Brevet FR2495423A1 — publié le 19820604

La présente invention a pour objet la réalisation d'une enceinte acoustique originale à pavillon avant double non replié et caisson fermé arrière, optimisée pour un certain haut-parleur pour basses et moyennes fréquences audibles, entre 65 Hertz et 750 Hertz. Cette invention se situe dans le domaine de ltélectro-acoustique appliquée à la sonorisation de forte puissance. Il est classique dans ce type d'application d'utiliser des enceintes acoustiques à pavillon adaptateur d'impédance acoustique qui conduisent à des dimensions physiques d'autant plus grandes que la fréqence minimum à reproduire (coupure basse) est plus petite. Pour des raisons de commodité, il est également classique de réaliser les sections des conduits de pavillon de forme rectangulaire, avec deux faces opposées (recto-verso) parallèles. Avec des pavillons simples de ce type, on assiste généralement à des résonnances parasites des deux faces parallèles tout au long du pavillon ; par ailleurs, les deux faces incurvées du pavillon faisant partie de la structure d'assemblage de l'enceinte,sont de réalisation délicate dans le domaine des fréquences acoustiques considéré ici (grandes dimensions).De plus, ee genre de pavillons accuse une directivité trop prononcée pour les fréquences élevées (supérieures à 300 Hz), ce qui est une caractéristique médiocre dans le domaine envisagé : il se produit une focalisation excessive des sons aigus. Avec des enceintes à pavillon replié de 900 et plus (1800, 2700, 3600, etc...) on assiste souvent à une chute de niveau acoustique à partir des fréquences moyennes de l'ordre de 250 à 300 Hz, ce qui limite leur utilisation aux seules fréquences basses et nécessite l'emploi de reproducteurs sonores supplémentaires à partir de 250 Hz. Ceci étant dû à des phénomènes de réflexion acoustique dans les coudes des pavillons repliés. La présente invention consiste en la réalisation originale d'une enceinte acoustique à pavillon double avant (conduits acoustiques projetés en (7,8,9,10) et (11,8,9,12) Fig. 3) à section rectangulaire de hauteur constante, les conduits ayant été calculés de telle façon qu'une face de chaque conduit (2)Fig.3 soit plane, les deux autres (8,19,9) et (8,20,9) étant incurvées selon une certaine loi géométrique propre à la présente invention, la juxtaposition des conduits amenant à la formation d'un volume trapézoidale à faces planes avec en son milieu une forme (4) faisant face à l'ouverture (3) de raccordement au haut-parleur.Cette forme contribue, outre sa fonction de profil acoustique, à prévenir au mieux toute vibration parasite des faces recto et verso (13) et (14) Fig.1 en établissant par liaison physique rigide entre ces deux faces, une force de rappel annulant les mouvements parasites opposés dus à la pression acoustique dans les conduits. Cette forme peut être usinée avec précision et commodité indépendemment de la structure du coffret où elle peut s'insérer en fin de fabrication. La figure (12) donne une vue de 3/4 face de la forme centrale (4). Les dimensions physiques des projections des surfaces acoustiques à proximité de (3) (surface de raccordement haut-parleur) étant petites sont adequate quant à la transmission des fréquences les plus hautes et l'appareil conserve un rendement acoustique constant jusque vers 750 Hz, soit le double des appareils précédemment décrits.La directivité aux fréquences élevées (de 300 Hz à 750 Hz) est minimisée grâce au développement judicieux et symétrique des deux conduits incurvés amenant au croisement des flux acoustiques à la bouche commune de sortie (5). Les sections du conduit double ainsi que le volume du caisson fermé arrière (6) ont été calculés pour qu'en association avec un haut-parleur de type EW 15 fabriqué par la firme EMILAR (Anaheim USA) on obtienne un gain acoustique maximum au dessus de la fréquence de coupure du pavillon double (environ 60 Hz), et une compensation de la charge acoustique réactive en dessous de cette fréquence de coupure.De plus, la surface de rayonnement du haut-parleur étant supérieure à la surface de démarrage (3) du pavillon, on a formation d'une chambre de compression optimisée pour le haut-parleur utilisé (ou tout autre ayant -- des caractéristiques électroacoustiques et mécaniques similaires : Surface de rayonnement, Raideur de suspension, Facteur de force, etc...) La figure 2 représente la vue de face de l'appareil, la figure 1 est la coupe suivant AA' vue de côté, et la figure 3 est la coupe BB' vue de dessus. Précisons les calculs et la conception de l'invention. Lors de ltemploi d'un haut-parleur en rayonnement direct dans l'air, on aboutit à une faible efficacité (rapport entre l'énergie acoustique rayonnée et l'énergie électrique fournie au haut-parleur), ceci étant principalement dû au fait que ltimpé- dance mécanique de l'air ambiant est trop basse par rapport à celle avec laquelle travaille la membrane du haut-parleur. On a montré que l'adjonction d'un pavillon exponentiel entre la membrane du haut-parleur et l'air ambiant constitue un transformateur d'impédance mecanique, donc permet une adaptation correcte entre le haut-parleur et l'air ambiant.Rappelons qu'un pavillon est de croissance exponentielle lorsque la progression de surface de la section droite du pavillon, perpendiculaire à l'axe de propagation des ondes sonores dans le pavillon, est une fonction exponentielle de l'abscisse suivant ce même axe: Sx = emx Sx : Surface de la section droite d'abscisse x S1 S1 : Surface de la section droite au départ. Ceci étant valable en ondes planes, quelle-que soit la forme des sections (rondes, carrées, rectangulaires, etc...), et pour une direction de propagation droite. Précisons que m est une constante proportionnelle à la fréquence de coupure basse m = 4WFC/C Fc : fréquence de coupure C : Vitesse de propagation du son dans l'air Soit Z1 l'impédance mécanique au niveau du haut-parleur et Z2 celle au niveau de l'air, on a la relation Z1/Z2 = S2/S1 S2 : section de sortie du pavillon S1 : section d'entrée du pavillon Cette relation est valable dans un domaine de fréquences limité aux basses fréquences par Fc, en aigu par les dimensions physiques au départ du pavillon qui doivent rester petites ou de l'ordre des longueurs d'onde acoustiques les plus courtes.La présente invention part d'une trompe exponentielle droite de référence déduite de la détermination et du choix des grandeurs suivantes S1, S2, m. On fixe Fe voisin de 60 Hz, ce qui détermine m. S2 est également liée à Fe. On la fixe égale à 0,5m. Sl dépend essentiellement du haut-parleur et sa détermination se fait par optimisation entre les caractéristique électromécaniques du haut-parleu et les dimensions du pavillon. On la fixe égale à 0,06m. On choisit une section rectangulaire de hauteur constante égale à 0.5m tout au long du pavillon, dont la projection des côtés sur les faces recto ou verso est constituée par deux ccurbes exponentielles symétriques par rapport à la direction de propagation. Les sections S1, S2, Sx restent perpendiculaires à cette direction (Fig 4). En partageant les sections en deux parties égales, avec une hauteur toujours constante, on obtient deux conduits identiques exponentiels ayant une direction de propagation droite et parallèle (Fig 4 et 5).L'idée consiste aicrs à incurver la direction de propagation de chaque petite trompe en imposant les conditions géométriques suivantes 1) que la section droite courante S'x = Sx/2 de chaque petite trompe demeure perpendiculaire à la nouvelle direction de propagation curviligne. 2) que la nouvelle direction de propagation curviligne demeure médiatrice des sections S'x. 3) que l'abscisse, sur la direction de propagation, du point X' intersection de la section S'x et de cette direction de propagation demeure constante lorsque l'on incurve la direction de propagation (Fig 6 : abscisse droite transformée en abscisse curviligne). 4) que tous les points courants M, lieu défini par l'une des deux branches exponentielles de chaque petite trompe droite, soient transformés en points allignés, lorsque l'on incurve la direction de propagation. Ces différentes conuiticns géométriques, propres à l'invention, imposent alors un lieu des points M', symétriques des points M nar rapport à l'axe curviligne formé par la nouvelle direction de propagation incurvée des ondes planes. On détermine le nouveau lieu des points M' commodément, grâce à la méthode graphique suivante, propre à l'invention. Soient une portion "élémentaire" ABCD du pavillon exponentiel initial à direction de propagation droite etysymétriquement par rapport-à la direction de propagation, la portion ABC'D'.(Fig 7). On choisit AB petit devant la longueur totale du pavillon, et compte tenu d'une faible courbure de CD, on assimile l'arc CD à la corde CD (approximation du premier ordre). Faisons tourner le point B autour du point A avec le rayon AB, B taient en B1 ; le point D sera transformé en un point D1que l'on impose appartenir à la droite parallèle à AB et passant par C. (Fig 8) Le point A demeure invariant dans la transformation. On impose de plus que B1D1 demeure égale à BD, et que B1D1 et AB1 soient perpendiculaires.Ceci entraine logiquement que AD. soit égal à AD (Théorème de Pythagore) AD = AB + BD AB = AB1 # AD = AB BD = BD1 # AD1 = AB1 + B1D1 (longueurs) AB1 # B1D1 Donc le point D1 s'obtient par l'intersection de la droite A et du cercle de centre A et de rayon AD.Le point D'1 s'obtient par symétrie du point D1 par rapport au segment AB1 c'est-à-dire que : B1D1 = B1D11 et AB1 # D1D11 En procédant par récurrence à partir de B1, on redresse ainsi tout le pavillon et on obtient le lieu des points D1 : la droite # , le lieu des points D'1 une certaine forme courbe P (Fig 9). La direction de propagation P pré- cédemment droite s'incurve désormais en une courbe P1. Si maintenant on accole les deux demi pavillons ainsi transformés, avec une solution de (Fig 10) continuité au départ, on obtient le pavillon double avec la forme acoustique centrale objet de la présente invention.Il apparait clairement que : 1) la forme centrale (4) est légèrement décalée en avant par rapport au plan de départ défini par les bords plans 2) les flux acoustiques dans les deux conduits se croisent à la bouche de sortie (5). Cette propriété permet d'étendre le champ acoustique dans le plan horizontal (directivité élargie), ce qui constitue une supériorité du présent dispositif.3) . Suivant la longueur du pavillon initial à transformer, on peut obtenir une gornSc pointttet étroite(trompe courte) ou une forme cardioide et un grand angle d'ouverture. Application à la réalisation d'une trompe suivant la description précédente, les paramètres suivants ayant été fixés -- Fc fréquence de coupure du pavillon = 60 Hz. -- S2 Surface totale de sortie (5) = 0.5 2 -- Hauteur intérieure du pavillon = 0.5 m. -- Hallt-parleur utilisé : EMILAR EW 15. - S1 surface de départ (3) = 0.06 m -- K volume du caisson arrière clos (6) = 70 litres. Après transformation selon l'invention, on obtient un pavillon double particulier dont les cotes intérieures sont données dans le tableau suivant et selon les variables : x abscisse suivant l'axe de symétrie du pavillon transformé Y1 ordonnée de la moitié supérieure de la forme centrale (4) ; y2 ordonnée de la face plane supérieure. Les ordonnées y'1 et y'2correspondant à la moitié inférieure du pavillon se déduisent de y1 et y2 par symétrie par rapport à l'axe des abscisse (Fig 11). Un prototype selon l'invention a été réalisé. La structure formée par : le caisson arrière (4), le pavillon à projection trapézoidale (7,10,11,12) (Fig 3), les flancs extérieurs (15) et (16) et les faces recto et verso (13, 14), a été réalisé en bois assemblé classiquement. Les volumes (17) et (18) ont été amortis pour empêcher toute vibration parasite. La forme centrale (4) de projection (8,19,9,20) a été réalisée en bois incurvé et neutralisé acoustiquement. TABLEAU DES COTES DU PAVILLON REALISE en centimètres + 0.01 cm (voir Fig 11). x y1 0 0 6,10 0,70 0 6,45 2,70 0,70 7,40 7,20 2,10 9,55 12,05 2,95 11,90 16,85 4,90 14,20 21,60 6,00 16,40 26,50 7,20 18,80 31,40 8,10 21,15 36,30 9,00 23,50 41,25 9,60 25,80 46,25 '0,00 28,25 51,10 10,40 30,50 55,95 10,30 32,90 61,00 10,10 35,30 66,00 9,50 37,70 70,75 8,80 40,00 75,55 7,65 42,30 80,25 6,20 44,45 84,70 4,50 46,70 89,25 2,10 48,75 91,95 0,00 50,10 TABLEAU 1 L'application industrielle envisagée concerne la sonorisation mobile et et semi-fixe à haut rendement acoustique en association avec un dispositif reproducteur sonore complémentaire dans la bande de fréquence 600Hz-15 KHz, la structure étant fabriquée en bois et/ou matière plastique (fibres,moulée). On envisage l'extension de l'invention à d'autres bandes de fréquences sonores comme 300 Hz - 3 KHz, en association avec un haut-parleur adequat. Le prototype précédemment décrit couvre la bande de fréquences comprise entre 65 Hz et 700 Hz avec une sensibilité moyenne supérieure à 104 dB/W/m. REVENDICATIONS 1. Enceinte acoustique à @avillen exponen@iel double avant @@@@@ ceeti@ rectangalaire de hau@ ar constante, caractérisée en ce eue le pavillen est censtitué par deux faces planes, rectangalaires (2) dispesées symétriouement par rapport à l'ouverture de raqyonnement du haut-parlour (2), faisant un cer @ain angle entre elles, et par uneforme centrale (4) fà flanes in@arvés et symétriques, disposé@fance à 1 ouverture de rayeanement du haut-parleur (3), et entre les deux faces planes (2). 2. Enceinte acoustique selon la revendication ", caractérisée en ce que son pavillon double soit obtenu géométriouement à partir de deux pavillons exponentiels droits, à section rectangulaire de hauteur constante, "ue l'c incurve symétriquement jusqu'à ce qu'une branche extérieure et la branche symétrique du deuxième pavillon soient planes, et en accolant les deux tres branches incurvées. 3. Enceinte acoustique selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que sa directivité horizontale soit élargie par le croisement des ftux acous- tiques à la bouche a sortie unique du pavillon double (5). 4. Enceinte acoustique selon une quelconque des revendications 1 à 3, optimisée pour un haut-parleur type EW 15 EMILAR ou out autre équivalent, caractérisée en ce que les deux faces planes (2et la forme ce trale (4) soient de hauteur égale à 0,5 mètre,en ce que la serface de départ (3) du pavillon soit égale à 0,06 mètre-carré et lasurface totale de sortie (5) soit égale à 0,5 mètre-carré, , et caractérisée en ce que son pavillon double ait,en pro jection orthogonale sur le fond (14) les cotes intérieures données en centimètres dans le tableau ci-dessous x, y1, y2, étant définis sur la figure 11. x y1 y2 Q O 6, 10 0,70 0 6.45 2,70 0,7 7,4v 7,20 2,10 9,55 12,05 2,95 11,90 16,85 4,90 14,20 21,60 6,00 16,40 26,50 7,21 18,80 31,40 8,10 21,15 36,30 9,00 23,30 41,25 9,60 23,80 46,25 10,00 2@,25 51,10 10,40 30,51 53,95 10,30 32,90 61,00 10,10 @1,@@ 66,00 9,58 37,70 70,71 8,80 40,00 76,55 7,65 @@,30 80,25 6,2@ 44,43 86,70 4,50 45,70 89,25 2,10 48,75 91,95 0,@@ 50,10 5. Enceinte acoustique selon la revendication 4 caractérisée par l'uti @isation d'un caisson a@rière fermé (6) d'un voàume de 70 litres, haut-pauleur compris.