Brevet FR2673800A1 — publié le 19920911

L'invention concerne un dispositif électro-acoustique pour la reproduction sonore de haute qualité,utilisant l'asservissement électronique.n signal électrique,proportionnel à la pression acoustique engendrée par la membrane du haut-parleur,est asservi au signal d'entrée de 1 'amplificateur.L'asservissement permet une meilleure reproduction,par la diminution des distorsions et du temps de réponse. Les dispositifs existants,utilisent pour reproduire le signal électrique proportionnel à la pression acoustique,un système composé,ensemble ou séparément,d'accéléromètres,de capteurs de vitesse et de capteurs de déplacement,fixés en un endroit de la membrane du haut-parleur,et de simulateurs électroniques.Les haut-parleurs électrodynamiques sont les plus utilisés,dans certains cas la bobine mobile de ces haut-parleurs est montée dans un pont de mesure,d'où l'on extrait un signal proportionnel à la vitesse de cette bobine mobile. Ces capteurs délivrent un signal électrique qui est transformé à l'aide de correcteurs,en un signal proportionnel à la pression acoustique engendrée par la membrane du haut-parleur.Le signal sortant des correcteurs est injecté dans un comparateur qui génére le signal d'érreur modulant l'amplificateur de puissance. tin inconvénient vient du fait,que le signal électrique délivré par le capteur ne représente que le mouvement d'une petite partie de la membrane du haut- parleur,là où est fixé le capteur,mais n'est pas représentatif de toute la partie rayonnante du haut-parleur.A cela s'ajoute souvent,l'augmentation de la masse de l'équipage mobile. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients,il comporte un haut-parleur à pavillon,àl'intérieur duquel sont fixés un ou plusieurs microphones à faible taux de distorsions. Ces microphones fournissent un signal électrique proportionnel à l'énergie acoustique engendrée directement par toute la surface de la membrane du haut-parleur.L'utilisation de microphones,ayant une courbe de réponse plate dans le domaine de fréquence à asservir, permet de minimiser la simulation,donc d'utiliser des correcteurs tres simples.Avant d'arriver au comparateur,afin d'être asservi au signal d'entrée de l'amplificateur,le faible signal de retour issu des microphones,traverse successivement,un préamplificateur, un correcteur composé; d'un filtre passe-bas éliminant les hautes fréquences,et d'un circuit déphaseur assurant la stabilité du système bouclé.Afin de préserver les microphones des bruits extérieurs,et favoriser le captage de l'énergie acoustique provenant principalement de la membrane du haut-parleur,la membrane des microphones est fixé aux abords de la gorge du pavillon,on obtient par cette disposition un maximum d'éfficacité,car elle permet de capter,en plus des distorsions fournies par la membrane du haut-parleur et du signal utile, la plus grande partie des distorsions introduites par le pavillon, tout en préservant les microphones des bruits pénétrants par la bouche du pavillon.En effet,dans un pavillon,les distorsions prennent principalement naissance à la gorge,tandisque les distorsions crées près de la bouche sont négligeable.Cela provient des vitesses et pressions acoustiques importantes,existantes à la gorge du pavillon,les phénomènes ne sont plus linéaires,car les échanges ne sont plus absolument adiabatiques.0n renforce l'isolation aux bruits extérieurs,pouvant traverser le pavillon,en augmentant la densité et l'épaisseur de la paroi dans la région de la gorge du pavillon et,ou en utilisant des parois multiples.Les éssais montrent que l'utilisation de microphones unidirectionnels dont la membrane est dirigée vers la membrane du haut-parleur,donne le meilleur résultat.La distance séparant la membrane des microphones à celle du haut-parleur est de quelques centimètres,en effet,cette distance doit être négligeable vis à vis de la longueur d'onde de la fréquence la plus haute à asservir,faute de quoi,il y a instabilité et oscillations aux fréquences élevées.Bien que l'utilisation d'un microphone est déja satisfaisant,on peut jouer sur l'écartement de plusieurs microphones associés électroniquement,pour en obtenir une meilleure directivité et sélectivité. tin autre aventage de l'invention réside dans le fait que l'utilisation d'un pavillon adapté,permet d'augmenter considérablement le rendement acoustique du dispositif,ce qui permet l'emploi d'un haut-parleur plus petit,en ce qui concerne la surface de leur membrane et leur puissance électrique.Un haut-parleur à petite surface de membrane,travaille avec facilité dans une bande de fréquence étendue, cela conduit à une diminution de nombre de voies. L'invention concerne aussi une enceinte acoustique utilisant le dispositif précedemment décrit .Elle utilise un haut-parleur électrodynamique,destiné aux fréquences basses et moyennes,chargeant un pavillon long de type exponentiel,un microphone unidirectionnel électrodynamique situé dans l'axe du pavillon et dirigé vers la membrane du haut-parleur fournit le signal de retour.Ce signal est amplifié puis traverse un filtre passe-bas à 6 décibels par octave, destiné à éliminer les hautes fréquences,ensuite pénétre dans un réseau de déphaseurs à retard de phase,agissant dans les basses fréquences,et arrive au comparateur,pour être asservi au signal d'entrée. Selon un mode réalisation,le microphone est du type électrostatique ou à électret. Selon une variante le pavillon est du type hyperbolique. La figure 1 représente le schéma synoptique du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente,une enceinte acoustique munie du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente ,le schéma de la partie électronique de l'enceinte acoustique selon l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte,un haut-parleur électrodynamique (4) dont la membrane (3) charge vers l'avant le pavillon (1).Dans la région de la gorge (11)où se trouvent les microphones (2),la paroi (13 ) est plus épaisse et plus dense,et, ou,pourvue de parois multiples (13) et (14) ,liarriere de la membrane (3) charge un volume clos (12) ou peut être muni d'un évent réglable (15) .Les microphones (2),dont l'ouverture arriere est réglable, de maniere à founir un signal de retour ayant une marge de gain, et une marge de phase maximales,et permettant un maximum de précision .Après avoir été amplifié par le préamplificateur (7) ,ce signal traverse un filtre passe-bas à 12 décibels par octave (8) et un correcteur à retard de phase (18) travaillant en basse fréquence,puis une fraction fixée par (16) arrive au comparateur (10) où il est asservi au signal d'entée (el).Le filtre (19) est detiné à améliorer la courbe de réponse acoustique du dispositif.tin amplificateur de puissance (9) fournit au haut-parleur (4) la puissance électrique nécessaire à son fonctionnement. La figure 2 représente l'enceinte acoustique,elle comprend le pavillon replié (1) de type exponentiel,dont la fréquence de coupure basse est de 40 HZ environ,la longueur du pavillon est de 1.3 mètre ,dans la région de la gorge du pavillon,la paroi est renforcé en épaisseur et en densité (5),la deuxième paroi (6) augmente encore l'isolation du microphone (3) aux bruits extérieurs pouvant traverser le pavillon microphone de type unidirectionnel électrodynamique est maintenu dans l'axe du pavillon par un support (4) fixé sur la paroi interne du pavillon.La membrane de ce microphone (3) est orientée vers la membrane (8) du haut-parleur (2).Le haut-parleur (2) est du type électrodynamique prévu pour la reprodution des fréquences basses et moyennes,les éssais montrent qu'un diamètre allant de 13 à 21 centimètres,donne déja une très bonne approche de la réalité,du point de vue puissance et qualité de restitution.La membrane arrière charge un volume clos (9) contenant un matériau acoustiquement absorbant (7),un ou plusieurs haut-parleurs (10) situés dans l'axe du pavillon au voisinage de la bouche,complète la bande passante vers les fréquences hautes. La figure 3 représente,la partie électronique, intégrée à l'enceinte acoutique.Le signal électrique issu du microphone (1) est amplifié par le préamplificateur (2) ,un filtre actif passe-bas (3) à 6 décibels par octave,élimine les hautes fréquences sans modifier celles utiles à l'asservissement,interdisant les oscillations en haute fréquence.Deux déphaseurs(4) électroniques montés en cascade, retarde la phase du signal de 90 degrés environ ,en basse fréquence et compense dans cette zone la baisse de sensibilité du microphone unidirectionnel,ce qui assure la stabilité et la précision du système en boucle fermé.lJn potentiomètre (5) permet d'ajuster avec précision le signal de contre-réaction,arrivant au comparateur (6). Le signal préamplifié provenant d'une source telle que,tourne-disque, magnétophone,ou autres,pénêtre dans un filtre actif passe-bas (7) à 6 décibels par octave et aussi dans un circuit oscillant parallèle (10),dont l'amortissement est réglable par une résistance ajustable.Cette résistance ajustable est utilisée,pour compenser exactement la légère oscillation à la fréquence de résonnance,lors d'une cAtre-réaction poussee,elle à une valeur nulle quand le taux de contre-réaction est normal .Les deux circuits (7) et (10) améliorent la courbe de réponse de l'enceinte acoustique.Le signal électrique sortant de ces circuits,arrive au comparateur.Il en résulte du comparateur,un signal d'érreur,qui module l'amplificateur de puissance (8).Cet amplificateur fournit la puissance électrique nécessaire au haut-parleur (2).Le circuit (10) peut être réalisé életroniquement. L'invention fonctionne aussi avec d'autres types de microphones, comme le microphone électrostatique ou à électret.Le pavillon peut être hyperbolique,conique ou ayant une loie de progression adaptée à une reproduction précise.0n peut utiliser d'autres haut-parleurs, comme le haut-parleur électromagnétique,de forme différente. Toutes les combinaisons qui en découlent,restent dans le cadre de l'invention. L'invention peut être utilisé,partout où l'on a besoin d'un reproducteur sonore de haute qualité,ayant un bon rendement,et pouvant fournir une grande puissance acoustique. REVENDICATIONS 1) Dispositif életro-acoustique de reproduction sonore,asservi électroniquement caractérisé en ce qu'il comporte un haut-parleur à pavillon, à l'intérieur duquel sont fixés un ou plusieurs microphones à faible taux de distorsion (2,fig 1).Ces microphones fournissent un signal électrique proportionnel à l'énergie acoustique engendrée directement par la membrane (3,fig 1) du haut-parleur (4,fig 1) à l'intérieur du pavillon ( 1,fig 1).La membrane de ces microphones est située aux abords de la gorge du pavillon (11,fig 1),à queques centimètres de la membrane du haut-parleur et dirigée vers celle-ci,de manière à receuillir un signal de retour assurant la stabilité du système bouclé. 2) Dispositf selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi constituant la région de la gorge du pavillon est en matériau dense et épais (13,fig 1) et,ou à parois multiples (13 et 14,fig 1) de manière à isoler les microphones (2,fig 1) des bruits extérieurs. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le microphone utilisé est du type unidirectionnel dont l'ouverture arrière est réglable,de manière à obtenir un signal ayant une marge de phase et de gain,maximales. 4) Dispositif selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que l'enceinte acoustique comporte un pavillon long et replié, de type exponentiel (1,fig 2) utilisant un haut-parleur életrodynamique (2,fig 2) pour les fréquences basses et moyennes,un microphone électrodynamique unidirectionnel (3,fig 2) situé dans l'axe du pavillon dont la membrane est distante de 2 centimètres environ de la membrane du haut- parleur.L'enceinte comporte aussi une partie électronique composée,d'un amplificateur de puissance (8,fig 3) alimentant le haut-parleur,d'un préamplificateur de microphone (2,fig 3),d'un comparateur électronique (6,fig 3)et d'un filtre traitant le signal d'entrée (el,fig 3). 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le correcteur de phase et d'amplitude comprend deux correcteurs électroniques à retard de phase montés en cascade,assurant un déphasage total voisin de 90 degrés dans les basses fréquences et un filtre actif passe-bas agissant en haute fréquence. 6) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le filtre traitant le signal d'entrée est composé d'un cicuit oscillant parallèle (10,fig 3),amorti par une résistance ajustable,dont la fréquence est accordée sur la fréquence de résonnance du sytème bouclé ou d'un circuit électronique équivalent et d'un filtre passebas à 6 décibels par octave. 7) Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le microphone est un microphone électrostatique ou à électret. 8) Dispositif selon les revendications 1 et 2 le pavillon est du type hyperbolique.