Brevet FR2583604A1 — publié le 19861219

2583604. "Dispositif pour convertir un signal électrique en un signal acoustique". L'invention concerne un dispositif pour convertir un signal électrique en un signal acoustique, ce dispositif comprenant un transducteur électro-acous- tique à l'intérieur d'un bottier. Il est connu de monter des transducteurs électro-acoustiques dans un bottier fermé. Pour cet emploi, les transducteurs de ce genre sont conçus de façon telle que, incorporés au bottier fermé, ils possèdent un facteur de qualité supérieur à 0,85, et de préférence environ égal à l'unité. La plage de fréquence du dispositif s'étend alors entre une certaine fréquence limite inférieure fi et une certaine fréquence limite supérieure fs. s Si à l'aide de ce dispositif, l'on dési- rait reproduire des signaux dont la fréquence est plus bas- se, c'est-à-dire des signaux dont les fréquences sont (tout juste) inférieures à ladite fréquence limite infé- rieure fi du dispositif, cette reproduction est réalisable en branchant devant le transducteur un filtre qui amplifie lesdites fréquences plus basses. Cette amplification de basses fréquences peut conduire à des problèmes de course dans le transducteur, cela signifie que la partie mobile du transducteur se bloque lorsqu'elle atteint son écart maximal possible, de sorte que le signal acoustique subit une distorsion sérieuse. De la distorsion disponible à ce sujet, il est connu de réaliser une extension de la plage de fré- quence de fonctionnement vers des fréquences plus basses par l'application du principe "bass-reflex" suivant lequel la course de la partie mobile du transducteur dans une zone de fréquence si tiède directement sous la limite inférieure de la plage de fréquence de fonctionnement du transducteur, est nettement inférieure à la course de la partie mobile d'un transducteur dans une enceinte acoustique fermée et avec une même caractéristique de fréquence. Ledit "princi- pe bass-reflex" est décrit en détail par A.N Thiele, voir la publication J.A.E.S. 19-5, page 382 et pages suivantes, et J.A.E.S. 19:6, page 471 et pages suivantes, (1971), et par R.H. Small, voir la publication J.A.E.S. 21:5, page 363 et pages suivantes, J.A.E.S. 21:6, page 438 et pages suivantes, J.A.E.S. 21:7, page 549 et pages suivantes, et J.A.E.S. 21:8, page 635 et pages suivantes, (1973). Toute- fois, ledit principe bass-reflex n'est pas applicable au dis- positif connu, et cela notamment pour la raison suivante: pour permettre cette application au dispositif connu le fac- teur de qualité du transducteur incorporé au bottier fermé devrait être inférieur à 0,75, et de préférence se situer entre 0,6 et 0,7. Or, pour réaliser une telle réduction de la valeur du facteur de qualité, il est possible entre autres de prendre deux mesures.: a) agrandissement du volume de boîtier, b) utilisation d'un autre haut-parleur dont le système magné- tique est plus lourd (produit B x 1 plus élevé). L'agrandissement du volume de bottier n'est pas possible pour certaines applications, par exemple dans les systèmes haut-parleur destinés aux véhicules. En outre, le prix d'un haut-parleur muni d'un système magnéti- que plus lourd est beaucoup plus élevé, de sorte que le plus souvent les deux mesures en question sont inacceptables. L'invention a pour but de procurer un dispositif qui tout en permettant la conversion d'un signal électrique en un signal acoustique autorise néanmoins la reproduction de ces basses fréquences dans un boîtier à volume réduit et à l'aide du transducteur à moins lourd système magnétique. A cet effet, le dispositif conforme à l'invention est remarquable en ce que le boîtier est un meuble bass-relfex et est pour cette raison muni d'une ouver- ture, que le transducteur, s'il est incorporé audit meuble dont l'ouverture est obturée, possède un facteur de qualité qui est supérieur à 0,85, et que le transducteur est précédé d'un réseau de correction dont la caractéristique de trans- mission correspond à la transmission d'un montage en sé- rie formé par des premier et deuxième réseaux, alors que la transmission dudit premier réseau est au moins envi- ron l'inverse de la transmission de l'entrée du transduc- teur vers l'accélération de la membrane du transducteur incorporé au meuble bass-reflex, tandis que la transmis- sion dudit deuxième réseau correspond au moins à la trans- mission d'un convertisseur fictif qui, s'il est incorporé audit meuble dont l'ouverture est obturée, possède un facteur de qualité qui est inférieur à 0,75. Le principe bass-reflex est donc appliqué tout de même audit transducteur dans l'enceinte fermée et facteur de qualité supérieur à 0,85, malgré le fait qu'il soit impossible de réaliser un système bass-reflex à l'aide de ce transducteur dans ladite enceinte. Cette me- sure ne permet pas a elle seule d'obtenir une extension de la plage de fréquence de fonctionnement vers des fré- quences plus basses. Pour simuler maintenant, à l'aide de cette combinaison du transducteur en question dans le boîtier précisé ci-dessus, et maintenant muni d'un évent, un système bass- reflex cependant dimensionné correctement dont la plage de fréquence de fonctionnement est limitée par une fré- quence limite inférieure beaucoup plus basse, on branche un réseau de correction devant le transducteur. Comme préconisé dans ce qui précède, le ré- seau de correction peut être considéré-comme étant formé par le montage en série qui comporte des premier et deuxième réseaux. La transmission de ce premier réseau est au moins environ l'inverse de la transmission de l'entrée du transducteur vers l'accélération de la membrane du trans- ducteur, comme incorporé au boîtier en question et muni d'un évent ou d'un élément rayonnant passif. Comme l'accé- lération de la membrane est une mesure du signal de sortie acoustique du dispositif, le fait que le premier réseau précède le transducteur a comme conséquence que la carac- téristique de transmission de l'entrée du filtre vers la sortie du transducteur (c'est-à-dire donc le signal de sortie acoustique du transducteur) devient plus ou moins plate dans une large plage de fréquence. Comme en outre le deuxième réseau précède le transducteur, est simulé en fait le comportement d'un transducteur fictif à l'ai- de duquel il est possible par contre de réaliser un sys- tème bass-reflex, de sorte qu'on obtient pour le disposi- tif une transmission totale de son signal d'entrée élec- trique vers son signal de sortie acoustique qui peut être utilisée dans une plage de fréquence beaucoup plus large, surtout vers les basses fréquences de cette plage. Par le branchement d'un réseau de correction devant le transducteur, il a donc été possible de réali- ser une transmission qui aurait pu être également obtenue si le hautparleur utilisé avait été placé dans un bottier plus volumineux ou si le boîtier utilisé avait été équipé d'un haut-parleur dont le système magnétique est plus lourd. Comme déjà dit, un plus grand volume de bottier n'est pas toujours possible. En outre, un bottier plus volumineux ou un haut-parleur à système magnétique plus lourd augmente le coût du dispositif. Les frais qui sont nécessaires à cet effet sont généralement supérieurs à ceux qui sont nécessaires pour la réalisation du réseau de correction, étant donné que ce dernier est réalisable sous forme intégrée. Le dispositif conforme à l'invention a donc l'avantage que le prix d'un tel dispositif à large plage de fréquence de fonctionnement peut être inférieur à celui de dispositifs qui réalisent d'une autre façon la même plage de fréquence de fonctionnement. Il y a lieu de préciser ici que là o dans ce qui précède ou dans ce qui suit, il est question ou sera question d'un meuble bass-reflex, il y a lieu d'entendre soit un bottier à évent ouvert (ou évent acoustique), soit d'un boîtier dans lequel une ouverture contient un élé- ment rayonnant passif. Des systèmes comportant un élément rayonnant passif sont décrits entre autre par R.H. Small dans la publication J.A.E.S. 22:8, page 592 et pages suivantes, et J.A.E.S. 22:9, page 683 et pages suivantes. (1974). Là o dans ce qui précède et dans ce qui suit, il est question ou sera question d'une ouverture dans le bottier qui est fermée, comme c'est le cas pour le haut- parleur fictif, il y a lieu d'entendre que l'évent ou l'élément rayonnant passif ne fournit pas de contribution acoustique. Cela signifie que l'évent est complètement fer- mé, alors que dans le cas d'emploi de l'élément rayonnant passif, cela signifie que cet élément est immobile. La description suivante, en regard des des- sins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment peut être réalisée l'invention. La figure 1 illustre un exemple de réalisa- tion du dispositif conforme à l'invention. Les figures 2a et 2b montrent l'allure de quelques caractéristiques de fréquence propres au disposi- tif selon la figure 1. La figure 3 montre la caractéristique de fré- quence du premier réseau. Les figures 4a et 4b montrent l'allure de quelques caractéristiques de fréquence propres à un dispo- sitif avec un transducteur fictif incorporé au boîtier de ce dispositif selon l'invention. La figure 5 est un schéma synoptique du dis- positif selon la figure 1. La figure 6 illustre un deuxième exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention. La figure 7 montre une caractéristique de fréquence d'un réseau utilisé dans le dispositif selon la figure 6. Sur la figure 1 illustrant donc un premier exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, un transducteur électro-acoustique 1 qui n'est représenté que schématiquement, est incorporé à un boîtier 2, dessiné en coupe. L'évent bass-reflex 3 est visible sur cette fi- gure 1. Le transducteur 1 et le boîtier 2 sont dimensionnés de façon que si l'évent 3 devait être obturé, le facteur de qualité Q du transducteur 1 dans ce boîtier 2 serait supé- rieur à 0,85. Le facteur de qualité du transducteur 1 ré- pond à la formule suivante 2 = m(k1 + k) (1) R + (B1)2... m R e dans laquelle les références utilisées indiquent: Rm: la résistance mécanique du système masse-ressort que forment la membrane (le cÈne) de l'unité de conver- sion et sa suspension [Ns/ml, Re: la résistance électrique de la bobine mobile [-] B: l'induction magnétique dans l'entrefer Wb/m2 1: longueur des spires de la bobine mobile pour autant qu'elles se trouvent dans l'entrefer [m] m: masse de la membrane, de la bobine mobile et carcasse de celle-ci, et de la charge acoustique [kg], k1: constante d'élasticité de la suspension de la membra- ne[N/m], et kb: constante d'élasticité résultant du volume d'air derrière la membrane du bottier. A cette occasion, il a été admis qu'il s'agis- sait d'un transducteur électrodynamique. Les bornes d'entrée 4,4' du dispositif sont couplées à l'entrée 9,9' du bottier 2 par l'intermédiaire d'un pré-amplificateur 5, d'un réseau de correction 7 et d'un amplificateur de sortie 8. La caractéristique de fré- quence H (f) de la transmission du réseau de correction 7 c correspond à la caractéristique de fréquence de la trans- mission d'un montage en série comportant un premier réseau et un deuxième réseau 11. La caractéristique de fré- quence H1(f) du premier réseau 10 correspond au moins à l'inverse de la caractéristique de fréquence Ha(f) de l'en- trée 9,9' du transducteur 1 vers l'accélération de la mem- brane 12 du transducteur 1 incorporé au bottier 2 muni de la porte bassreflex 3, c'est-à-dire que: H1(f) = H (f)........ (2) a La figure 2a montre la caractéristique de transmission Ha(f) du transducteur 1 dans le meuble bass- reflex 2. Comme l'accélération de la membrane 12 est une mesure de la pression sonore provoquée par le transducteur 1, ladite caractéristique Ha(f) montre la contribution du transducteur au signal de sortie acoustique (la pression sonore) du meuble bass-reflex. En outre, la figure 2a illus- tre par la courbe 14 la transmission de l'entrée 9,9' du transducteur en fonction de la vitesse volumique de l'évent. Cette courbe 14 montre donc la contribution de la porte 3 au signal de sortie acoustique (la tension sonore) du meu- ble 2. Les courbes de la figure 2a et des figures suivantes sont obtenues à l'aide de simulations par ordinateur et ne montrent que le comportement basse fréquence (inférieur à 1000 Hertz) des divers composants. L'échelle de représen- tation de la fréquence est logarithmique le long de l'axe horizontal (abscisses), l'amplitude propre à la transmis- sion étant représentée en décibels (relatifs) le long de l'axe vertical (ordonnées). La figure 2b montre la caractéristique de transmission totale Ht(f) du meuble bass-reflex 2, obtenue par addition de la caractéristique de transmission H (f) a et de la courbe 14 de la figure 2a. Ladite figure 2b montre aussi, notamment par la ligne en pointillé 15, la transmis- sion du haut-parleur 1 dans le boftier 2, l'évent 3 toute- fois étant obturé. La figure 2b montre clairement l'impos- sibilité de réaliser un système bass-reflex à l'aide du meuble 2. L'élaboration de l'évent 3 ne donne pas lieu à une extension de la plage de fréquence de fonctionnement vers des fréquences plus basses. Les caractéristiques que montrent les figures 2a et 2b sont indicatives d'un système d'un meuble bass-reflex dont le volume est en fait trop petit pour le haut-parleur auquel on fait appel. La figure 3 montre la caractéristique de transmission H1i(f) qui respecte la formule (2). La courbe H1(f) est l'inverse de la courbe Ha(f) sur la figure 2a. Pour des fréquences qui sont inférieures à des fréquences entre 10 Hertz à Hertz, il est fait en sorte d'obtenir une courbe qui reste plus ou moins "horizontale" ou qui est décroissante. Il est inutile no- tamment que dans cette plage de fréquence, la caractéristique H 1(f) ait encore une allure croissante, d'une part en raison de ce que l'audition s'étend au maximum jusqu'à 20 Hertz, et d'autre part en raison de ce que des problèmes surviennent en ce qui concerne la réponse dynamique. La caractéristique de transmission H2(f) du deuxième réseau correspond au moins environ à celle d'un transducteur fictif qui, s'il est incorporé au meuble bass-reflex 2 dont l'ouverture (évent) 3 est fermé, possède un facteur de qualité qui est inférieur à 0,75. En fait, cela veut dire qu'à l'aide de ce haut-parleur fic- tif, il est possible de réaliser de façon correcte un système haut- parleur bass-relfex en combinaison avec le meuble 2. Le comporte- ment du système fictif dans lequel le haut-parleur fictif est incor- poré au meuble 2 est illustré sur les figures 4a et 4b. La figure 4a montre cette caractéristique de transmis- sion H2(f). Cette courbe représente de nouveau la transmission de l'entrée du transducteur fictif vers l'accélération de la membrane de ce transducteur fictif. Comme déjà dit dans ce qui précède en référence à la figure 2a, cette caractéristique H2(f) montre la con- tribution du transducteur fictif au signal de sortie acoustique du système fictif. De son côté, la courbe 16 sur la figure 4a montre la contribution de l'évent 3 au signal de sortie acoustique du système fictif. La figure 4b montre la caractéristique de transmission Hf(f) du système fictif, alors que de son côté, la courbe en pointil- lé 17 montre la transmission du haut-parleur fictif dans le meuble 2, l'évent 3 étant obturé. Ladite figure 4b permet de se rendre compte que le haut-parleur dans le meuble bass-relfex 2 réalise une plage de fréquence nettement plus large, c'est-à-dire une caracté- ristique qui continue vers des fréquences plus basses. La comparai- son des figures 2b et 4b effectuée à ce sujet montre clairement que la fréquence limite inférieure (point -3 dB) dans cet exemple de réalisation est déplacée d'environ 100 Hertz vers environ 60 Hertz. La question qui se pose maintenant est de connaître l'allure de la caractéristique de transmission du dispositif répon- dant à la figure 1. A cet effet, la figure 5 montre le schéma équi- valent électrique du dispositif que montre la figure 1. Les ampli- ficateurs 5 et 8 de la figure 1 ont été omis sur la figure 5. Les si- gnaux x(t), y(t) et z(t) sont, dans cet ordre de succession, le si- gnal d'entrée électrique présenté aux bornes 4,4', le signal électri- que présenté aux bornes 9,9' du bottier 2, et le signal de sortie acoustique du bottier, ce signal de sortie résultant de la sommation des contributions acoustiques du concertisseur 1 et de l'évent 3. Après transformation de Fourier lors de laquelle x(t), y(t) et z(t) sont transformes en X(f), Y(f) et Z(f), les formules suivantes sont valables: Z(f) =[Ha(f) + Ha(f) Hp(fj Y(f)......3 et Y(f) = Hl(f) H2(f) X(f)......4 Par l'emploi de la formule (2), la formule (4) devient: H (f) Y(f) = Ha(f) X(f)......5 a La combinaison des formules (3) et (5) permet de trouver: Z(f) = [H2(f) + H2(f) Hp(f)J Z(f)......6 La formule (6) indique que le dispositif selon la figure 1 se compor- te comme le système fictif décrit en référence à la figure 4, avec caractéristique de transmission totale Hf(f), ou: Z(f) = Hf(f) x (f)...... .7 Pour la clarté de l'exposé, il est encore précisé ici que les cour- bes 14 et 16 correspondent aux caractéristiques de transmission res- pectives Ha(f) Hp(f) et H2(f) Hp(f). La figure 6 illustre un deuxième exemple de réalisa- tion, le principe de contre-réaction cinétique étant appliqué à l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1. A cet effet, le transducteur 21 est muni d'un capteur d'accélération 22, rendu soli- daire de la membrane. Le signal d'entrée électrique est présenté au transducteur 21 par l'intermédiaire de la borne d'entrée 4 et d'un montage en série que forment un pré-amplificateur 5, un réseau 23, le deuxième réseau à caractéristique H2(f), une unité d'addition 24, un amplificateur 25, le premier réseau à caractéristique H 1(f) et l'amplificateur 8. A travers la branche de contre-réaction 26, le signal de sortie du capteur 22 est fourni à l'unité d'addition 24. Eventuellement, il est prévu encore un réseau de reprise qui shunte électriquement le transducteur 21 et le capteur 22. Le but de l'emploi d'un tel réseau de reprise et son agencement sont décrits dans la demande de brevet neerlandais n 8 001 592 introduite en son temps. Le signal enregistré par le capteur 22 devrait être une mesure de la puissance acoustique débitée par le dispositif. (transducteur 21 et l'évent ou l'élément rayonnant passif. Comme ledit signal produit par le capteur n'est qu'une mesure de la puissance-acoustique débitée du seul transducteur 21, il a été ajouté un réseau 23 ayant une caractéristique propre à corriger l'absence de la contribution de l'évent ou de l'élément rayonnant passif au signal du capteur. La figure 7 montre la carac- téristique de fréquence du réseau en question 23. Si l'ouverture dans le boîtier utilisé dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 6 devait être munie d'un élé- ment rayonnant passif, il est possible d'élaborer sur cet élément aussi un capteur de vibration, et de fournir les signaux des deux capteurs à l'unité d'addition 28. Dans ce cas, il est possible d'o- mettre l'emploi du réseau 23. REVENDICATIONS: 1. Dispositif pour convertir un signal électrique en un signal acoustique, ce dispositif comprenant un transducteur électro- acoustique à l'intérieur d'un bottier, caractérisé en ce que le bol- tier est un meuble bass-reflex et est pour cette raison muni d'une ou- verture, que le transducteur, s'il est incorporé audit meuble dont l'ouverture est obturée, possède un facteur de qualité qui est supé- rieur à 0,85, et que le transducteur est précédé d'un réseau de cor- rection dont la caractéristique de transmission correspond à la trans- mission d'un montage en série formé par des premier et deuxième ré- seaux, alors que la transmission dudit premier réseau est au moins environ l'inverse de la transmission de l'entrée du transducteur vers l'accélération de la membrane du transducteur incorporé au meuble bass-reflex, tandis que la transmission dudit deuxième réseau corres- pond au moins à la transmission d'un transducteur fictif qui, s'il est incorporé audit meuble dont l'ouverture est obturée, possède un facteur de qualité qui est inférieur à 0,75. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture est munie d'un élément rayonnant passif.