Brevet FR2718595A1 — publié le 19951013

La présente invention concerne un panneau sonore ondulé, c'est-à-dire ayant une structure de résonnance à corps annulaire ondulé, et en particulier un panneau sonore qui doit être simple et de faible coût de revient, capable de transmettre des ondes sonores dans des directions radiales avec une amplitude suffisamment élevée pour faire vibrer toute la structure d'avant en arrière sans provoquer de déformation de celle-ci. Un panneau sonore, aussi appelé panneau de résonnance, est une structure utilisée pour changer la qualité du son en modifiant l'amplitude des harmoniques. Ainsi, le panneau sonore d'un haut-parleur de bonne qualité doit être conçu pour satisfaire aux exigences mentionnées cidessus, et procurer un maintien suffisant pour qu'aucune déformation ne résulte de l'action des forces de vibration exercées sur la structure. Les panneaux sonores conventionnels des hautparleurs sont d'une façon générale réalisés à partir de matériaux de type courant. Une bobine est montée au centre du haut-parleur. Toutefois, un mouvement de vibration d'avant en arrière, qui peut être fréquent, de la bobine provoque facilement la déformation de la structure de résonnance. Depuis l'invention des haut-parleurs, il est courant que le diamètre et l'épaisseur d'un haut-parleur basse fréquence augmentent de façon non proportionnée. Certains panneaux sonores comportent des structures en nid d'abeilles, introduits à l'origine par les Etats-Unis d'Amérique et le Japon. Toutefois, une telle conception ne donne pas satisfaction pour les haut-parleurs. De plus, la conception est nécessairement destinée à être appliquée à une surface rigide, légère et plate. Ces exigences de fabrication conduisent à un coût élevé, et donc à des difficultés de commercialisation. De ce fait, des panneaux sonores coniques sont utilisés dans la plupart des haut-parleurs existants. Ils sont considérés comme la meilleure structure depuis des décennies. Depuis que les gens sont familiarisés et habitués à une telle structure, toutes les améliorations sont concentrées sur la qualité des matériaux utilisés, la modification des dimensions du cône, l'ajout de lignes circulaires et de mouvements de séparation. Toutefois, le problème de la distorsion du son n'est pas abordé. Le manque d'intérêt porté à ce problème peut être dû au fait que les gens sont habitués à l'imperfection qui en résulte. De ce fait, la plupart des haut-parleurs produisent un son tapageur, confus, fatigant et déplaisant. L'inventeur s'est aperçu qu'un panneau sonore conique peut être facilement déformé par les vibrations, et que les différentes fréquences génèrent des vibrations qui sont transmises aux surfaces et aux formes. Le centre de gravité des différentes formes n'est pas disposé sur l'axe. Les points focaux des forces de réaction changent en fonction des fréquences appliquées. De ce fait, le panneau sonore vibre et perd son équilibre. L'inventeur a appris de ces vingt années d'expérience dans l'industrie que, premièrement la dimension circulaire du cône doit être symétrique pour assurer une transmission d'énergie symétrique, et que deuxièmement, l'épaisseur et la densité de la structure doivent être harmonisées à la symétrie du cône. Il s'agit là de deux critères essentiels. Toutefois, la tension et la contraction provoquées durant le processus d'assemblage du haut-parleur, par exemple lorsqu'on assemble et qu'on colle les différents éléments, rend souvent difficile la réalisation de ces deux critères et conduit à un déséquilibrage. Il est pratiquement impossible d'éviter certains défauts. Antérieurement à la présente invention, l'inventeur a conçu un panneau sonore triangulaire qui émet des ondes sonores radialement à partir d'un point central dans toutes les directions. Les bords et les extrémités du panneau sont collés à une membrane qui exerce une force telle que l'amplitude des vibrations du panneau sonore est suffisamment forte pour faire vibrer d'avant en arrière la structure résonnante sans la déformer. Cependant, après expérimentation du dispositif, des imperfections ont été encore observées. L'inventeur pense maintenant qu'une nouvelle structure transmettant l'énergie de façon plus régulière est nécessaire. Même si les ondes sonores ne peuvent pas être observées visuellement, les ondes ayant des caractéristiques similaires telles que la diffusion transversale, l'amplitude et la densité peuvent être observées. Une onde se diffuse vers l'extérieur suivant des cercles concentriques. L'énergie est émise rapidement et régulièrement depuis le centre dans toutes les directions. Elle n'est pas perturbée par quelque obstruction ou onde d'une autre provenance. C'est pourquoi l'inventeur pense qu'une telle structure à ondes concentriques est la meilleure structure dans la mesure où elle n'est pas affectée par les problèmes de tension et de densité auxquels sont toujours soumis les matériaux utilisés pour la réalisation des panneaux sonores. La diffusion transversale (dans des directions radiales) est une caractéristique de cette structure. Toutefois pour faciliter la transmission de l'énergie dans l'air, l'ensemble de la structure doit remplir trois conditions. Premièrement, elle doit être constituée d'un matériau ayant la résistance de l'acier. Deuxièmement, sa surface en contact avec l'air doit être horizontale pour éviter les interférences courante. Troisièmement, sa surface de contact avec l'air, qui correspond à la surface de vibration, et les directions (d'émission) doivent être perpendiculaires pour éviter les interférences dues à la réflexion et le déséquilibre créé par frottement mutuel des composants vibrants. L'objectif principal de l'invention est de réaliser une telle structure transmettant l'énergie depuis un axe dans toutes les directions suivant les cercles concentriques. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit un panneau sonore à double commande comportant une bobine, un couvercle et une structure de résonnance à corps annulaire ondulé s'étendant autour de la bobine. Selon l'invention, la structure de résonnance est fixée par plusieurs couches de membranes, chaque couche s'étendant suivant des cercles concentriques depuis la bobine avec un agencement tel que le nombre de couches diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe de la bobine. La structure de résonnance comporte de plus sur sa périphérie une paire de couronnes annulaires concentriques délimitant entre elles une chambre annulaire. Entre ces couronnes est disposée une rondelle de fermeture de cette chambre montée pour être mobile entre une position où la chambre est complètement fermée et différentes positions où elle est partiellement ouverte. Selon une caractéristique avantageuse, la rondelle peut être maintenue dans une position complètement fermée pour permettre la diffusion des ondes sonores à partir de l'axe central le long du corps annulaire ondulé dans toutes les directions radiales de manière à obtenir une meilleure transmission et une meilleure élasticité grâce à l'effet de miroir obtenu. D'autres caractéristiques et objectifs de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention, en liaison avec les figures en annexe, où - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif selon l'invention - les figures 2A à 2C sont des vues illustrant schématiquement le fonctionnement d'un haut-parleur conventionnel. A la figure 1, on a représenté un panneau sonore ondulé à double commande 20. Au centre de ce panneau est placée une bobine 12 enrobée de papier. Un couvercle 11 recouvre cette bobine 12. Une structure de résonnance 15 est montée sur l'extrémité de la bobine 12. L'intérieur de la structure de résonnance 15 est constitué d'un corps ondulé circulaire 1 concentrique à la bobine. Les sommets des ondes de profilde la structure de résonnance sont fixés à plusieurs couches ou épaisseurs de membranes. Ces couches de membrane sont agencées en cercles concentriques avec un agencement tel que le nombre de couches diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe de la bobine. On trouve en l'espèce une première couche constituée d'une membrane supérieure 2 et d'une membrane inférieure 3, une seconde couche d'une membrane supérieure 4 et d'une membrane inférieure 5, une troisième couche d'une membrane supérieure 6 et d'une membrane inférieure 7. La structure de résonnance 15 est ainsi supportée par cet empilement de membranes concentriques dont l'épaisseur augmente en direction de l'axe noté X. La structure de résonnance 15 est prolongée par deux couronnes annulaires 8 et 9, qui sont circulaires et concentriques, réalisées dans un matériau souple, fixées sur le bord des membranes 2 et 3 qui sont collées sur le corps ondulé 1. Ces couronnes délimitent ainsi une chambre annulaire 13 entourant la périphérie du corps ondulé 1. Une rondelle 10 est disposée entre les couronnes 8 et 9 pour pouvoir fermer la chambre 13 précitée. Cette rondelle est mobile de manière à pouvoir fermer totalement ou partiellement la chambre 13. Lorsque cette rondelle est en position de fermeture totale, les ondes sonores sont diffusées transversalement depuis la bobine 12 dans toutes les directions radiales, l'ensemble de la structure ayant une élasticité importante pour transmettre le son vers le haut ou vers le bas comme un miroir. Lorsque cette rondelle est en position de fermeture partielle, le son délivré par la bobine 12 est capturé par la ou les ouvertures de passage d'air ménagées autour de la rondelle 10. Un engorgement est ainsi créé qui sert de dispositif anti-chocs. La perte de fidélité sonore est ainsi réduite. La présente invention constitue assurément un haut-parleur de faible coût de revient et simple qui corrige les imperfections des haut-parleurs traditionnels. Le corps ondulé 1 a en section un profil en forme de courbe sinusoïdale et il diffuse les ondes sonores dans toutes les directions radiales depuis l'axe X. Du point de vue de l'amplitude, la ligne joignant soit les sommets inférieurs, soit les sommets supérieurs des ondes de profil de la structure de résonnance est une droite. La largeur et la hauteur des ondulations sont déterminées en fonction des caractéristiques mécaniques des matériaux utilisés ainsi que de l'amplitude et du poids souhaités. Les couches de membranes agencées en cercles concentriques sont attachées sur et sous la structure de résonnance. Ainsi, une action orientée dans une quelconque direction ne pourra provoquer une déformation lorsqu'une vibration est reçue par la membrane. Le concept de "double commande " provient de la compréhension du problème sérieux de la perte de fidélité sonore des haut-parleurs conventionnels lorsque ceux-ci sont utilisés aux basses fréquences. Après des années d'étude et d'expérimentation, l'inventeur a découvert que ce problème se situe sous la périphérie du panneau sonore. Un panneau sonore traditionnel utilise des couronnes annulaires hémisphériques montées sur sa périphérie. Ces couronnes agissent comme un élastique qui peut s'allonger et se contracter dans les directions opposées. Sur l'un de ses côtés, il maintient le panneau sonore en place. Sur son autre côté, sa capacité élastique commande les fréquences basses de résonnance. L'amélioration de cette caractéristique est réalisée en utilisant un matériau à absorption sonore. En tout état de cause, il ne s'agit pas d'un ressort d'acier. Les concepteurs et les fabricants des dispositifs antérieurs à la présente invention ont négligé ce point important. Le panneau sonore a une face circulaire ayant une importante surface de contact avec l'air. C'est pourquoi ses dimensions et son élasticité sont grandement affectées par les changements de pression de l'air qui agit constamment en contraction ou en expansion. La figure 2A illustre le ressort dans un état statique. La figure 2B illustre des contractions vers le bas du panneau sonore. La surface concave circulaire de la couronne est comprimée par l'air et subit une expansion. La figure 2C illustre que lorsque le panneau sonore pousse la couronne vers le haut, la structure hémisphérique est comprimée par l'air et se déforme à la manière d'une balle perdant de l'air. Il en résulte une diminution de la fidélité sonore. Pour corriger ce problème, l'inventeur a conçu un dispositif périphérique à double commande conformément à la figure 1, ce dispositif ayant la forme d'un anneau. Son volume intérieur peut être complètement ou partiellement fermé. Il fonctionne de deux manières. Lorsqu'il est totalement fermé, il se présente comme une balle remplie d'air. Lorsqu'il se déplace vers le haut ou vers le bas, le volume de la balle diminue, entraînant une augmentation de la pression d'air de sorte que l'élasticité de la structure augmente. Ainsi le panneau sonore ne se déforme pas et le son ne subit aucune distorsion. Lorsque la chambre 13 n'est que partiellement fermée, la rondelle 10 est utilisée pour assurer une ventilation. Lorsque l'air s'échappe, l'écoulement subit une perte de charge à travers le rétrécissement créé autour de la rondelle et la force d'obstruction créée par cette perte de charge sert de dispositif anti-chocs. Exactement de la même manière que pour un dispositif anti-chocs d'un capteur de pression d'huile, ce dispositif permet de réduire une perte momentanée d'harmonie sonore. Les panneaux sonores coniques traditionnels peuvent se déformer lorsqu'ils sont soumis à des fréquences basses, moyennes et élevées au même moment. Même lorsque le mouvement est séparé, le réglage peut être modifié du fait de l'action des différentes fréquences de vibration. Pour cette raison, un panneau sonore tremblera et sera animé de secousses lors de son utilisation, provoquant des distorsions du son. Ce problème peut être attribué aux dimensions circulaires du cône. Pendant le processus de fabrication, des contraintes irrégulières sont créées qui conduisent à un mauvais équilibrage. De plus, il est difficile d'éviter des irrégularités d'épaisseur, de qualité et de densité des matériaux utilisés pour la fabrication du panneau. Ces deux problèmes signifient que la vitesse de transmission et l'amplitude des ondes issues de la surface courbe ne sont pas équilibrées, entraînant une perte de fidélité du son. La structure du panneau sonore selon l'invention permet de transmettre l'énergie de manière plus régulière. En observant la vitesse de diffusion des ondes sous forme de cercles concentriques, on constate que la vitesse et l'énergie ne sont pas modifiées par un obstacle quelconque ou par d'autres ondes. Un pavillon de haut-parleur conforme au principe de l'invention a été réalisé pour effectuer une expérimentation. Après trois ans d'essais utilisant différents agencements, un panneau sonore de 12,7 cm a été réalisé avec des matériaux appropriés. Le pavillon est installé dans une enceinte sonore pour l'expérimentation. On s'aperçoit que l'effet des basses fréquences avec le dispositif de la présente invention est meilleur que pour un haut-parleur traditionnel de la même taille. La perte de fidélité sonore est très faible. L'enceinte réalisée transmet un meilleur son qu'une enceinte sonore conventionnelle de 25,4 cm. Surtout, le problème de la distorsion du son est corrigé. Même un panneau sonore conique réalisé en alliage d'aluminium plaqué avec de la porcelaine, fabriqué dans certains pays d'Europe et aux USA, présente des problèmes de distorsion du son. Résultat des tests Invention : Art Antérieur Produit Haut-parleur de Modèle Panasonic 12,7cm SB-7090 haut parleur de 25,4cm Dimensions du 28 X 17 X 20 79 X 34 X 30 haut-parleur (cm) Rapport de volume 1 8,4 Fréquence de résonnance la plus basse ((F)3W/5mm avec 95 20 Hz 26 Hz db de valeur efficace) Réponse en fré- doux, petite graves et aigus quence courbe (50- distortion sonore violents, forte 500 Hz) distortion sonore. Courbe de perte Graves et aigus Graves et aigus sonore des doux, agréables à violents, désa deuxième et troi- l'écoute. Pression gréables à sième harmoniques sonore efficace llécoute. Graves (50 Hz- 500 Hz) maximum 82,5 db, et aigus maximum 12,5 db, infé- 95 db, aussi élevé rieure à 95 db. que la pression Pression moyenne sonore efficace. du son inférieure Distortion signi à 30 db (50-500 ficative du son. Hz). Pas de dis- Son confus et tortion du son et rigide. son clair. 1. De manière générale, l'effet de base est meilleur au fur et à mesure que le diamètre du haut-parleur augmente. Les capacités du haut-parleur de 12,7 cm selon la présente invention sont comparées à celles d'un haut-parleur conventionnel de 25,4 cm. 2. La qualité sonore subit une distorsion lorsque l'on introduit des ondes mixtes dans le haut-parleur. Toutefois, il n'existe pas d'équipement pour mesurer cette distorsion. Pour cette raison, les tests d'écoute sont menés pour tester l'existence de cette distorsion. L'inventeur a testé des paires d'enceintes issues d'un magasin d'importation haute fidélité. La comparaison montre que les enceintes dont le prix est élevé n'ont pas une qualité sonore aussi bonne que celle du dispositif de la présente invention. Même les meilleurs, c est-à-dire celles réalisées en alliage d'aluminium plaqués avec de la porcelaine, n'offrent pas une qualité sonore aussi claire et limpide que celle de la présente invention. De plus, il existe évidemment des sons fatigants et harassants. La présente invention est de grande valeur. De surcroît, des matériaux ordinaires tels que du papier kraft et de la cire peuvent être utilisés ensemble avec de la colle pour réaliser un panneau sonore parfait. La présente invention aura assurément un impact révolutionnaire. Même si l'invention a été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, elle englobe tout dispositif reprenant avec des moyens équivalents les caractéristiques énoncées plus hauts. REVENDICATIONS 1. Panneau sonore à double commande comportant une bobine (12), un couvercle (11) et une structure de résonnance (15) à corps annulaire ondulé (1) s'étendant autour de la bobine (12), caractérisé en ce que la structure de résonnance (15) est fixée par plusieurs couches de membranes (7), chaque couche s'étendant suivant des cercles concentriques depuis la bobine (12) avec un agencement tel que le nombre de couches diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe de la bobine,en ce que la structure de résonnance comporte sur sa périphérie une paire de couronnes annulaires concentriques (8,9) délimitant entre elles une chambre annulaire (13), et en ce qu'entre ces couronnes est disposée une rondelle (10) de fermeture de cette chambre montée pour être mobile entre une position où ladite chambre est complètement fermée et différentes positions où elle est partiellement ouverte. 2. Panneau sonore à double commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rondelle (10) peut être maintenue dans une position complètement fermée pour permettre la diffusion des ondes sonores à partir de l'axe central le long du corps annulaire ondulé (1) dans toutes les directions radiales de manière à obtenir une meilleure transmission et une meilleure élasticité grâce à l'effet de miroir obtenu.