la puissance injectée dans le haut-parleur de façade par rapport à celle injectée dans le haut-parleur interne. La figure 2 illustre schématiquement un second mode de réalisation de l'invention avec les deux haut-parleurs montés têtebêche, la source de signaux électriques à reproduire alimentant les deux haut-parleurs en parallèle à travers deux amplificateurs distincts, l'amplificateur débitant dans le haut-parleur de fa çade étant réglé sur un gain inférieur à celui sur lequel est réglé l'amplificateur alimentant le haut-parleur interne. Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser une enceinte acoustique assurant une reproduction améliorée, notamment aux basses fréquences, des signaux électriques de fréquence musicale et en régime impulsionnel, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. Une enceinte E selon l'invention comporte, en plus de chaque haut-parleur de façade, tel que le haut-parleur 1, qui émet l'onde sonore perçue par le-ou les auditeurs, un haut-parleur interne 2 logé dans une cloison 3 qui sépare l'intérieur de l'enceinte E en deux espaces clos 4 et 5, qu'on peut appeler respectivement espace intermédiaire 4 et espace secondaire 5.Les deux hautparleurs 1 et 2 sont attaqués en parallèle par la source S de signaux électriques (par exemple un tuner, un tourne-disque, un magnétophone à bande ou à cassette, un microphone), ce qui évite toute interaction d'un haut-parleur sur l'autre avec cette particularité que le haut-parleur interne 2 reçoit, de cette source S, plus de puissance que le haut-parleur de façade 1 pour fournir au milieu sur lequel il agit une énergie supérieure à celle que fournit le haut-parleur de façade 1 au milieu sur lequel ce dernier agit. De préférence on dispose un filtre passe-bas F (sur lequel on donnera ci-après des explications complémentaires) à l'entrée du haut-parleur interne 2. Le montage qui vient d'être décrit, y compris le filtre facultatif F, est commun aux figures 1 et 2. Les deux haut-parleurs peuvent être montés soit dans le même sens (figure 1), le haut-parleur 2 agissant par sa face antérieure 6 sur le volume intermédiaire 4, soit tête-bêche (figure 2), le haut-parleur 2 agissant par sa face antérieure sur le volume secondaire 5. Dans les deux cas il est nécessaire que les volumes d'air déplacés par les deux haut-parleurs soient identiques (pour que le haut-parleur interne simule une charge infinie pour le haut-parleur de façade) et que le déplacement des membranes des deux haut-parleurs s'effectue de manière que le volume intermédiaire 4 ne soit pas comprimé.Cette dernière conditionest satisfaite si les deux haut-parleurs sont attaqués en phase par s la source/dans le montage de la figure 1 et en opposition de phase dans le cas du montage de la figure 2 (voir les polarités indiquées sur les deux figures). Le haut-parleur interne 2 ayant à comprimer le volume secondaire 5, alors que le haut-parleur de façade 1 agit par sa face antérieure sur l'air ambiant, doit fournir une énergie supérieure à celle que fournit le haut-parleur 1; il doit donc, comme exposé ci-dessus, recevoir de la source S une énergie supérieure à celle que reçoit le haut-parleur Ceci peut être réalisé de plusieurs manières. On peut tout d'abord - soit prévoir pour le haut-parleur 2 un rendement supérieur à celui du haut-parleur 1, - soit avoir recours à un haut-parleur interne 2 qui présente une impédance inférieure à celle du haut-parleur 1, de manière qu'il reçoive de la source S une puissance supérieure à celle re çue par le haut-parleur 1 étant donné le montage en parallèle, dans ces deux cas le montage étant par exemple celui de la figure 1, mais sans la résistance R, la source S débitant en parallèle dans les deux haut-parleurs 1 et 2 à travers l'amplificateur commun 1 et les polarités étant comme indiqué sur cette figure dans le cas d'un montage dans le même sens des deux hautparleurs (en cas de montage tête-bêche des haut-parleurs il suffirait d'inverser les polari-tés d'un des deux haut-parleurs). On peut également diminuer la puissance électrique communiquée au haut-parleur de façade en disposant, comme illustré sur la figure 1, une résistance R en série avec ce haut-parleur. Une autre solution pour que le haut-parleur 2 reçoive plus de puissance que le haut-parleur 1 consiste, comme illustré sur la figure 2, à prévoir deux amplificateurs A1 et A2, le gain de l'amplificateur A2 disposé entre la source S et le haut-parleur 2 étant supérieur au gain de l'amplificateur A1 disposé entre la source S et le haut-parleur 1. Cette solution peut être également utilisée dans le cas d'un montage dans le même sens des deux haut-parleurs, les polarités du haut-parleur 2 étant alors inversées par rapport à celles indiquées sur la figure 2. On va expliquer maintenant le role du filtre F (lorsqu'il existe) et la détermination de sa fréquence de coupure (basse). La distance entre les deux haut-parleurs détermine en effet les limites de fonctionnement du système aux basses fréquences, car lorsque la demi-longueur d'onde du signal émis est du même ordre de grandeur que cette distance, l'action des deux hautparleurs se contrarie. Le filtre passe-bas F a pour objet d'empêcher les fréquences basses en provenance de la source S d'atteindre le haut-parleur 2 de manière que l'action de ce hautparleur soit négligeable à partir de la fréquence correspondant à cette demi-longueur d'onde. On notera à ce sujet qu'un montage tête-bêche des deux haut-parleurs, comme c'est le cas sur la figure 2, a pour résultat d'augmenter l'effet de filtre. Quant au haut-parleur 1, il est classiquement filtré (par un filtre non représenté) comme boomer ou boomer-médium. Les deux haut-parleurs doivent pouvoir déplacer un volume d'air maximal du même ordre pour que leur limite de fonctionnement, au niveau acoustique, soit maximale. On peut éventuellement disposer dans une enceinte selon l'invention plusieurs haut-parleurs de façade et/ou plusieurs haut-parleurs internes, les conditions précitées (même volume d'air déplacé et puissance plus grande reçue à l'intérieur qu'en façade) s'appliquant à l'ensemble des haut-parleurs de façade, d'une part, et à l'ensemble des haut-parleurs internes, d'autre part. On donnera, pour terminer, quelques indications sur les réglages et mises au point d'une enceinte selon l'invention et les résultats d'essais comparatifs entre une enceinte dotée des perfectionnements selon l'invention et une enceinte classique. Les réglages de l'enceinte sont effectués de manière à abaisser le plus possible la fréquence de résonance électrique de l'ensemble des deux haut-parleurs, tout en conservant la meilleure régularité possible en bande passante. Ces réglages portent sur le rapport existant entre les deux volumes (volume intermédiaire 4 et volume secondaire 5), ainsi que sur le rapport des puissances communiquées aux deux hautparleurs. Ces réglages sont effectués expérimentalement à l'aide d'un voltmètre pour déterminer les caractéristiques de la résonance électrique etd'unmicrophone do mesure disposé dans le volume intermédiaire 4, la mise au point consistant à obtenir une minimisation du niveau acoustique dans ce volume pour une fréquence de résonance minimale. Les deux rapports (volume-puissance) optimaux dépendent du choix des haut-parleurs (surface d'émission, compliance, masse mobile). Voici l'amélioration obtenue sur un exemple qui porte sur une enceinte acoustique d'un volume intérieur de 75 litres utilisé avec deux haut-parleurs de la société AUDAX, du type WFR 24 (4 et 8lu). Le rapport optimum des puissance et des volumes est 1/2 volume secondaire = impédance haut-parleur façade i 1 volume secondaire + volume impédance haut-parleur interne 2 intermédiaire Cette égalité des rapports n'est pas une règle. Le haut-parleur interne est filtré par une self inductance de 5mH en montage série. Les gains par rapport à une enceinte acoustique de même volume intérieur (75 litres) et de dimensions identiques équipé d'un seul haut-parleur du type WFR 24 sont les suivants - fréquence de résonance : 32 Hz contre 55 Hz - fréquence de coupure à - 3 dB : 25 Hz contre 45 Hz - niveau à 20 Hz : - 5 dB contre - 12 dB - régularité de la courbe de réponse + 1 dB entre 40 Hz et 150 Hz contre + 2,5 dB entre 50 Hz et 150 Hz. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Enceinte acoustique du type comportant au moins un hautparleur de façade et au moins un haut-parleur interne disposé dans une paroi qui divise en deux parties l'intérieur de l'enceinte, chacune dê ces deux parties étant close et les deux haut-parleurs étant alimentés en parallèle par la source de signal électrique à reproduire par le haut-parleur de façade, caractérisée par le fait que le haut-parleur interne reçoit de cette source une puissance supérieure à celle que reçoit le haut-parleur de façade. 2. Enceinte acoustique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'on prévoit un filtre passe-bas à l'entrée du hautparleur interne, la fréquence de coupure de ce filtre correspondant à une longueur d'onde acoustique sensiblement égale à la moitié de la distance entre les deux haut-parleurs. 3. Enceinte acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les volumes d'air déplacés par ledit au moins un haut-parleur de façade et par ledit au moins un hautparleur interne sont du même ordre de grandeur. 4. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par 1 fait que les deux haut-parleurs sont montés dans le même sens, l'alimentation des deux haut-parleurs à partir de ladite source étant en phase. 5. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les deux haut-parleurs sont montés tête-bêche, l'alimentation des deux haut-parleurs à partir de ladite source étant en opposition de phase. 6. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par.le fait que le haut-parleur interne a un meilleur rendement que le haut-parleur de façade. 7. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le haut-parleur interne présente une impédance plus faible que le haut-parleur de façade. 8. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'on dispose une résistance dans le circuit d'alimentation du haut-parleur de façade. 9. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les deux haut-parleurs sont alimentés à partir de ladite source à travers deux amplificateurs distincts, l'amplificateur alimentant le haut-parleur de fa çade ayant un gain moindre que celui qui alimente le haut-parleur interne.