Brevet FR2791802A1 — publié le 20001006

FILTRE MECANIQUE POUR SYSTEMES ACOUSTIQUES ET TELEVISEUR EQUIPE DE TELS FILTRES La présente invention concerne un filtre mécanique pour systèmes acoustiques. Parmi les applications possibles d'un tel filtre, on peut citer le cas de téléviseurs. De nos jours, les consommateurs sont de plus en plus exigeants sur les critères de choix des téléviseurs d'un côté, la qualité technique des images et du son, et d'un autre côté, I'aspect visuel esthétique du poste de télévision. Pour assurer une bonne qualité sonore, surtout dans le domaine des moyennes fréquences (entre 300Hz et 5kHz) et des basses fréquences (entre 20Hz et 300Hz), on a besoin des hauts parleurs dont la membrane est de grande taille, ce qui est plutôt encombrant. Pour assurer un aspect esthétique fonctionnel, on réduit les dimensions de la partie entourant l'écran du téléviseur sur la face avant. Une telle exigence entraîne que les colonnes sonores à chaque côté de l'écran soient discrètes et étroites, surtout pour les téléviseurs de format 16/9. Il en résulte que l'on est obligé de situer les hauts parleurs en retrait par rapport à la face avant pour profiter des espaces disponibles entre le tube électronique et les parois latérales du cabinet du téléviseur. Comme le son dans les fréquences moyennes et hautes se propage en suivant un mode directionnel, il est préférable que le son issu des hauts parleurs débouche dans les colonnes sonores à la face avant du téléviseur. Pour satisfaire à ces contraintes, on utilise des guides son qui sont des conduits reliant les hauts parleurs et les colonnes sonores. Les conduits ont une forme de "cornet " avec une extrémité ouverte plus évasée que l'autre extrémité ouverte, et qu'on appellera par la suite " cornet acoustique ". Le cornet acoustique est en général réalisé par moulage de matière plastique rigide. L'extrémité évasée du cornet est rendue solidaire du bord de la membrane d'un haut parleur, par fixation mécanique, et l'autre extrémité du cornet est de section oblongue parallèle à une colonne sonore à la face avant du téléviseur et débouchant dans cette colonne. De tels cornets acoustiques sont certes satisfaisants sur le plan mécanique et esthétique, mais présentent des distorsions dans le rendu du son perceptibles par l'auditeur. La présente invention a pour objet de réduire de telles distorsions grâce à une solution simple et efficace. L'invention a également pour objet un filtre mécanique pour systèmes acoustiques qui supprime le ou les pic(s) de résonance sans introduire de perturbation dans la réponse acoustique du système dans le reste du spectre de fréquences acoustiques. Le filtre mécanique pour systèmes acoustiques, selon l'invention, satisfait aux conditions suivantes. Le système acoustique comprend au moins un haut parleur et un cornet acoustique associé au haut parleur, I'une des extrémités ouverte du cornet étant rendue solidaire du bord de la membrane du haut parleur et l'autre partie ouverte du cornet constituant la sortie acoustique. Le cornet présente des parois rigides dont une partie est rendue souple. La partie souple du cornet peut vibrer sous la pression acoustique à l'intérieur du cornet, de façon à filtrer ou absorber le(s) pic(s) de résonance dans la réponse acoustique du cornet rigide. L'invention sera mieux comprise et des avantages de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré sur les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un téléviseur comme environnement d'application de l'invention, - la figure 2 est un cornet acoustique rigide, - la figure 3 est un cornet acoustique rigide dont une partie des parois est rendue souple selon l'invention, et - la figure 4 est une comparaison des courbes de réponse acoustique des cornets illustrés sur les figures 2 et 3 respectivement. La figure 1 montre un téléviseur avec un cabinet ou boîtier 1, enfermant un tube électronique (non représenté) dont l'écran de visualisation (non représenté) débouche dans l'ouverture 2 de la face avant ou façade du téléviseur. De part et d'autre de l'ouverture 2 se trouvent deux colonnes sonores ou acoustiques 3 dans chacune d'elles débouche l'extrémité ouverte oblongue 4 d'un cornet acoustique 5. L'autre extrémité ouverte évasée du cornet 5 est fixée à un haut parleur 6. Le rôle du cornet 5 est de guider le son produit par le haut parleur 6 vers la colonne sonore 3 correspondante. Le cornet acoustique 5, comme montré plus en détails sur la figure 2, présente une partie à section oblongue constante 5a et une partie évasée 5b. L'extrémité ouverte évasée 7 de la partie évasée 5b est montée sur le bord ou pourtour 8 de la membrane 9 du haut parleur 6, à l'aide de vis ou clips mécaniques. Le cornet 5 est réalisé par moulage de matières plastiques, par exemple, en polystyrène, avec une épaisseur de parois de l'ordre de 2,5mm à 3mm. La structure du cornet ainsi obtenue est rigide. L'inventeur a constaté des distorsions dans la courbe de réponse acoustique d'un tel comrnet rigide 5. En effet, pour une longueur de cornet d'environ 180mm, la courbe de réponse acoustique présente un pic de résonance vers 440 Hz (voir figure 4, courbe A). Cela signifie qu'à l'extrémité ouverte 4 du cornet acoustique 5, le son autour de la fréquence 440 Hz est exagérément amplifié au détriment des fréquences environnantes (150Hz - 300Hz et 600Hz - l1kHz). Ce qui crée une distorsion acoustique perceptible pour l'auditeur qui peut être aussi un téléspectateur. Ce défaut inévitable est dû à la résonance acoustique du " tuyau d'orgue " formée par le cornet 5 selon lequel le pic de résonance correspond à une longueur d'onde qui égale 4 fois la longueur du tuyau (ou la longueur du tuyau est égale à un quart de la Iongeur d'onde). D'après de nombreux essais et de nombreuses solutions possibles envisagés, l'inventeur est arrivé à une solution très simple et efficace, qui va être expliquée à l'aide des figures 3 et 4. L'invention utilise un phénomène vibratoire mécanique, obtenu en excitant une plaque fine par la pression acoustique présente dans le cornet 5 et générée par le haut parleur 6, de manière à profiter de ses premiers modes propres mécaniques pour absorber le pic gênant de la réponse acoustique du comrnet et améliorer ses performances acoustiques. L'invention peut s'appliquer à tout système acoustique (enceintes closes ou bass-reflex, labyrinthes, autres guides acoustiques, .), puisqu'elle utilise la surpression..DTD: à l'intérieur d'un volume (fermé ou non) créée par un haut parleur. Un mode de réalisation de l'invention (Fig. 3), qui donne une soluion satisfaisante, consiste à pratiquer une ouverture 10 dans les parois rigides de la partie évasée 5b du cornet 5 et à recouvrir l'ouverture 10 avec une plaque fine ou souple 11, de manière à ce que le premier mode propre de vibration mécanique de cette plaque 11 (considérée comme encastrée aux limites de l'ouverture 10) soit réglée sur la fréquence de résonance à atténuer. Ainsi, on réalise le filtrage souhaité sans pour autant modifier la réponse acoustique du système dans le reste du spectre de fréquences acoustiques. En jouant sur le matériau de la plaque 11 (raideur, coefficient d'amortissement, épaisseur,...), sur les dimensions, la forme et la position de l'ouverture 10 par rapport au haut parleur 6, on peut optimiser ce phénomène vibro-acoustique sans pour autant générer de bruits de vibrations mécaniques parasites. Pour déterminer les dimensions de l'ouverture 10 et les caractéristiques de la plaque 11, on peut utiliser les formules suivantes D(3 +2 +3 ,99 a4 a2b2 b4 (1) F - 2--x Eh3 D Eh- (2) 12(1 - i2) o F0 est la fréquence du premier mode propre de vibration de la plaque, D est le facteur de raideur de la plaque, E est le module d'Young du matériau, p est la densité du matériau, p est le coefficient de Poisson, h est l'épaisseur de la plaque, a et b sont les côtés du rectangle formé par la plaque. A partir des formules (1) et (2) ci-dessus, on peut calculer la fréquence du premier mode propre de vibration F0 d'une plaque en polystyrène de 0,5mm d'épaisseur et de dimensions 57mm x 33mm. Le résultat donne une valeur F0 autour de 457 Hz. La courbe B de la figure 4 montre le résultat sur la réponse acoustique du cornet 5 avec une ouverture recouverte par une plaque souple 11 avec les caractéristiques ci-dessus. On constate que le pic de résonance est fortement diminué, ce qui se traduit par un rendu sonore de meilleure qualité, car avec moins de distorsions, par rapport à la courbe A. Un mode de réalisation simple consiste à réaliser l'ouverture 10 sur le cornet 5 directement au moulage de cette pièce et d'utiliser des plaques en polystyrène pourvues d'adhésifs. La fonction vibrante de la plaque 11 est assurée par la plaque en polystyrène et l'adhésif sert à fixer la plaque sur le cornet 5 et d'ajouter de l'amortissement à la plaque, de manière à réduire les éventuels effets indésirables des harmoniques et autres modes de vibration de la plaque 11. Selon les dimensions de l'ouverture 10 et l'épaisseur de la plaque 11 et dans le cas des systèmes acoustiques fabriqués par injection plastique (comme le cornet 5); la plaque 11 ou membrane vibrante peut être inclue directement sur la pièce au moulage. Les dimensions du système à traiter et l'importance de défauts à supprimer peuvent imposer la multiplicité de ce type de système, c'est à dire plusieurs ouvertures 10 recouvertes par plusieurs plaques souples 11. Ces plaques souples peuvent avoir les mêmes dimensions pour renforcer le filtrage dans une bande étroite de fréquences, ou des dimensions différentes pour élargir la bande de fréquences à filtrer. D'une manière générale, lorsque la plaque souple 11 est réalisée avec le même matériau que le cornet rigide 5, l'épaisseur de la plaque est de préférence choisie comprise entre 10% et 30% de l'épaisseur des parois rigides entourant l'ouverture 10 correspondante. REVENDICATIONS 1- Filtre mécanique pour systèmes acoustiques comprenant au moins un haut parleur (6) et un cornet acoustique (5) associé au haut parleur, I'une extrémité ouverte (7) du cornet étant rendue solidaire du bord (8) de la membrane (9) du haut parleur, et l'autre extrémité ouverte (4) du cornet constituant la sortie acoustique, caractérisé en ce que le cornet (5) présente des parois rigides dont une partie (10,11) est rendue souple, la partie souple du cornet pouvant vibrer sous la pression acoustique à l'intérieur du cornet de façon à filtrer ou absorber le(s) pic(s) de résonance dans la réponse acoustique du cornet rigide. 2- Filtre mécanique pour systèmes acoustiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie souple du cornet est formée par au moins une ouverture (10) dans les parois rigides du cornet (5), l'ouverture étant recouverte par une plaque souple (11). 3- Filtre mécanique pour systèmes acoustiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque souple (11) est collée sur les parois rigides du cornet. 4- Filtre mécanique pour systèmes acoustiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque souple (11) est obtenue directement par moulage du cornet. - Filtre mécanique pour systèmes acoustiques selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la plaque souple (11) présente une épaisseur comprise entre 10% et 30% de l'épaisseur des parois rigides entourant l'ouverture (10). 6- Téléviseur comprenant un cabinet (1) cadrant un écran de visualisation, au moins une colonne acoustique (3) adjacente à l'écran, et au moins un filtre mécanique selon l'une des revendications précédentes, la sortie acoustique (4) du cornet (5) débouchant dans la colonne acoustique.