Brevet FR2635399A1 — publié le 19900216

TABLE D'HARMONIE A STRUCTURE SANDWICH COMPORTANT UNE AME EN NID D'ABEILLE. DESCRIPTION La presente invention concerne une table d'harmonie pour un instrument de musique à cordes et plus particuLièrement pour un instrument de musique à cordes comprenant un corps de résonance constitué d'une caisse et d'une table d'harmonie au-dessus de laquelle sont tendues les cordes. La fonction de cette table d'harmonie est d'amplifier les vibrations des cordes en offrant plus de surface au contact de l'air que les cordes ellesmêmes. En outre, dans le cas de certains instruments de musique tels que tes guitares, une deuxième fonction de la table d'harmonie est de supporter La traction des cordes qui sont fixées sur elle par l'intermédiaire du chevalet. Une table d'harmonie doit donc réunir des propriétes de tenue mécanique et d'efficacité acoustique. Elle doit être suffisamment mince pour bien vibrer. D'autre part, elle doit être suffisamment épaisse pour présenter une résistance mécanique appropriee. De manière traditionnelle, pour des instruments de musique tels que les guitares, les violons ou tes pianos, les tables d'harmonie sont réalisées en bois, de préférence L'épicéa qui est un matériau particutiérement Léger et résistant. Afin d'améliorer le rendement poidslrigidité de la table, et par suite son rendement sonore, il est classique de coller sur elle un réseau de petites barres. Bien que de nombreuses dispositions de ces barres aient été expérimentées, aucune n'est de beaucoup plus performante que les autres. Cependant, toutes sont compliquées, peu fiables quant au résultat et coûteuses à réaliser. En outre, une table d'harmonie en bois massif n'a pas obligatoirement la même épaisseur sur toute sa surface. Chaque morceau de bois est différent et peut etre travaillé différemment dans le sens des épaisseurs à donner. L'art du luthier consiste précisément à estimer le bois à utiliser et à créer entre les différentes barres des zones d'épaisseurs distinctes destinées à être accordées aux différent-s fréquences émises. Il va de soi que la réalisation d'une table d'harmonie de ce type demande beaucoup de temps. Par suite son prix de revient est élevé. Les tables d'harmonie en bois présentent encore d'autres inconvénients. Il est difficile de s'approvisionner en bois sec de bonne qualité. Elles présentent une instabilité mécanique en fonction des conditions climatiques. Enfin, elles sont sujettes aux fissures et au vieillissement. C'est la raison pour laquelle on a cherché à remplacer le bois par d'autres matériaux ne présentant pas ces inconvénients, en particulier, on a réalisé des tables d'harmonie en matériau composite. On connaît par exemple (USA 4-364 990) un matériau de construction particulièrement destiné à la fabrication de tables d'harmonie et de panneaux pour instruments à cordes. Ce matériau comprend une me de microbilles de verre imprégnées de résine époxy. Cette âme est prise en sandwich entre deux couches de tissu de fibres de graphite unidirectionnelles. On élimine ainsi les inconvénients relatifs- à l'anisotropie (manque d'homogéneité du matériau) du bois. La table d'harmonie peut etre reproduite à un grand nombre d'exemplaires possédant des qualités acoustiques identiques sans qu'il soit nécessaire d'ajuster son épaisseur. En outre ce matériau est Léger. Cependant, il présente l'inconvénient de ne pas offrir une resistance transverse suffisante. La table d'harmonie doit alors etre nervurée au moyen de barres qui assurent une meilleure rigidité. On obtient alors des qualites acoustiques voisines de celles des tables en bois massif avec l'avantage d'une mise en oeuvre plus facile. On connaSt également (USA 4- 348 933) une table d'harmonie pour un instrument de musique à cordes tel qu'un piano ou un clavecin constitué d'une âme de bois et de deux couches extérieures de matériau composite, par exemple des fibres de carbone. Cette table d'harmonie est relativement rigide, de telle sorte qu'elle ne necessite pas d'ajouter des nervures pour augmenter sa rigidité. Cependant, le matériau est lourd. Il amplifie moins bien les vibrations qui lui sont communiquees par les cordes. En conséquence, la puissance sonore de L'instrument est diminuée. L'invention a précisément pour objet une table d'harmonie pour un instrument de musique à cordes tel qu'une guitare ou analogue qui remédie aux inconvénients de l'art antérieur exposé ci-dessus. Cette table d'harmonie est constituée d'une âme en nid d'abeille et de deux peaux en matériau composite fixées de part et d'autre de L'âme. La structure nid d'abeille de l'âme peut être en papier ou en un autre matériau Léger. Elle sera de préférence réalisée en NOME . Ce matériau, bien connu de l'homme du métier, est une structure en nid d'abeille de papier de fibres de nylon noye dans de la resine phenolique thermostable. Grâce à cette structure on obtient une table d'harmonie presentant une très grande légèreté. Elle est en outre suffisamment rigide pour qu'il ne soit pas nécessaire de la renforcer par un réseau de barres constituant des nervures de rigidification, mais par des renforts de tissus sous Le chevalet ou en densifiant le nid d'abeille au droit du chevalet. Selon une variante de réalisation préférée, les peaux qui sont disposées de part et d'autre de l'âme sont précontraintes en traction. Cette précontrainte augmente encore la rigidité de la table d'harmonie. Enfin, bien que la table d'harmonie de L'invention s'applique à tout instrument de musique à cordes, elle permet d'obtenir des résultats acoustiques particulièrement intéressants lorsqu'elle est appliquée à une guitare dont les cordes sont fixées à un cordier directement solidaire des éclisses faisant partie du corps de résonance comme c'est le cas pour la guitare connue de la demande de brevet français no87 09584, ou encore du document US-A-4 291 607. Grâce à cette caractéristique les cordes n'exercent aucun effort sur la table d'harmonie selon une direction perpendiculaire au plan de cette tabLe, de sorte qu'aucune. considération de résistance mécanique de la table ne vient plus limiter ses possibilités de réalisation. La puissance sonore de l'instrument peut alors etre optimisée. D'autres caractéristiques et avantages de La présente invention apparaitront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective montrant la structure du matériau d'une table d'harmonie conforme à L'invention - la figure 2 est une vue en coupe d'une portion du matériau de la figure 1 montrant l'ancrage des peaux dans les alveoles de l'âme lorsque la table est réalisée sous vide ; - la figure 3 est une vue en perspective d'une réalisation préférée d'une guitare comportant une table d'harmonie conforme à L'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus à échelle agrandie d'un exemple de réalisation d'un chevalet pour la guitare de la figure 3 ;; - la figure 5 est une vue de face d'une variante de réalisation d'un chevalet pour la guitare de la figure 3 ; - la figure 6 est un diagramme comparatif des puissances entre guitare traditionnelle et guitare avec table d'harmonie selon L'invention. On a representé sur la figure 1 une vue en perspective de la structure de type sandwich qui constitue la table d'harmonie conforme à l'invention. Elle comprend une âme 2 présentant une structure en nid d'abeille. Cette structure est entourée de part et d'autre par une couche formant une peau d'un matériau composite. Comme on peut le voir sur la figure, la face supérieure et la face inférieure de L'âme sont constituées par des sections droites des alvéoles hexagonaux formant la structure en nid d'abeille. L'âme 2 sert à maintenir un ecartement entre les deux peaux 4. Elle participe egalement à la rigidité de la structure. Les peaux 4 peuvent cotre constituées d'une ou de plusieurs couches de tissu de verre, de carbone, de kevlar ou d'une autre fibre tissée ou non tissée imprégnée d'une resine époxy ou autre. Le critere de choix des matériaux est la Légèreté alliée à une très grande résistance à la traction en ce qui concerne les peaux 4, au poinçonnement en ce qui concerne l'âme 2. Il s'agit de réaliser le rapport rigiditélpoids le plus élevé possible, il faut en outre que la table présente des qualités acoustiques très élevées. La table d'harmonie de l'invention n'a pas pour but de constituer une transposition d'une table d'harmonie en bois, mais de présenter des qualités différentes et un fonctionnement acoustique totalement différent de celui d'une table en bois massif. A titre d'exemple non exclusif, la structure en nid d'abeille 2 peut être réalisée en papier, en un autre matériau Léger. Selon une réalisation préférentielle, cette structure est réalisée en NOME Il va de soi qu'il appartient à l'homme du métier de déterminer les dimensions (mailles du réseau hexagonal et épaisseurs de l'âme et des peaux) en fonction de l'application. Toutefois à titre d'exemple, pour une guitare on a utilisé un nid d'abeille NOMEX de 3 mm d'épaisseur dont la maille était de 3 mm. On a placé sur le nid d'abeille des couches de tissu de kevlar de 2 0,3 mm d'épaisseur et d'une masse surfacique de 66 g/m préimprégnées d'une résine époxy.On a soumis l'ensemble à un pressage hydraulique sous une pression comprise entre 0,8 et 2 bars entre un moule et un contre-moule conformes avec interposition d'un agent démoulant entre les couches de kevlar et le moule et le contre-moule. L'ensemble a été polymérisé dans un four à 15O0C pendant 1h30 avec une montée en température de 400C par heure. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe au travers de la structure du matériau sandwich constituant une table d'harmonie conforme à l'invention lorsque cette table est réalisée sous vide et non sous presse. Comme on peut le remarquer, les peaux 4 disposées de part et d'autre de la structure en nid d'abeille 2 se déforment vers l'intérieur, de telle sorte qu'elles pénètrent légèrement à l'intérieur des alveoles de la structure en nid d'abeille en formant des dépressions 4a. Cette particularité assure un meilleur ancrage des peaux 4 sur la structure et permet une excellente liaison de l'ensemble. Afin d'ameliorer encore la rigidité de la structure, il est possible de précontraindre les peaux 4 en traction avant leur assemblage avec la structure nid d'abeille. On sait en effet que les fibres de tissu résistert très bien à la traction, mais faiblement à la compression. Lorsque la table d'harmonie fléchit, L'une des couches formant la peau est étirée, tandis que l'autre couche est comprimée. Il est compréhensible que la couche de tissu comprimée ne participe pas de manière sensible à la rigidité de la structure. Au contraire, en cas de précontrainte des couches de tissu, l'instant où la couche sur laquelle s'applique une compression est retardé, ce qui contribue à améliorer le rapport rigidité/poids. La table d'harmonie de L'invention s'applique de manière particulièrement avantageuse à une guitare dans laquelle les cordes sont fixees directement sur le corps de resonance. En effet, comme on peut le voir sur la figure 3, qui représente une vue en perspective d'une telle guitare, les cordes 6 sont fixées à un cordier 8. Ce cordier est lui-meme solidaire directement des éclisses 10 du corps de résonance. Ainsi, les cordes 6 sont fixées, à une de Leurs extrémités, au manche 12 de la guitare et à L'autre extrémité au cordier 8. La table d'harmonie n'a plus à assurer de fonction mécanique mais simplement une fonction vibratoire. Elle peut de ce fait être allégée. En outre, la guitare de ta figure 3 présente une autre particularité. En effet, la table d'harmonie 14 est espacée des éclisses 10 au moyen d'une série d'entretoises 16 réparties sur le pourtour de la table d'harmonie. Les entretoises 16 sont destinées à laisser un espace libre entre le bord supérieur des éclisses 10 et la face inférieure ou le bord de la table d'harmonie 14. Cet espace périphérique joue le rôle d'évent de décompression. Cette disposition était jusqu'ici peu employée, le bois de la table d'harmonie se fendant entre les plots, ce qui nécessitait des renforts et la table d'harmonie usuellement chargée ne permettait pas de tirer profit de cette disposition. De cette manière, il n'est pas nécessaire de prévoir une rosace (c'est-àdire un trou) dans la table d'harmonie, comme on Le fait classiquement.Cette dernière présente alors une surface unie ne comportant aucun défaut d'homogénéité tel que des nervures de raidissement ou une rosace venant entraver ces vibrations. Etant donné que le chevalet 18 n'exerce pas de contrainte perpendiculaire au plan de la table d'harmonie, il est nécessaire de prévoir des moyens particuliers pour transmettre les vibrations des cordes 6 à la table d'harmonie 14. On a représenté sur les figures 4 et 5 deux variantes de réalisation possibles de ces moyens décrites dans La demande de brevet français nO 87 09 584. Sur la figure 4, le chevalet 18 comporte des chicanes de sorte que chaque corde prend appui latéralement sur le chevalet à l'entrée et à la sortie de la chicane. Cette disposition permet aux cordes de transmettre leurs vibrations au chevalet qui les transmet à son tour à la table d'harmonie. On a représenté sur La figure 5 une variante de réalisation de ce chevalet. Il comporte un taquet 20 fixé sur Le chevalet 18 par des vis 22. Le taquet 20 presse Les cordes contre le chevalet 18 et permet la transmission des vibrations au chevalet. On a représenté sur la figure 6 le diagramme comparatif de la puissance exprimée en dB d'une guitare traditionnelle (représentée en traits mi-xtes) et celle d'une guitare selon l'invention (représentée en trait plein). Chaque résultat est une moyenne faite sur 10 mesures sur chacune des cordes à vide , l'excitation étant identique pour toutes les cordes. Les mesures ont été faites en chambre anéchoique avec microphone étalon, source étalon, analyseur, ampli de mesure, enregistreur de marque BRUEL et KJAER. Comme on peut le constater, la puissance est supérieure de 5 à 10 dB pour toutes Les cordes de la guitare de l'invention, excepté la corde si qui est une sur résonance de cette guitare traditionnelle. En outre, les spectres des cordes de la guitare de l'invention sont plus riches en harmoniques. La table d'harmonie qui vient d'être décrite présente de nombreux avantages. Elle permet de remédier aux inconvénients qui ont été décrits des tables en bois massif. Sa réalisation est grandement facilitée. Son temps de fabrication est diminué et son prix de revient de mise en oeuvre inférieur à celui des tables en bois massif. Elle présente un rapport rigidité/poids nettement supérieur à celui que L'on peut obtenir d'une table de bois. Pour une résistance à la flexion identique, la table d'harmonie de L'invention ne pèse que la moitié du poids d'une table traditionnelle comportant des barres de rigidification. Cette légèreté est fondamentale pour la puissance de L'instrument. Du fait que la table d'harmonie ne doit pas âtre rigidifiée ponctuellement le long des barres, elle vibre beaucoup plus librement sur toute sa surface quand elle est excitée par l'intermédiaire du chevalet. La puissance du son obtenu est beaucoup plus forte, le son dure plus longtemps et la progression des notes est meilleure. En d'autres termes, lorsque l'on passe d'une note à la suivante, il n'y a pas de variation en hausse ou en baisse du niveau sonore. Toutes Les cordes sont capables de produire à peu près le même niveau sonore. Avec une guitare comportant une table d'harmonie traditionnelle, lorsque l'on désire augmenter la puissance sonore de L'instrument, on augmente la force d'attaque de la corde, ce qui produit un renforcement du son. Toutefois, à partir d'une certaine force d'attaque, le son produit est moins pur parce qu'il comporte davantage d'harmoniques parasites. Ce phénomène est appelé saturation du niveau sonore. Ce seuil n'existe pas pour une table d'harmonie conforme à l'invention ou du moins il est suffisamment éloigné pour ne pas constituer une Limitation du niveau sonoreet de la puissance de l'instrument. Du fait de l'absence des barres, les différents modes vibratoires de la table sont beaucoup plus nombreux et parfaits. L'absence de nervure, l'absence de risque de fissuration ou de vieillissement, ainsi que la grande rigidité de la table autorisent des fixations variées de la table sur le corps de la guitare telles que par collage souple ou rigide sur tout le pourtour ou sur quelques entretoises réparties. Cette caractéristique permet, comme on l'a dit précédemment, de supprimer la rosace centrale. On augmente ainsi la surface vibrante utile de La table. Il en resulte un rendement acoustique meilleur et des qualités sonores accrues par rapport à celles d'une table à structure nid d'abeille comportant une rosace. Cette amélioration se traduit par un gain de 5 dB aux fréquences graves et de 3 dB aux fréquences aigus. Bien que l'invention s'applique de manière préférentielle à une guitare, elle peut également être utilise sur un piano. Dans cet instrument, des cordes sont fixees sur un cadre rigide qui entoure la table d'harmonie. Ces cordes font un léger angle avec Le plan de la table d'harmonie et exercent une légère contrainte sur elle. Il serait donc possible de supprimer, ici également, les nervures de la table d'harmonie ainsi que l'angle formé par les cordes et le plan de la table d'harmonie, avec les avantages décrits ci-dessus qui en résultent. L'invention s'applique également à un violon, bien que celui-ci ne fonctionne pas de la même façon qu'une guitare. Dans ce cas on remplace le matériau traditionnel du violon (le bois d'épicéa) tout en conservant la forme traditionnelle de ce violon. En revanche, l'amie (la poutre-verticale qui lie la table d'harmonie au fond) et la barre de rigidification devraient âtre conservées. Toutefois, en raison du changement de matériau, le temps de fabrication du violon est infiniment plus court que celui d'un violon classique. REVENDICATIONS 1. Table d'harmonie pour instrument de musique à cordes tel qu'une guitare ou analogue comprenant une âme (2) et deux peaux (4) en matériau composite fixées à L'ame (2) de part et d'autre de celle-ci, caractérisée en ce que l'amie (2) est en nid d'abeille. 2. Table d'harmonie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nid d'abeille est en NOM 3. Table d'harmonie selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que L'âme (2) présente une épaisseur de 3 mm et une maille de 3mm. 4. Table d'harmonie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune des peaux est en Kevlar. 5. Table d'harmonie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les peaux (4) sont précontraintes en traction. 6. Instrument de musique à cordes tel qu'une guitare comprenant une caisse constituée d'éclisses (10), d'un fond et d'une table d'harmonie (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et des cordes (6) tendues au-dessus de la table d'harmonie (14), caractérisé en ce que ladite table d'harmonie est espacée des éclisses (10) au moyen d'entretoises (16) de manière à déterminer une ouverture sur tout le pourtour de la caisse. 7. Instrument de musique selon la revendication 6, caractérisé en ce que Les cordes sont fixées à un cordier (8) directement solidaire des eclisses (1a).