Brevet FR2697366A1 — publié le 19940429

PERFECTIONNFMENTS APPORTES AUX INSTRUMENTS DE MUSIQUE A CORDES TELS QUE GUITARES COMPORTANT DES PARTIES Ré ALISES EN MATéRIAUX COMPOSITES La présente invention concerne les perfectionnements apportés aux instruments de musique à cordes et plus particulièrement les guitares dans lesquelles le corps de résonance et la table d'harmonie sont réalisés en matériaux composites. Ces perfectionnements portent essentiellement sur l'agencement de la cloison interne disposée obliquement entre la table d'harmonie et le fond de la caisse ainsi que sur la réalisation en un seul bloc du manche et des barres de raidissement interposées entre le manche et l'extrémité opposée des éclisses. Dans les instruments de musique à cordes de ce type, traditionnellement, le corps de résonance comprend la table d'harmonie et la caisse constituée d'un fond et d'éclisses réunissant le fond à la table d'harmonie, des cordes sont fixées et tendues entre l'extrémité libre d'un manche, fixé aux éclisses, et un chevalet fixé sur la table d'harmonie. La table d'harmonie comporte du côté du manche un évent circulaire appelé rosace et sur sa face interne des barres destinées à la raidir. Dans un tel instrument de musique, les cordes constituent un système excitateur dont les vibrations produites sont transmises à la table d'harmonie par l'intermédiaire du chevalet. Ces vibrations sont à leur tour transmises aux éclisses et au fond du corps de résonance directement par la table d'harmonie et indirectement par le volume d'air contenu dans le corps. Toutes ces vibrations se superposent, se combinent de sorte que l'instrument fonctionne avec une charge acoustique de type "bass reflex dont l'évent constitué par la rosace est plus ou moins bien accordé. Dans ce système amplificateur, la table d'harmonie joue un rôle prépondérant. C'est la raison pour laquelle de nombreux perfectionnements ont été apportés à son mode de fonctionnement. Tout d'abord les barres de rigidification de la table d'harmonie et du fond de la caisse modifiant le comportement vibratoire du corps de l'instrument ont donné lieu à de nombreuses études tant d'ordre théoriques qu'expérimentales (F et O. JOVICIC de l'Université de Belgrade ACUSTICA 38) (Brevets LAPLANE - FR.A.2.563.361. et 362). La nécessité de disposer d'une table d'harmonie à la fois légère, rigide et capable de résister à des efforts de traction importants exercés par les cordes tendues sur le chevalet a conduit à plusieurs améliorations ayant pour but de limiter ces efforts (Certificat d'utilité FR.A. HOPF 2.488.019) ou mieux les répartir (Brevet U.S.A. C. KAUFFMAN 4.491.607) (Brevet U.S.A. DI MARZIO 2.074.982) voire les supprimer en fixant les cordes directement sur la caisse (Brevet JOIE FR.A.2.618.588). Ainsi la table faiblement chargée ou n'ayant plus à supporter ces efforts intégralement repris par le reste du corps de l'instrument n'a plus qu'à assurer le râle de transmission et de transformation des vibrations. Malgré de nombreuses améliorations, l'instrument présentait des défauts notamment liés aux ondes internes mal amorties. Plusieurs solutions pour amortir ces ondes ont été imaginées en particulier en garnissant les surfaces de rayonnement du son d'un granulat à grains fins (Brevet IGNATIUS - EP. 0107.136) ou en rigidifiant les éclisses et le manche par l'emploi de matériaux composites (Brevet JOIE précité). Toujours dans le domaine de la table d'harmonie on peut encore citer la répartition des efforts de façon que les vibrations des cordes soient mieux transmises à la table d'harmonie par le chevalet en plaçant un tampon fusible sous le chevalet (Brevet LOZON, RICHARD EP 0.242.221) ou en rapportant une pièce en bois sous la table d'harmonie (Brevet DWAL FR.A.2.619.946). Bien que ce dernier brevet en utilisant une pièce de bois de faible épaisseur de même essence que celle de la table d'harmonie constitue en quelque sorte une amorce de mise en oeuvre de matériaux composites (fibres du bois de la table et celles de la pièce disposées à 90"), il était généralement admis que la table devait être en bois plus précisément en épicéa ou en cèdre ne serait-ce que pour conserver les qualités esthétiques à l'instrument. Cependant l'insensibilité hygrométrique, l'homogénéité des matériaux composites liées à leurs caractéristiques mécaniques adaptables à la demande et à leur reproductibilité devaient conduire à la réalisation de tables d'harmonie en matériaux composites.L'âme de ces matériaux composites est constituée par exemple d'une ou plusieurs couches de fibres longues parallèles recouvertes sur ses deux faces d'un matériau de garniture (Brevet BESNAINOU FR.A. 2.598.843) ou de microbilles de verre prises en sandwich entre deux couches de fibres de graphite (Brevet U.S.A. 4.364.990). Bien que présentant de bonnes qualités sonores ces tables étaient soit de poids trop élevé soit de résistance mécanique insuffisante pour se passer de nervures assurant une bonne rigidité. L'emploi d'une structure nids-d'abeilles pour l'âme en NOMEX (R) recouverte sur ses deux faces de tissus en KEVLARa permis de réaliser une table d'harmonie à la fois très légère et présentant d'excellentes qualités mécaniques (Brevet JOIE FOUSSARD FR.A.2.635.399) et ne nécessitant aucune rigidification par nervures ou barres. L'utilisation de matériaux composites pour réaliser la table d'harmonie, voire l'adjonction de pièces rapportées à fibres croisées (brevet DUAL précité) visent à équirépartir les vitesses de propagation des vibrations sonores dans la table et d'accélérer le processus de sa mise en vibrations. Ce qui se traduit par un temps de réponse de l'instrument plus rapide, une amplification sonore accrue, une qualité musicale améliorée. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'un résonateur acoustique suspendu sous le chevalet à la table d'harmonie susceptible d'amplifier le niveau sonore et filtrer les bruits parasites était proposé (Brevet CLAMOUZE FR.A.2.604.020). Bien que toutes ces améliorations constituent de nets progrès dans les réalisations d'instruments de musique à cordes il apparaît que les buts essentiels portent sur l'amplification de la puissance sonore notamment dans les basses et les médiums permettant à ces instruments d'être mieux perçus au sein d'un orchestre ainsi que la nécessité de filtrer les bruits parasites (brevet CLAMOUZE ci-dessus) lesquels sont généralement amplifiés au même titre que les autres vibrations sonores. L'alternative est donc la suivante : soit de réaliser un compromis entre une amplification judicieuse des vibrations sonores et la perception amplifiée des bruits parasites, soit de rechercher la meilleure amplification tout en filtrant les vibrations sonores parasites. La demande de brevet JOIE-FOUSSARD FR.A.91.13544 remettait en cause le fonctionnement type "bass reflex" de l'instrument conventionnel pour proposer un système accordé au quart d'onde. Un tel instrument est supposé fonctionner comme une enceinte acoustique dont l'amplification résulte de l'augmentation continue de la section de passage. Le tuyau évasé ainsi constitué fermé d'un côté, ouvert de l'autre par des évents sert en quelque sorte de guide d'ondes. Bien que cette disposition permette d'augmenter le rendement dans la bande des graves et des médiums en évitant les défauts résultant des ondes stationnaires dues aux parois parallèles, il apparait des bruits parasites dans la bande des graves dus en grande partie à la résonance de la caisse. Ces bruits perçus par l'instrumentiste lui apparaissent gênants. L'invention a justement pour objet des perfectionnements apportés aux instruments de musique à cordes et plus particulièrement les guitares comportant des parties réalisées en matériaux composites dont notamment le corps de résonance, la table d'harmonie, la cloison oblique interne, le manche. Dans cet instrument, le corps de résonance comporte une cloison disposée obliquement entre le fond et la table d'harmonie formant ainsi un conduit acoustique évasé, replié sur lui-même ouvert à ses deux extrémités, lequel conduit présente des moyens propres à modifier le couplage acoustique entre la table d'harmonie, la cloison et le fond et en ce que le manche, le talon du manche, le cordier, les raidisseurs, sont réalisés d'un seul bloc de façon à encaisser seul les efforts créés par la tension des cordes. De préférence, les moyens propres à modifier le couplage acoustique entre la table d'harmonie, la cloison et le fond sont constitués par une suspension souple liant la cloison aux éclisses et par une ouverture modulable réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique de façon que ledit conduit puisse être accordé en fréquences à la table d'harmonie Selon une réalisation préférentielle, la suspension souple liant la cloison aux éclisses est obtenue par un joint réalisé à l'aide d'un cordon d'élastomère de type polyuréthane souple. De préférence également, l'ouverture réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique est modulée soit à l'aide de tampons cylindriques en mousse soit à l'aide de clapets de section polygonale. Ainsi, selon l'invention, la structure interne du corps de résonance comporte comme dans la demande de brevet précitée 91.73544 une cloison disposée obliquement entre le fond et la table d'harmonie. Alors qu'elle était fixée rigidement aux éclisses et au fond par une poutre au point de jouer le râle de raidisseurs, selon l'invention cette cloison est liée aux éclisses par l'intermédiaire d'une suspension souple. Dans la demande de brevet citée ci-dessus, le rôle de cette cloison consistait à réaliser une chambre évasée servant de guide d'onde. Fonctionnant comme une enceinte acoustique accordée au quart d'onde ce guide d'onde était fermé d'un côté et ouvert de l'autre de façon que du côté fermé la réflexion des ondes puisse se traduire par une amplification significative et non par un amortissement.Selon l'invention, la cloison, comme dans le cas précédent, évite les défauts résultant des ondes stationnaires dues aux parois parallèles, mais d'une part la suspension d'autre part l'ouverture modulée du conduit acoustique permettent de réaliser un compromis acceptable entre l'amortissement de l'onde arrière et l'amplification. Ainsi la nature de la suspension, le réglage de l'ouverture du conduit acoustique aboutissent à des instruments de qualités musicales différentes.Il est alors possible d'accorder le fonctionnant du conduit acoustique pour une table d'harmonie et un corps de résonance donnés en agissant sur la suspension de la cloison et pour une suspension déterminée en modulant l'ouverture du conduit. I1 sera de ce fait possible de réaliser des instruments de qualités sonores différentes et notamment de limiter les bruits parasites au prix d'une amplification légèrement moins élevée, voire de choisir les bandes de fréquences pour lesquelles il est souhaitable d'obtenir une bonne amplification, de même pour ce qui concerne les bruits parasites.L'instrument de musique selon l'invention ne fonctionne donc pas comme un transformateur acoustique tel que décrit dans la demande de brevet précitée. I1 ne fonctionne pas tout à fait comme un instrument traditionnel pour plusieurs raisons, ne serait-ce qu'à cause de l'absence de charge exercée sur la table d'harmonie très légère, réalisée en matériaux composites et à la présence d'une cloison placée entre la table d'harmonie et le fond. Selon une réalisation préférentielle, le manche, son talon, le cordier, les raidisseurs, sont réalisés d'un seul bloc soit homogène en matériaux de même nature tels que le bois ou les composites, soit hétérogène en matériaux de natures différentes tels que bois et composites, de façon à créer dans ce dernier cas une discontinuité dans la propagation des ondes sonores induites par le manche et le cordier. La réalisation d'un seul bloc du manche, son talon, les raidisseurs et le cordier est conçu et réalisé pour pouvoir encaisser seul les efforts dus à la tension des cordes. Ce système est en quelque sorte autonome de façon que le corps de résonance généralement autoporteur conçu notamment pour encaisser les charges créées par les cordes n'ait plus à jouer ce rôle. Selon ltinvention, le corps de résonance n'a alors qu'une fonction acoustique. Dans ces conditions sa réalisation peut être allégée de façon significative compatible avec son rôle acoustique. La réalisation d'un seul bloc homogène alliant en particulier le bois et les matériaux composites répond également au même but : encaisser les efforts dus à la tension des cordes mais en outre l'alternance judicieuse de ces matériaux permet de créer des filtres pour les vibrations induites par les cordes dans le manche et dans le cordier. Ces filtres ainsi créés atténuent notablement la transmission des vibrations nuisibles induites par le corps de résonance et transmises généralement par le manche. Les bruits de caisse évoqués précédemment sont très nettement atténués. Résultant de vibrations basses fréquences, la cloison joue le rôle de filtre pour les hautes fréquences ; le filtre est constitué par les différents matériaux constituant le bloc allant du manche au cordier. I1 faut également noter que la fabrication d'un tel instrument se trouve grandement simplifiée. I1 est en effet possible de construire séparément le bloc manche et le corps de résonance puis d'assembler ces deux parties puis de fixer la table d'harmonie. Cette façon de procéder permet en outre de disposer d'instruments adaptés aux désirs des instrumentistes par les multiples combinaisons possibles. Selon un mode de réalisation particulier, le corps de résonance, la cloison, le cordier, le chevalet, le manche, les nervures, les poutres sont réalisés en matériaux composites. L'utilisation de matériaux composites s'impose en effet pour de multiples raisons liées essentiellement à la résistance mécanique et à la rigidité. Leur diversité permet d'adapter les matériaux aux fonctions des différents composants de l'instrument selon l'invention. Ainsi la réalisation d'une table d'harmonie faite à l'aide d'une âme en nids-d'abeilles recouverte sur ses faces de tissus en KEVLAR permet d'obtenir une très grande rigidité et un poids proche de la moitié du poids d'une table conventionnelle en bois. Ce type de table présentant une faible inertie et une grande rigidité est particulièrement bien adaptée à l'instrument de musique selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un instrument de musique à cordes selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure X est une vue schématique en coupe longitudinale d'une guitare conventionnelle - la figure 2 est une vue schématique de coupe longitudinale d'une guitare selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique partielle en plan de la guitare selon l'invention, table d'harmonie enlevée; - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale AA de la guitare selon l'invention - la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale du bloc hétérogène manche-cordier de la guitare selon l'invention. On a représenté sur la figure T une vue schématique en coupe longitudinale d'une guitare conventionnelle réalisée en matériaux composites. A titre d'exemple, bien que la guitare soit du type conventionnel, la réalisation met en oeuvre différentes sortes de matériaux composites ce qui a permis notamment, comme on peut le voir sur cette figure, d'éviter nervures et barres pour rigidifier la table d'harmonie 1. La structure de cette table d'harmonie 1 est en nids-d'abeilles papier réalisée préférentiellement en NOMEX (R) de maille 3 mm et d'épaisseur 3 mm. De part et d'autre de cette âme a été collée une couche de tissu de KEVLAR de 0,1 mm d'épaisseur de masse surfacique 66 g/m2 préimprégnée d'une résine époxy. Sa fabrication est faite conventionnellement par pressage hydrau lique et polymérisation à chaud ou sous vide dans une étuve (Cf Brevet JOIE - FOUSSARD FR.A.2.635.399). Une rosace 9 circulaire servant d'évent est découpée dans la table 1. Un tube 7 en fibres de carbone unidirectionnelles reprend les efforts de traction exercés par les cordes 4 sur le manche 5 et le cordier 6. I1 est fixé longitudinalement aux éclisses 2 du corps de résonance. Ainsi la table 1 ne supporte aucune charge statique. Les vibrations sont transmises au corps de résonance par la table d'harmonie par l'intermédiaire du chevalet 8. Des tiges de bronze de 4 mm d'épaisseur comportant une gorge et disposées en chicane sur le chevalet transmettent les vibra tions des cordes au chevalet 8. Les éclisses 2 et le fond 3 du corps de résonance sont réalisés directement par moulage à l'aide d'un moule et contre-moule utilisant une âme en nidsd'abeilles en NOMEX (R) de 8 mm d'épaisseur de part et d'autre d'un tissu de carbone bidirectionnel à 900 préimprégné d'une résine d'époxy.La caisse est ensuite traitée dans une étuve sous-vide pour polymérisation. Le manche 5 peut être réalisé en bois massif dans lequel on a pratiqué une saignée garnie de fibres de carbone unidirectionnelles liées avec de la résine époxy. Une polymérisation dans une étuve permet d'obtenir une structure homogène. Le manche est ensuite collé à la caisse (Cf Brevet JOIE FR,A,Z.618.588). Selon une réalisation préférentielle le manche 5 est obtenu directement par moulage en même temps que la caisse avec renforcement selon l'axe longitudinal de fibres de carbone unidirectionnelles comme dans le cas précédent. Cette façon de procéder est plus rapide et permettant une meilleure homogénéité à l'ensemble par l'emploi de fibres de carbone pour le manche 5 et le tube 7 assure une résistance optimale dans le sens longitudinal clest-à-dire dans la direction où s'exercent les efforts créés par la tension des cordes 4. La figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de la guitare selon l'invention. Le corps de résonance et la table d'harmonie sont réalisés de la même façon que pour une guitare conventionnelle en matériaux composites telle que décrite cidessus. On a représenté sur la figure 3 une vue schématique en plan de la guitare selon l'invention avant mise en place de la table d'harmonie 1. Ainsi que le montrent ces deux figures une cloison 11 inclinée est interposée entre le fond du corps de résonance et la table d'harmonie. Cette cloison 11 est réalisée en matériaux composites constitués d'une âme en nids-d'abeilles en NOMEX (R) de maille 3 mm et d'épaisseur 3mm recouverte de chaque côté d'un tissu de carbone bidirectionnel à 90 préimprégné d'une résine époxy. La polymérisation est faite sous-vide dans une étuve de façon classique. Un cordon d'élastomère lla de section carrée de 10 mm de côté est collé avec une colle néoprène sur les bords inférieurs de la cloison et sur les éclisses 2 de façon à réaliser un joint formant une suspension souple de cette cloison. Sa longueur est telle qu'elle arrive approximativement au droit du chevalet 8. Elle est placée à environ 50 mm de la table d'harmonie 1 et du fond 3. Des évents 10 situés de part et d'autre du manche jouent le même râle que la rosace 9 de la guitare conventionnelle. La figure 4 montre, selon une coupe AA, l'ouverture modulable réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique. Sur la partie gauche de cette figure on a représenté l'ouverture modulée à l'aide de tampons cylindriques en mousse, sur la partie droite l'ouverture est modulée à l'aide d'un clapet de section rectangulaire. Le clapet peut également etre constitué d'un ou plusieurs tampons parallélépipédique. Ces tampons en mousse rigide sont simplement emmanchés dans les ouvertures prévues à cet effet, réalisées dans un voile 12 fixé par collage de part et d'autre sur les éclisses 2. Ce voile réalisé avec le même matériau que la cloison Il et selon le même processus de fabrication s'appuie sur la cloison 11 par l'intermédiaire d'un joint souple llb identique au joint lla décrit ci-dessus.A sa partie supérieure il s'appuie de part et d'autre du manche 5-13 sur la bordure de finition 14 fixée sur la table d'harmonie 1. Ce voile 12 est découpé en son centre pour permettre le passage du manche 5-13 ainsi que le raidisseur 7. Les figures 2 et 5 illustrent la réalisation du bloc constitué par le manche 5, son talon 5a, les raidisseurs 7, le cordier 6. Sur la figure 2, on montre la réalisation d'un bloc homogène réalisé en matériaux de même nature par exemple des matériaux composites fibres de carbone unidirectionnelles disposées dans le sens longitudinal. Ce bloc est réalisé directement par moulage traditionnel en une seule pièce. Seule la touche 15 en ébène est rapportée par collage. Cette solution est aisée à mettre en oeuvre et permet une réalisation de série rapide. Cependant, on montre sur la figure 5 une variante de réalisation en un seul bloc hétérogène dont les différentes parties sont obtenues avec des matériaux de natures différentes. Ainsi le manche 5 et son talon 5a sont en bois massif ou bois lamellé collé. Une saignée garnie de fibres de carbone unidirectionnelles 13 vient augmenter la résistance mécanique de l'ensemble. La touche 15 est également collée. Le raidisseur 7 est un tube en fibre de carbone collé d'une part sur la partie interne du talon 5a, d'autre part sur la partie interne du cordier 6. Le cordier 6 est obtenu par moulage de fibres de carbone multidirectionnelles. Sur les embrèvements pratiqués sur le talon 5a et sur le cordier 6 on a plaqué des lamelles de bois 16. Ces lamelles, par ailleurs faciles à usiner, permettant de réaliser un bon ajustage sur les éclisses 2, constituent d'excellents filtres pour les vibrations induites par les cordes et transmises par le manche 5 et le cordier 6. Cette variante de réalisation plus sophistiquée et plus difficile à mettre en oeuvre donne de meilleures qualités sonores. Ainsi, les perfectionnements apportés aux instruments de musique à cordes apportent des améliorations très sensibles tant dans le domaine de la facilité de la réalisation qu'en matière de qualités sonores, portant notamment sur l'amplification du son et l'atténuation des bruits parasites. L'invention répond bien aux buts poursuivis. Bien que l'exemple de réalisation soit traité avec des matériaux composites adaptés aux différents composants de la guitare selon 1 invention, d'autres matériaux que ceux cités ciavant pourraient être utilisés sans sortir pour autant du cadre de l'invention y compris bien entendu les différentes essences de bois ou meme la combinaison de bois de matériaux composites et d'autres matériaux. En outre, si l'invention s'applique de manière préférentielle aux guitares, elle concerne également tous les instruments à cordes de ce type ainsi que les instruments à cordes frottées ou frappées. REVENDICATIONS 1 - Instrument de musique à cordes tel que guitare comprenant un corps de résonance constitué d'une table d'harmonie (1) et d'une caisse dont les éclisses (2) réunissent le fond (3) à la table d'harmonie (1) des cordes (4) fixées et tendues entre l'extrémité libre d'un manche (5) et un cordier (6) lesquels sont par ailleurs liés entre eux et fixés par des raidisseurs (7) caractérisé en ce que le corps de résonance (2,3) comporte une cloison (11) disposée obliquement entre le fond (3) et la table d'harmonie (1) formant ainsi un conduit acoustique évasé, replié sur lui-même ouvert à ses deux extrémités, lequel conduit présente des moyens propres à modifier le couplage acoustique entre la table d'harmonie (1), la cloison (11) et le fond (3) et en ce que le manche (5), le talon du manche (5a), le cordier (6), les raidisseurs (7), sont réalisés d'un seul bloc de façon à encaisser seul les efforts créés par la tension des cordes. 2 - Instrument de musique à cordes selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens propres à modifier le couplage acoustique entre la table d'harmonie (1), la cloison (11) et le fond (3) sont constitués par une suspension souple liant la cloison (11) aux éclisses (2) et par une ouverture modulable réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique de façon que ledit conduit puisse être accordé en fréquences à la table d'harmonie (1). 3 - Instrument de musique à cordes selon une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la suspension souple liant la cloison (11) aux éclisses (2) est obtenue par un joint réalisé à l'aide d'un cordon d'élastomère de type polyuréthane souple. 4 - Instrument de musique à cordes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'ouverture réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique est modulée à l'aide de tampons cylindriques en mousse. 5 - Instrument de musique à cordes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'ouverture réalisée à l'une des extrémités du conduit acoustique est modulée à l'aide de clapets de section polygonale. 6 - Instrument de musique à cordes selon la revendication 1 caractérisé en ce que le manche (5), son talon (5a), le cordier (6), les raidisseurs (7) sont réalisés d'un seul bloc homogène en matériau de même nature. 7 - Instrument de musique à cordes selon une des revendications 1 ou 6 caractérisé en ce que le manche (5), son talon (5a), le cordier (6), les raidisseurs (7) sont réalisés d'un seul bloc homogène en matériaux composites. 8 - Instrument de musique à cordes selon la revendication 1 caractérisé en ce que le manche (5), son talon (5a), le cordier (6), les raidisseurs (7) sont réalisés d'un seul bloc hétérogène en matériaux de natures différentes tels que bois et matériaux composites de façon à créer une discontinuité dans la propagation des ondes sonores induites par le manche (5) et le cordier (6).