Brevet FR2532139A1 — publié le 19840224

Enceinte acoustique La présente invention concerne une enceinte acoustique-comprenant-un bol- tier rigide sur lequel sont montés au moins un haut-parleur pour repro duire les sonorités basses, dit haut-parleur des basses, au moins un -haut-parleur-pour reproduite les sonorités moyennes dit haut-parleur des médiums, et au moins un haut-parleur pour reproduire les sonorités aigues dit haut-parleur des aigus, ainsi qu un circuit électrique pour filtrer les signaux transmis à ces haut-parleurs en fonction de leurs fréquences. On connait déjà de très nombreuses réalisations relatives à des enceintes acoustiques, basées sur des principes très variés. Dès 1927 on a mis au point des haut-parleurs du type électro-statique à simple effet compre nant une fine membrane isolée sur-sa face extérieure, conductrice sur sa face intérieure èt tendue sur une grille ou une plaque perforée. La même année l'inventeur Hans Vogt a présenté au Salon de la radio de -Berlin un haut-parleur du type électro-statique à double effet,~dit "Push-pull" comportant une membrane isolée et déux grilles disposée de part et d'autre de cette membrane. Bien qu'ils aient connu un certain succès commercial notamment aux Etats Unis, leur absence de fiabilité et leur rendement insuffisant les ont faits sombrer dans l'oubli. Toutefois, les qualités de ce transducteur sont remarquablesen soi, et il fut le premier dans les années 1955 à offrir une bande passante reprodui sant les fréquences allant de 40 à 14 000 Hz. Une des améliorations les plus importantes fut de différencier les cel lules en fonction du registre à reproduire. Ainsi, à titre d'exemple,des cellules de 63 cm de hauteur, de 10 cm de largeur et de 3 mm d'écart en tre les plaques perforées, disposées symétriquement,peuvent reproduire des graves sur une bande passante de 40 à 500 Hz. Deux autres cellules de 63 cm de hauteur et 6~cm de largeur disposées au centre reproduisent la bande médium allant de 500 à 5 000 Hz. Le tweeter central prend le riais au-delà de 500 Hz. La répartition entre les différentes fréquences est confiée à un filtre actif. Toutefois les haut-parleurs électro-statiques conservent leurs défauts, c 'est-à-dire leur charge capacitive donc leur impédance est très basse à fréquence élevée, ce qui pose des problèmes de court-circuit de l'amplificateur, leur directivité est importante, leur rendement est faible, leur réponse est mauvaise pour les basses , et ils nécessitent une alimentation extérieure. Un des buts de la présente invention a été de conserver toutes les qualités de ce type de haut-parleur tout en remédiant au mieux à ses défauts. Pour augmenter le rendement d'un haut-parleur électro-statique du type à double grille, on peut agir sur différents facteurs - diminuer la-distance entre les armatures fixes, - augmenter la tension de polarisation et l'élévation de tension par le transformateur de couplage, - alléger et augmenter la rigidité et la surface de la membrane. En augmentant la surface de la membrane et en diminuant la distance entre les armatures, on augmente la capacité du condensateur, d'où une chute extrême de l'impédance aux fréquences élevées avec bien entendu les inconvénients évoqués précédemment pour les amplificateurs. L'augmentation de la tension de polarisation et de la sortie du transformateur accentue les risques d'amorçage. L'augmentation de la rigidité et de la diminution de la distance entre les armatures limitent la bande passante dans le bas du spectre sonore. La présente invention se propose de pallier les inconvénients des systèmes existants par une combinaison nouvelle de moyens partiellement connus en soi aboutissant à des résultats totalement nouveaux. Ce but est atteint par l'enceinte acoustique selon l'invention caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison au moins un haut-parleur de graves du type électro-dynamique, au moins un haut-parleur de médiums du type électro-statique,et au moins un haut-parleur des aigus du type piézoélectrique. Cette combinaison a pour but d'utiliser pour chaque domaine de fréquence le type de haut-parleur ayant les meilleures qualités de reproduction sonore. Cette combinaison n'est pas évidente en soi et il a fallu mettre au point un circuit de filtrage qui les rend compatibles, et qui en outre corrige certains défauts de ses composants,notamment des haut-parleurs électro-statiques. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le boîtier de l'enceinte comporte un labyrinthe à section décroissante avec évent freiné, ce labyrinthe étant replié verticalement, les deux parties étant séparées par un panneau disposé en biais, et comportant à'son extrémité supérieure une entaille exponentielle agencée pour assurer la communication entre les deux parties du labyrinthe. Le choix de cette solution évite les parois parallèles et permet de ce fait de renforcer la structure. Le Fait de replier le labyrinthe permet d'augmenter sa longueur. L'entaille exponentielle évite les résonnances très accusées et par conséquent l'effet d'accentuation de certaines fréquences. L'évent freiné a pour avantage de limiter des élongations aux fréquences très basses. Le haut-parleur électro-dynamique des graves est de préférence monté sur un second boîtier rapporté sur la face avant de l'enceinte, à sa partie inférieure, et ouvert à l'arrière pour permettre à l'onde arrière de pénétrer dans le labyrinthe. Pour diminuer la directivité du haut-parleur des médiums, l'enceinte comporte de préférence au moins deux haut-parleurs de médiums constitués chacun par un élément plan allongé, ces éléments étant montés uerticalement sur un support solidaire de la face avant l'enceinte, de telle manière que leurs plans entre eux forment un angle différent de O ou 1800. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'enceinte comporte trois haut-parleurs de médiums montés sur un support rigide fixé sur la face avant du boîtier au moyen d'organes amortisseurs souples, et les hautpar leurs sont disposés selon un arc de cercle en formant deux à deux un angle compris entre 150 et 1700, et de préférence à 1610, de telle manitre que leur lobe de rayonnement soit régulier sur un angle au moins approximativement égal à 600. Le support rigide comporte avantageusement une plaque rigide allongée agencée pour être montée-;sur la face avant du bottiers et pourvue à chaque extrémité d'un bras perpendiculaire au plan de la plaque, comportant des moyens pour fixer les éléments plans constituant les haut-parleurs électro-statiques, cette plaque dtant équipée d'un élément central allongé en forme de dièdre, dont les surfaces constituent des réflecteurs placés à l'arrière desdits éléments. Les haut-parleurs d'aigus utilisés dans le c-adre de la présente invention sont des haut-parleurs piézo-électriques dont l'intérêt réside d'une part dans une impédance plus élevée que celle des autres haut-parleurs d'aigus, et d'autre part dans une bande passante dépassant très nettement 20 KHz. Ces haut-parleurs allient légèreté de l'équipaye mobile, puisqu'aucune bobine n'est nécessaire, à des accélérations exceptionnelles tout à fait comparables à celles que l'on obtient avec les haut-parleurs électro-statiques. Selon une réalisation préférée, l'enceinte selon l'invention comporte deux haut-parleurs piézo-électriques montés dans l'axe des autres hautparleurs, l'un au voisinage du sommet de la face avant de l'enceinte, 1' autre entre les haut-parleurs de médiums et le haut-parleur des basses, dans la zone inférieure de ladite face avant. Le circuit de filtrage comporte une cellule Butterworth du troisième ordre, qui assure une coupe abrupte de l'émission des haut-parleurs mé- diums au moins approximativement à la fréquence de 12 KHz. Une telle cellule permet de façon connue d'obtenir une pente du filtre de 18 dB/octave. Une cellule du second ordre permettrait d'obtenir une pente encore acceptable de 12 dB/octave. Le circuit des haut-parleurs d'aigus est monté en parallèle par rapport au reste du circuit et a une impédance au moins égale à 50 ohms. De cette manière, l'impédance du système ne descend lamais en-dessous de 5,5 ohms à 12 1z et a des valeurs de l'ordre de 8,2 ohms à 24 000 liz, et de 4,5 ohms à 6 000 Hz, c'est-à-dire des valeurs ohmiques acceptables pour pratiquement n'importe quel amplificateur. Le circuit des haut-parleurs des médiums comporte un transformateur élévateur de tensions, dont le secondaire est connecté aux armatures des éléments. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel; la figure 1 est une vue en perspective de l'enceinte acoustique selon l'invention, la figure 2 représente une vue de profil, partiellement coupée de 112n- ceinte de la figure 1, 'la figure 3 représente une vue partielle du panneau de séparation intérieure délimitant les deux parties du labyrinthe de l'enceinte selon l'invention, la figure 4 représente une vue en perspective partiellement coupée du support des haut-parleurs des médiums, et la figure 5 représente schématiquement le circuit de filtrage des hautparleurs de l'enceinte selon l'invention. En référence aux figures 1 à 3, l'enceinte acoustique représentée 10 comporte essentiellement un premier boîtier ll et un second boîtier 12 rapportés sur la partie inférieure de la face avant du boîtier 11. Le second boîtier qui est ouvert à l'arrière et communique avec l'intérieur du boîtier 11 sert de support à un haut-parleur de graves 13 et un haut-parleur d'aigus 14. La partie supérieure de la face avant du premier boîtier porte trois éléments- 15 constituant les haut-parleurs de médiums du type électro-statique montés sur un support 16, et un second hautparleur d'aigus 17 disposé sensiblement dans l'axe des autres hautparleurs. A l'intérieur du boîtier est ménagé un labyrinthe comportant une première partie 18 et une seconde partie 19.Ces deux parties sont délimitées par un panneau 20 et éventuellement par un second panneau facultatif 21, de telle manière que la section du labyrinthe soit décroissante dans le sens des flèches A et B L'ouverture supérieure 22, représentée plus en détail par la figure 3, est exponentielle pour les raisons citées précédemment. Des-ouvertures 23 ménagées dans la paroi arrière du boîtier 11, constituent l'évent freiné dont le rôle est de limiter les élongations aux fréquences très basses. Les cloisons qui entrent dans la composition des deux boîtiers sont assemblées de façon très rigide de préférence par vissage et collage. Le panneau 20 est de préférence au moins partiellement revêtu d'une matière empêchant les réflections, telle que par exemple la laine de verre.Le support 16 est de préférence monté, par sa plaque arrière, sur la face avant du boîtier 11 au moyen de tampons amortisseurs souples an caoutchouc ou en tout autre matériau équivalenta La figure 4 représente les trois éléments 15 constituant les haut-parleurs du type électro-statique. Chacun de ces éléments est formé d'un-cadre 3(3 en matière synthétique, qui maintient ensemble une grille avant 31, une grille arrière 32 et une feuille isolante en matière synthétique tel que par exemple le nylon# ou le mylar#.Ces trois éléments sont vissés sur le support 16 ou plus précisément sur les bras 32 et 33 de ce support au moyen de vis traversant les ouvertures 34. Le support 16 comporte une plaque arrière 35 perpendiculaire aux bras 32 et 33 et comportant au centre un élément 36 allongé en forme de dièdre qui constitue un réflecteur pour les ondes arrières des éléments 15. L'angle que forment entre eux deux à deux les plans des éléments 15 est sensiblement égal à 1610,et est de préférence compris entre 150 et 1700. Le but de cette disposition est d' obtenir un lobe d'émission régulier sur un angle d'environ 600, et par conséquent de remédier au problème de la directivité des haut-parleurs électro-statiques conventionnels. Le circuit représente schématiquement sur la figure 5 comporte un circuit de filtrage composé des bobines d'induction L1, L2 et du condensateur C1 connecté au haut-parleur de basses W, et d'une cellule de Butterworth du troisième degré connectée en parallèle. Les armatures du haut-parleur de médiums D sont attaquées par un transformateur TR élévateur de tensions à multicouches alternées pour le pri-. maire et le secondaire. Le haut-parleur d'aigus TWB constitue une cellule de remplissage, c'est-b-dire qu'il constitue un haut-parleur complémentaire restituant la partie des signaux non restitués par .le premier haut-parleur d'aigus TWA. Ces deux haut-parleurs sont des haut-parleurs piézo electriques dont l'impédance est relativement élevée, ce qui présente l'avantage de ne pas diminuer notoirement l'impédance du système lors d'un couplage en parallèle. Ce circuit est conçu pour que la bande passante des haut-parleurs électrostatiques soit limitée à 12 KHz. L'impédance du système est linéarisée par un circuit parallèle RLC jusqu'à 6 000 Hz. La limitation de la bande passante des haut-parleurs de médiums électro-statiques permet d'éviter une chute d'impédance pour les fréquences élevées. a coupure est effectuée de façon abrupte par la- cellule Butterworth du troisième ordre, ce qui permet d'avoir une impédance de l'ordre de 6 ohms à 12 KHz, de 9,9 ohms à 24 KHz, et de 4,9 ohms à 6 KHz. A titre d'exemple, le haut-parleur électro-dynamique des graves utilisé a un diamètre de 30 cm, une fréquence de résonnance propre très basse de l'ordre de 17 Hz et une bobine de 50 mm sur un noyau d'aluminium. La fréquence de coupure est de 250 Hz. La pente de coupure est de 19 db/octave. Toutes les bobines d'induction sont à air et les condensateurs sont des condensateurs à papier. Les haut-parleurs de médiums sont constitués par trois éléments électrostatiques type dit "Push-Pull"sde 60 mm de largeur et 570 mm de longueur. L'écart entre les armatures est de 4 mm. La membrane est en Nylon(R),t les armatures en acier perforé par des trous carrés de 5 mm de côté. Les haut-parleurs d'aigus sont piézo-électriques et comportent une chambre de compression et un pavillon destinés à remédier à leur faible rendement. Ils sont surmontés d'une membrane souple en matière synthétique quasi exponentielle. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au dispositif décrit et illustré par les figures, mais peut subir différentes modifications évidentes pour l'homme de l'art. Revendications 1. Enceinte acoustique comportant un boîtier rigide sur lequel sont montés au moins un haut-parleur pour reproduire les sonorités basses, dit hautparleur des basses, au moins un haut-parleur pour reproduire les sonore tés moyennes dit haut-parleur des mediums, et au moins un haut-parleur pour reproduire les sonorités aigus, ainsi qu'un circuit électrique pour filtrer les signaux transmis à ces haut-parleurs en fonction de leurs fréquences, caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison au moins un haut-parleur des basses du type électro-dynamique, au moins un hautparleur des moyens du type électro-statique et au moins un haut-parleur des aigus du type piézo-électrique. 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier comporte un labyrinthe à section décroissante avec évent freiné, ce labyrinthe étant plié verticalement, les deux parties étant séparées par un panneau disposé en biais et comportant à son extrémité supérieum une entaille exponentielle agencée pour assurer la communication entre les deux parties de labyrinthe. 3. Enceinte selon la revendication 2, caractérisée en ce quelle comporte un second boîtier rapporté sur la face avant de l'enceinte et ouvert à l'arrière pour communiquer avec l'entrée du labyrinthe, ce second boîtier servant de support à un haut-parleur de basses. 4. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle comporte au moins deux haut-parleurs de médiums constitués chacun par un élément plan allongé, ces éléments étant montés verticalement sur un support solidaire de la face avant de l'enceinte, de telle manière que leurs plans forment entre eux un angle différent de 0 ou 180 o 5.Enceinte selon la revendication 4, carac'6risde en ce qu'elle comporte trois haut-parleurs médiums montés sur un support rigide fixS sur la face avant du boîtier au moyen d'organes amortisseurs souples, et en ce que haut-parleurs sont disposés selon un arc de cercle, en formant deux à deux un angle compris entre 150 et 170 , et de préférence égal à 161 , de telle manière que leur lobe de rayonnement soit régulier sur un angle au moins approximativement égal à 60 o 6.Enceinte selon la revendication 5, caractérisée en ce que 1 support rigide eonorte une plaque allongée agencée pour etre montée su race avant du boîtier, et pourvue à chaque extrémité longitudinale d'un bras perpendiculaire au plan de la plaque et comportant des moyens pour fixer les éléments plans constituant les haut-parleurs électro-statiques, cette plaque étant équipée d'un élément central allongé en forme de dièdre dont les surfaces constituent des réflecteurs placés à l'arrière desdits éléments. 7. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux haut-parleurs piézo-électriques montés dans l'axe des autres hautparleurs, liun au voisinage du sommet de la face avant de l'enceinte, l'autre entre les haut-parleurs des médiums et le~haut-parleur des basses, dans la zone intérieure de ladite face avant. 8. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de filtrage comporte une cellule Butterworth du troisième ordre pour assurer une coupure abrupte de l'émission des haut-parleurs de médiums, au moins approximativement à la fréquence de 12 KHz. 9. Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit des haut-parleurs des aigus est monté en parallèle par rapport au reste du circuit de filtrage,et a une impédance au moins égale à 50 ohms. 10. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de filtrage comporte un transformateur élévateur de tension dont le secondaire est connecté aux armatures des éléments constituant les hautparleurs de médiums.