Brevet FR2533790A1 — publié le 19840330

1. La présente invention se rapporté d'une façon générale à un appareil microphonique, et concerne plus particulièrement un appareil microphonique qui convient pour recueillir des sons en utilisant un champ sonore près de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide et ainsi de suite. Tout récemment, ce procédé pour recueillir des sons utilisant le champ sonore près de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide a soulevé l'intérêt dans la technique Dans le cas de-l'application de ce procédé pour recueillir des sons, il est nécessaire de saisir clairement la relation entre l'état de fixation, la caractéristique en fréquence, la directivité en un point qui reçoit les sons et ainsi de suite En ce qui concerne le champ sonore au voisinage de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide, des analyses et des expériences ont été menées sous différents points de vue par de nombreux chercheurs à la fin du 19 ème siècle Dans le but d'effectuer une analyse précise de ce champ sonore, il est nécessaire de considérer la diffraction du son d'une face de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide, vers sa face arrière Mais des calculs compliqués doivent être effectués lorsque cette analyse précise est faite Par conséquent, dans la technique antérieure, des résultats satisfaisants n'ont pas toujours été obtenus et par conséquent, le procédé antérieur pour recueillir les sons utilisant le champ sonore près de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide n'a pas été mis en pratique et il était difficile de réaliser un appareil microphonique pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un objet de l'invention est donc de proposer un appareil microphonique qui convient pour un dispositif recueillant les sons, et pouvant utiliser effectivement le champ sonore proche de la surface d'une plaque plane en une pièce rigide. Selon un aspect, l'invention concerne donc un appareil microphonique qui comporte une plaque plane avec une surface constante et un élément microphonique situé sur la plaque plane dans une position périphérique, au moins à une certaine distance du centre de la plaque. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réa- lisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels Les figures 1 et 2 sont des vues schéma- tiques utilisées pour expliquer la théorie fondamentale de l'invention, La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un appareil microphonique selon l'invention, Les figures 4 A et 4 B forment un modèle utilisé pour expliquer le fonctionnement du mode de - réalisation de la figure 3, Les figures 5 à 7 sont des courbes carac- téristiques destinées à expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 3, La figure 8 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'invention, Les figures 9 à 11 sont des diagrammes utili- sés pour expliquer le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 8, La figure 12 est une vue de côté d'un autre mode encore de réalisation de l'invention, et La figure 13 est une courbe caractéristique utilisée pour expliquer le fonctionnement du mode de réa- lisation de la figure 12. Sur les différentes figures, les mêmes réfé- rences désignent des éléments et des pièces semblables. Tout d'abord, la théorie fondamentale de l'invention sera décrite en regard des figures l et 2. Sur la figure 1, les références W 1, W 2, W 3 et W 4 désignent respectivement quatre parois qui forment un champ sonore environné par ces parois, S indique une source sonore et M un point de réception des sons qui sont tous deux situés dans le champ sonore entouré par les quatre parois W 1 à W 4 Il est supposé dans ce cas que la pression acoustique provoquée par le son qui se propage le long du trajet direct depuis la source sonore 50 jusqu'au point de réception M est P 0, que la pression acoustique produite par l'image primaire 51 de la source produite par la paroi W 1 est Pl et que les pressions acoustiques pro- duites de façon similaire par les images primaires de la source sonore 52, 53 et 54 formées par les parois W 2, W 3 et W 4 sont respectivement P 2, P 3 et P 4 Il est en outre supposé que les pressions acoustiques produites par les images secondaires des sources, qui sont formées de manière que les sons provenant de la source sonore 50 soient réflé- chis sur deux parois, sont respectivement P 12, P 13, P 14, ,et P D'une P 21 ' P 23 ' P 24 ' P 31 ' P 32 ' P 34 P 41 ' P 42 et P 43 ' Dune façon similaire, il est supposé que les pressions acoustiques produites par les images de la source sonore formées de manière que les sons provenant de la source sonore S soient réfléchis par trois parois et davantage, sont Pijk''' (o i j $ k) Avec ces positions le-rapport signal/bruit du point M de réception de son s'exprime par l'équation suivante ( 1) S/N = PO 4 p 2 + 4 4 p 2 4 4 4 p 2 + Zz iú z J + L ijk i=l i j=l i=l j=l k=l ( 1) o i j # k # Le rapport signal/bruit sera maintant considéré dans les conditions ci-dessus lorsque le point de réception de son M est situé très près ou au voisinage de la paroi W 2. Le signal de la pression acoustique PO qui atteint directement le point de réception de son M pro- venant de la source sonore 50 a la même phase que le signal de la pression acoustique B 2 produite par la ré- flexion primaire sur la paroi W 2 à toutes les fréquences, de sorte que l'équation ( 1) ci-dessus devient: p 2 + p 2 S/N, , 2 2 + p 2 + p 2 + 4 4 Pl + 4 4 4 2 ( 2) P +P 3 +P 4 S: ij + j ijk i=l j=l i=l j=l k=l o i # j # k A ce moment, étant donné que la relation PO P 2 est satisfaite, le numérateur de l'équation ( 2) devient 2 P En outre, étant donné qu'en général les dénominateurs des équations ( 1) et ( 2) sont à peu près égaux entre eux, il apparaît que le signal/bruit est amélioré d'environ 3 d B. Ensuite, le cas sera considéré dans lequel une source sonore S est positionnée dans l'espace, un disque D qui devient un obstacle pour le son émis par la source sonore S est présent et un point de réception R est situé au-dessus de la surface du disque D à une hauteur Z comme le montre la figure 2. Dans le cas de la figure 2, un son direct O p suivant un trajet direct L provenant de la source sonore S jusqu'au point de réception de son R s'exprime comme suit: 0 D 00 -jk L e jk Le( 3) L Une vitesse de particule U sur lne surface d S produite par le son direct 0 p s'exprime comme suit: 1 + jk) 00 -jkn U = _( + k) O e cos\ ( 4) L L x x et un son réfléchi d Os sur la surface d S devient: d =d S e-jk ( 5) Par conséquent, la somme S des sons réflachis s'exprime comme suit: 52 cr A () e Jk $S O O 2 p + jk) O e-jk LX cos' rdrd G x L x ( 6) Ainsi, si une pression acoustique P au point de réception R s'exprime par le rapport avec une pression acoustique Pp du son direct, son équation approximative devient: 2533790- P P + s p Pp OP O p L L 2 ir A 40 e-jk Lx = X Jk L JO l + jk) e-jk Lx L ordrd O P j L ek L 52 ILAZ ()cos e -jk (L + -=l + e O P)0e x 2 J L x ( + jk) dde L x o AZ ( conditions limites sont superposées entre elles, l'inter- férence par diffraction devient importante Dans le but de réduire les composantes d'ondulation, il est nécessaire de situer le point de réception sonore R excentriquement ou à distance du centre du disque D De cette manière, il est possible de régulariser la caractéristique en fré- quence mais cela s'accompagne du fait que la caractéristique directionnelle devient dissymétrique et que cette carac- téristique directionnelle apparaît dans la direction opposée à celle dans laquelle le point de réception sonore est dé- placée La raison en est que l'effet d'images (effet de réflexion) est réduit dans la direction près du bord du disque D provenant du point de réception M, comme expliqué en regard de la figure 1, que le niveau de la caractéris- tique directionnelle est bas mais dans la direction opposée à la surface de réflexion qui entraîne que l'effet de réflexion est important et que le niveau de la caracté- ristique directionnelle augmente. L'invention est basée sur le fait que la caractéristique directionnelle apparaît dans la direction opposée à celle dans laquelle le point de réception de son est déplacée. La figure 3 représente un exemple d'un appareil microphoniuqe selon l'invention Dans cet exemple une plaque plane 1 d'une forme prédéterminée et d'une surface constante, par exemple un disque avec un rayon a est situé comme une surface plane d'une pièce rigide, et un élément microphonique 2 est disposé sur le disque 1 dans sa partie périphérique, à distance du centre C du disque 1, par exemple dans une position décalée du centre C de 3 a/4. Au lieu d'un disque, une plaque plane ayant une forme carrée, une plaquel plane rectangulaire ou une plaque plane d'autre forme peut convenir pour la plaque 1 Une source sonore 3 est située au-dessus de l'élément micropho- nique 2 sur la plaque plane 1, à une distance prédéterminée de cette dernière. La figure 4 A est une vue schématique de côté et la figure 4 B une figure schématique en plan de la figure 3 Sur la figure 4, la référence 0 désigne l'angle d'in- cidence du son provenant de la source sonore 3 (représenté sur la figure 3) sur l'élément microphonique 2 Si l'angle d'incidence 0 est changé, le changement de pression acous- tique sur l'élément microphonique 2 produit par la source sonore 3 représente la caractéristique directionnelle indiquée par les points noirs sur la courbe de la figure 5 (valeurs mesurées en pratique) Les conditions de cette mesure pratique sont par exemple telles que a = 85 mm, 3 a/4 = 65 mm et la distance entre la source sonore 3 et la plaque plane 1 est environ 2,5 à 3 mètres Sur la figure 5, la courbe en trait plein indique la valeur calculée par une analyse approximative dans laquelle le son diffracté par la face de la surface plane de la pièce rigide est négligé sur le plan pratique Il apparait en regard de la courbe de la figure 5 que les valeurs mesurées coïncident pratique- ment avec les valeurs calculées En outre, il ressort de la figure 5 que la pression acoustique recueillie est élevée pour le son d'une direction constante (par rapport à la position de la direction centrale> et minimale dans la position du plan aligné avec celui dela plaque plane. Dans ce cas, le son provenant de la source sonore 3 n'est pas une onde interrompue en forme de trains mais une onde continue avec une fréquence constante et une pression acous- tique constante. Le gain de la pression acoustique recueillie par rapport à la fréquence est représenté sur la figure 6 sur laquelle la courbe en traits pleins représente la valeur calculée tandis que les points désignent des valeurs mesurées Il apparaît en regard de la figure 6 que le gain de la pression acoustique recueillie pour la fréquence est tel que le rapport entre son augmentation et sa diminution augmente quand la fréquence devient élevée. La figure 7 est une courbe montrant les carac- téristiques en fréquence ou la relation entre les caracté- ristiques directionnelles et les caractéristiques en fréquence lorsque, comme le montre la figure 4, l'ange d'incidence O de l'onde plane est établi à + 45 , 0 et -45 dans les mêmes conditions Sur la courbe de la figure 7, les traits pleins représentent les valeurs calculées et les autres marquages représentent les valeurs mesurées Dans ce cas, le marquage X représente le cas o l'angle d'incidence 0 est choisi à + 450, le marquage A représente le cas o l'angle d'incidence 0 est choisi à 0 et le marquage O représente le cas o l'angle d'incidence O est choisi -450 Il ressort clai- rement de la figure 7 que la relation entre la caràctéris- tique directionnelle du son recueilli et la fréquence est telle que la caractéristique en fréquence du son apparaît plus remarquable quand le son provient du voisinage de la direction du rayon de la plaque plane 1, et la séparation entre la gauche et la droite est établie de 800 Hz à 6 k Hz ce qui est important pour le sens positif. Comme décrit ci-dessus, dans cet exemple de l'invention, en situant l'élément microphonique 2 dans une position espacée du centre c de la plaque plane 1, * avec une distance prédéterminée, c'est-à-dire 3 a/4, le gain de la pression acoustique recueillie devient élevé quand le son arrive plus près du centre c de la plaque plane 1, les caractéristiques en fréquence deviennent re- marquables et les diverses caractéristiques de sensibilité, clarté, etc sont améliorées. La figure 8 représente un autre exemple de -l'invention dans lequel des éléments microphoniques 4 et 5 sont situés respectivement dans des positions espacées chacune du centre c de la plaque plane 1 de 3 a/4, symé- triquement par rapport au centre c Si les conditions de mesure des éléments microphoniques 4 et 5 sont les mêmes que celles du premier exemple, cet exemple présente les mêmes caractéristiques. Dans la disposition ci-dessus, le cas sera maintenant considéré dans lequel, comme le montre la figure 9, le rayon a de la plaque plane 1 est 85 mm, les distances des éléments microphoniques 4 et 5 de gauche (L} et de droite (R) du centre c de la plaque plane 1 sont mm et la source sonore 3 est positionnée dans la direction de l'angle d'intersection d'environ 450 avec l'élément microphonique 4 de droite, et à une distance de celui-ci d'environ 2,5 à 3 mn Si le son provenant de la source sonore 3 est une onde continue avec une fréquence constante et une pression acoustique constante comme cela a été décrit ci-dessus, la pression acoustique recueillie par l'élément microphonique 4 de droite est supérieure à celle de l'élément microphonique 5 de gauche Ainsi, si les sons provenant des éléments microphoniques respectifs sont enregistrés ou écoutés comme sons de gauche provenant du côté gauche et sons de droite provenant du côté droit, le son est différent de la position de la figure 9 et la localisation de l'image sonore est décalée vers la droite. Par conséquent, lorsqu'un son continu avec une fréquence constante et une pression acoustique constante est enregistré par un appareil s'enregistrement comme un magnétophone ou autre, dans les conditions d'un appareil stéréophonique comme mentionné ci-dessus, il est nécessaire que la sortie de l'élement microphonique de gauche soit appliquée à l'entrée de droite d'un appareil d'enregistrement et que la sortie d'un élément microphonique de droite soit appli- quée à l'entrée de gauche de l'appareil d'enregistrement. Autrement dit, étant donné que dans ce cas, la directivité est opposée à la position de réception de sons différente de l'enregistrement et la reproduction sonore dans la technique antérieure, à l'enregistrement et à la reproduction, la localisation est opposée dans les positions de gauche et de droite. Mais si la source sonore 3 produit une onde interrompue, en forme de trains variables en fréquence et en pression acoustique comme le montre la figure 10, le son qui a rrive à l'élément microphonique 4 de droite est retardé d'une distance de 130/ f 2 mm par rapport à l'arrivée sur l'élément microphonique 5 de gauche à l'instant indiqué sur la figure 9 Autrement dit, l'instant d'arrivée de l'onde sonore interrompue sur l'élément microphonique 4 est re- tardé de 0,26 ms par rapport à celle de l'élément micropho- nique 5 comme le montre la figure 11 Par conséquent, lorsque le son est entendu par des écouteurs ou autres dont la directivité est essentiellement déterminée par la différence de phases des sons qui arrivent, il est préférable que la sortie de l'élément microphonique de gauche soit fournie à l'entrée de gauche ét que la sortie de l'élément micropho- nique de droite soit fournie à l'entrée de droite Autre- ment dit, lorsqu'une onde sonore interrompue est entendue par des écouteurs ou autres dont la directivité est déterminée par la différence de phases des sons, la localisation (sens directionnel) par le sens auditif est détectée davantage sur le côté gauche Cela est basé sur une loi dite de premier front d'ondes (effet Has) selon laquelle si la 1 O différence de temps ci-dessus est inférieure à 5 ms environ, la localisation se déplace vers le côté du niveau le plus élevé. Par conséquent, dans le cas d'utilisation d'écouteurs et autres comme mentionné ci-dessus, il est souhaitable que de même que pour le mode normal d'enregis- trement, la sortie de l'élément microphonique de gauche soit appliquée à l'entrée gauche et que la sortie de l'élément microphonique de droite soit appliquée à l'entrée droite respectivement Mais si un son reproduit est écouté par un haut-parleur, un son précédent devient sourd et le sens de la distance s'oppose, de sorte que de même que pour l'état stationnaire du son avec une fréquence constante et une pression acoustique constante, l'élément microphonique de gauche est connecté à l'entrée droite et l'élément microphonique de droite est connecté à l'entrée gauche. Comme cela a été-indiqué ci-dessus, dans le second exemple de l'invention, le même fonctionnement et les mêmes effets que ceux du premier exemple sont obtenus et en outre une réception de sons stéréophoniques devient possible en utilisant efficacement le phénomène de chants sonores. La figure 12 représente un autre exemple de réalisation de l'invention dans lequel un tissu 7 de carac- téristiques constantes d'épaisseur et d'absorption des sons est collé sur la surface de la plaque plane 1 dans des conditions similaires à celles de la figure 3 tandis que la surface d'absorption des sons de l'élément microphonique 2 est exposée Le tissu 7 peut être par exemple en laine, en laine de verre, en feutre, etc La figure 13 est un graphe des caracté- ristiques en fréquence du troisième mode de réalisation de la figure 12 Sur la figure 13, la courbe en pointillés représente les caractéristiques en fréquence dans le cas o le tissu 7 n'est pas prévu et la courbe en traits pleins représente celle avec le tissu 7 Il apparaît en regard de la figure 13 que la région des fréquences élevées, par exemple au-dessus de 5000 Hz des caractéristiques en fréquence peut il 1 être supprimée au moyen du tissu 7. Par conséquent, si ce troisième mode de réalisation d'un appareil microphonique selon l'invention représenté sur la figure 12 est utilisé pour enregistrer les sons d'une conférence ou autre, les composantes sonores de fréquences relativement élevées produites par exemple par des étagères, des pupitres, des pages tournées et ainsi de suite, peuvent être éliminées ou les sons inutiles autres que celui des voix et autres ne sont pas recueillis de sorte que la conférence peut être traitée de façon-effec- tive En outre, le troisième exemple de l'invention peut être utilisé dans un mode de réception de sons stéréopho- niques comme le montre la figure 8. comme cela a été décrit ci-dessus et selon l'invention, étant donné que l'élément microphonique est situé sur la plaque plane de surface constante et à sa position périphérique au moins à distance du centre, le dispositif de réception sonore qui utilise le champ sonore proche de la surface plane de la pièce -rigide peut être présenté. En outre, et selon l'invention, les différentes caractéristiques telles que la sensibilité, la clarté, et ainsi de suite peuvent, être améliorées comparativement avec un appareil microphonique dé la technique antérieure. De plus, la région des fréquences élevées, au-dessus d'environ 1 k Hz est relevée par l'invention de sorte que la sensation de la distance est substantiellement compressée, élargissant la surface recueillant le son et par conséquent, l'appareil microphonique est très efficace pour l'utilisation comme dispositif de réception de sons afin de recueillir le son d'une conférence ou autre. Bien -entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention - REVENDICATIONS 1 Appareil microphonique, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque plane ( 1) avec une surface constante et un élément microphonique ( 2) situé sur ladite plaque plane dans une position périphérique, au moins à une certaine distance du centre de ladite plaque plane. 2 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite plaque plane ( 1) est un disque blanc. 3 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite plaque plane ( 1) est une plaque plane carrée. 4 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit élément microphonique ( 2) est situé dans une position espacée du centre de la plaque plane de 3 a/',-o a est le rayon ou la moitié du côté de la plaque plane. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit élément microphonique ( 2) consiste en deux éléments microphoniques ( 4,'5) qui sont situés dans des positions symétriques espacées du centre de la plaque plane de 3 a/4 o a est le rayon est la moitié du côté de ladite plaque plane. 6 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une pièce ( 7) d'absorption du son d'une épaisseur constante sur ladite plaque plane. q