Brevet FR2870665A1 — publié le 20051125

La présente invention concerne un procédé pour absorber et résorber l'onde arrière ainsi que les d'ondes stationnaires émises par un ou plusieurs haut-parleurs électrodynamiques dans le ou les caissons d'une enceinte acoustique. Le but de cette invention est de résoudre le problème des distorsions générées dans le caisson et par le caisson afin d'améliorer la réponse du transducteur et en conséquence accroître sa qualité de restitution sonore. Un caisson traditionnel n'empêchera pas l'onde de revenir vers le hautparleur, il n'empêchera pas non plus la formation d'ondes stationnaires, la conception d'un caisson traditionnel ne l'empêchera pas de vibrer, de rentrer en résonance et de rayonner en symbiose vers l'extérieur presque autant d'énergie acoustique que la membrane du haut-parleur. A propos de cette membrane: elle est très légère, plus ou moins rigide ce qui lui confère ses principales qualités acoustiques et un défaut, un inconvénient: elle n'est pas un isolant phonique. Elles sont généralement fabriquées en pulpe de cellulose (en papier si vous préférez) ou en carbone ou alors en kevlar... Dans un premier temps l'onde à l'intérieur du caisson gênera le débattement de cette membrane et perturbera la réponse du haut-parleur. Dans un deuxième temps, du fait que la membrane possède de piètres qualités d'isolant phoniques, l'onde aura la fâcheuse tendance d'y passer au travers et de se superposer à l'onde avant du haut-parleur. Ce phénomène est appelé : distorsion des harmoniques D. En d'autres termes: la fonction sinusoïde de l'onde arrière s'additionnera à la fréquence du fondamental et aux fréquences harmoniques dénaturant ainsi le message sonore d'origine. Phénomène audible et visible sur le spectre de Fourier ou sur la décomposition de Fourier. Pour la très grande majorité des enceintes, un volumes d'air est nécessaire et primordial pour le bon fonctionnement de la plus part des haut-parleurs électrodynamiques. L'air contenu dans le caisson est un facteur d'amortissement pour la membrane du haut-parleur, ce volume d'air a donc un rôle capital. Traditionnellement l'onde arrière se propage dans le volume du caisson de forme parallélépipédique ou ressemblant à un polyèdre régulier tel-que le cube, le dodécaèdre, l'icosaèdre, la pyramide ou alors la forme cylindrique ou sphérique qui est une des plus efficaces contre les ondes stationnaires. Cette onde arrière heurte et rebondit sur les faces intérieures du caisson de manière perpétuelle et anarchique. Les ondes stationnaires se trouvent entre les faces parallèles. Nous savons que l'angle d'incidence et l'angle de réflexion sont égaux, prenons l'exemple d'une balle lancée à la verticale du sol, elle rebondira à la verticale pour atteindre le plafond pour y rebondir verticalement vers le sol et ainsi de suite. La balle trace la même trajectoire qu'une onde stationnaire entre deux surfaces parallèles. II ne faut pas oublier l'énergie que la balle développe lors de son impact sur la surface, chose que l'on peut très bien extrapoler sur les parois intérieures d'un caisson en plus de la pression d'air généré par le déplacement de la membrane. Dans le contexte de l'enceinte acoustique, pour freiner, limiter, atténuer cet effet de rebond et l'effet de rayonnement sonore du caisson, plusieurs solutions sont applicables: 1- à commencer par faire le bon choix du matériau pour la confection de l'enceinte, penser au placement de renforts internes et mettre un matériau absorbant (exemple: laine de verre, thibaude, ...) sur les parois intérieures du caisson. Ce matériau absorbant va augmenter le facteur d'amortissement du haut-parleur, diminuer la pression qui est exercés sur les parois et amortir le choc de l'onde mais malheureusement que partiellement ce qui ne l'empêchera pas de repartir dans le sens opposé. La quantité préconisée de matériau absorbant est de l'ordre de 50 % du volume du caisson pour une charge Bass-reflex. Trop de matériau absorbant altérera la qualité de la restitution sonore. 2- fabriquer un caisson aux parois non-parallèles et ajouter du matériau absorbant. 3- fabriquer des caissons à forme ovoïdale ou à parois galbées et ajouter du matériau absorbant. 4- un labyrinthe peut guider l'onde jusqu'à son atténuation mais l'encombrement est l'inconvénient de ce caisson et il faut aussi ajouter du matériau absorbant. Souvent les parois sont parallèles entre elles et donc propices aux ondes stationnaires. 5- fabriquer un caisson cylindrique et y ajouter du matériau absorbant, mais il y aura des ondes stationnaires dans le sens de la profondeur. 6- le caisson sphérique et il faut aussi ajouter du matériau absorbant. 2870665 4 Le procédé selon l'invention a pour intérêt de ne pas laisser l'onde arrière livrée à elle même dans le caisson, de plus l'atout majeur de l'invention présente une solution qui remédie aux problèmes que posent l'onde arrière et les ondes stationnaires émises par un haut-parleur dans un caisson parallélépipédique. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente l'intérieur du caisson avec le procédé du traitement de l'onde. Le cadre en pointillés représente un grossissement localisé de la figure 1 en figure 2. La figure 2 représente un grossissement localisé de la figure 1. La figure 3, une photo représentant l'enceinte en court de montage avec un caisson (5) supérieur ouvert sur le côté droit et les paraboles (3). La figure 4, une photo représentant le caisson supérieur ouvert en vue arrière. Les quatre paraboles sont présentent ainsi que les rainures sur leur verso. La figure 5, une photo représentant le caisson supérieur ouvert en vue arrière, le matériau absorbant (4) est en place entre le caisson et le verso des paraboles. L'évent (6) et le déflecteur pyramidal (7) sont montés sur la face arrière. La figure 6, une photo représentant les quarte paraboles identiques du Caisson supérieur et jointes entre elles. Les figures 7 à 12 serviront à expliquer de la décomposition ondulatoire. La figure 13 montre que l'efficacité des rainures peut être optimisée si elles ont un profil en T, les ondes résiduelles seront tout aussi bien cassées mais aussi retenues prisonnières dans la rainure. La figure 14 illustre le développement d'une diffraction. En référence à ces dix dessins et ces quatre photos le procédé se situe donc à l'intérieur du ou des caissons de l'enceinte sachant qu'une enceinte peut contenir plusieurs caissons et qu'un caisson peut traiter l'onde arrière d'un voir trois haut-parleurs simultanément. En se référant à ces dessins et ces photos, le caisson parallélépipédique rectangle repéré (5) sur la figure 1 est représenté ouvert sur le dessus et vu de dessus. En face avant, on distingue le haut-parleur (1) et derrière lui l'onde (2) est symbolisée par des traits fins en arc de cercle. Grâce à la multitude d'arcs de cercle représentatifs, on peut suivre allègrement la trajectoire de l'onde. Elle sera canalisée par quatre paraboles (3) identiques fixées sur les faces intérieures des parois du caisson (5). Ces paraboles (3) sont jointes entre elles, la figure 6 le montre bien. Une partie de l'onde (2) s'échappera du caisson (5) vers l'extérieur par I'évent(6) au même titre que l'air pressurisé par le haut-parleur. Cet évent (6) visible aussi sur la figure 5 est appelé évent Bass-reflex car la charge acoustique accordée par l'évent (ici tubulaire) a pour fonction d'améliorer la réponse aux basses fréquences. Son diamètre et sa longueur sont déterminés en fonction des caractéristiques du haut-parleur (du nombre aussi) et du volume du caisson. L'autre partie de l'onde (2) quant à elle sera fractionnée par le déflecteur pyramidal (7) (visible sur la figure 1 et 5), elle sera aussi réorientée entre les parois latérales du caisson (5) et le verso des quatre paraboles (3). La hauteur du déflecteur (7) déterminera le degrés 2870665 6 d'inclinaison suivant l'angle d'incidence et l'angle de réflexion pour envoyer l'onde (2) à l'endroit voulu. Une fois sur la bonne trajectoire, l'onde (2) sera traitée par le matériau absorbant (4) (visible sur la figure 5) et par la diminution progressive et définitive de l'espace ou elle se propage. Comme pris au piège, c'est le point de non retour de l'onde (2), ce qui est le but recherché de cette invention. (premier atout) Pour une explication plus approfondie du traitement de l'onde (2), se reporter à la figure 2 qui est un grossissement de la zone en traits pointillés de la figurel. Le médite sera la matière utilisée pour la fabrication des paraboles (3) (épaisseur 10 mm) et du caisson (5) (épaisseur 18 mm). La forme des paraboles (3) sera donnée par cintrage. Si la section du bois reste à 10mm, cette opération sera difficile à réaliser et la parabole (3) n'apportera pas toutes les qualités nécessaires pour le traitement de l'onde (2) à son verso. Il faudra usiner le verso de cette parabole dans le sens de la largeur et dans toute la longueur à cintrer en faisant par exemple des rainures de 3 mm de large, espacées de 5 mm et de 8 mm de profondeur. La section de la planche se verra considérablement réduite et donc facilitera le cintrage. Ces rainures sont repérés (8) sur la figure 2 et visible sur les figures 3 et 4. Le deuxième atout d'importance de ces rainures (8) est qu'elles casseront les ondes résiduelles. L'efficacité des rainures peut être optimisée si elles ont un profil en T, les ondes résiduelles seront tout aussi bien cassées mais retenues prisonnières dans la rainure en T. Se rapporter à la figure 13: la flèche représente la trajectoire de l'onde qui rentre dans la rainure en T et qui ne peut plus en sortir. 2870665 7 Une autre particularité de cette invention est que les forces exercées par un train d'ondes sur le recto et le verso des paraboles (3) vont s'affronter face à face, la simulation de l'impact ou l'interférence des ondes est repérée sur la figure 2 par les petits cercles (9). Quand deux forces égales s'opposent ainsi, elles s'annulent. Etant donné que tout au long de sa trajectoire, l'onde (2) est fragmentée, déviée, en partie amortie par le matériau absorbant (4) lors de son traitement, son rendement baissera un peu et il ne sera pas tout à fait égal à sa valeur de départ. A savoir que dans le cas du caisson d'une enceinte acoustique la fonction sinusoïde de l'onde sonore sera très complexe et que la vectorisation des forces dont les facteurs intervenants vont varier constamment, tel que: la longueur d'onde, la puissance de l'onde, les pertes d'énergie dues aux changements de trajectoire et au coefficient d'absorption des matériaux sur telle ou telle longueur d'onde... , il restera donc quelques forces résiduelles infimes que le caisson (5) supportera de par ses qualités de conception et de fabrication. Alors qu'un caisson traditionnel ne traite pas l'onde arrière et en plus, il doit supporter à lui seul toutes les contraintes mécaniques. Le troisième atout de cette invention est que cette opposition des forces dans le caisson (5) diminue considérablement les efforts mécaniques exercés sur les parois intérieures de l'enceinte. La diminution des contraintes mécaniques empêchera le caisson de vibrer, de rentrer en résonance et de rayonner en symbiose vers l'extérieur presque autant d'énergie acoustique que la membrane du haut-parleur. 2870665 8 A titre d'exemple non limitatif, le caisson (5) visible sur les photos a pour dimensions internes 290,3 1469,7 mm et seront variables proportionnellement au nombre d'OR en fonction de la taille et du nombre de haut-parleurs utilisés. C'est à dire que dans cet exemple les dimensions ne sont pas déterminées ou choisies par hasard. Si on divise la profondeur 469,7mm par la hauteur ou largeur 290,3 mm: 469,71 290,3 = 1,618 Le nombre d'OR étant (P = 1,618 La profondeur de 469,7 mm étant (P puissance 8 et la hauteur ou largeur de 290,3 mm étant (P puissance 7. Les paraboles (3) ont un rayon égal à la largeur soit 290,3 mm et le centre de l'arc de cercle qu'elles décrivent se situe sur la face opposée côté intérieur à 110,9 mm (Ç puissance 5) de distance de la face avant côté intérieur. Les arcs de cercle décrits par les paraboles s'arrêteront sur les diagonales du rectangle (469,71290,3). Constat: l'ouverture carrée à pour dimension 110 / 110 mm. 205 La hauteur du déflecteur (7) est déterminée par la trajectoire de départ et d'arrivée de l'onde (2) : l'angle d'incidence et l'angle de réflexion. Soit une hauteur de 62 mm. Décomposition ondulatoire: Figure 7: caisson vu de dessus, ouvert et le haut-parleur à l'état repos. 210 Figure 8: excitation de la bobine du haut-parleur, début d'excursion linéaire de la membrane, émission d'une onde et dans le cas de cette invention seule l'onde à l'arrière du transducteur nous intéresse. Figure 9: l'onde est canalisée par les quatre paraboles. Le profile de ces 215 dernières allant contre la célérité de l'onde, il y a effet Doppler par compression de l'onde. La longueur d'onde varie en fonction du milieu de propagation en raison de la vitesse ou de la célérité de propagation de l'onde. Figure 10: l'onde passe maintenant une ouverture carrée et son 220 comportement va changer. Comportement que l'on retrouve dans l'ouverture carrée de Young qui est l'observation de la diffraction de l'onde et de sa décompression au franchissement d'une ouverture. La figure 14 illustre ce phénomène. Le repère (3) représente l'obstacle face à l'onde (1). Juste derrière 225 l'obstacle (3) ce trouve la seconde source ondulatoire repérée (2). La diffraction de l'ouverture carrée s'étalera derrière les quatre obstacles c'est à dire sur les verso rainurés des paraboles et dans le matériau absorbant: la diffraction est maîtrisée. 230 Au passage le l'ouverture, plus courte sera la longueur d'onde, plus l'angle d'émission de la diffraction sera ouvert. Figure 11: la réflexion de la diffraction de l'onde sur la pyramide pour la 2870665 -10- renvoyer sur les verso des paraboles et les faces intérieures du caisson. En d'autres mots, l'onde va s'engouffrer dans un 235 piège, un espace qui diminue de manière progressive et définitive. Le volume à l'intérieur de la pyramide ou le volume derrière les panneaux déflecteurs est communicant avec celui du caisson par une série de trous visibles sur la figure 5. 240 La réfraction de l'onde à l'intérieur de la pyramide est absorbée par la présence de matériau absorbant. L'évent bass-reflex situé à l'arrière du caisson du agit comme le résonateur de Helmholtz. Figure 12: à la sortie de l'évent on constate la diffraction du trou 245 circulaire de Young . Efficacité du piège: absorption de l'onde par la diminution progressive et définitive de l'espace, sans oublier la présence du matériau absorbant. Ce procédé selon l'invention est particulièrement destiné aux enceintes 250 acoustiques. -11 - REVENDICATION 1) Dispositif pour traiter l'onde arrière du haut-parleur (1) placé dans un boîtier (2), les paraboles (3) ont un profil concave par rapport au défilement de l'onde. L'onde sera fragmentée par la pyramide (5). L'évent bass-reflex n'est pas présent, cette invention s'applique donc aussi pour des caissons clos. Figure 1 2) Dispositif pour traiter l'onde arrière du haut-parleur (1) placé dans un boîtier (2), les paraboles (3) ont un profil convexe par rapport au défilement de l'onde. L'onde sera fragmentée par la pyramide (5) ensuite elle sera absorber entre le verso de parabole (3) et la face intérieure du caisson (2). L'évent bass-reflex est présent dans cette configuration. Figure 2 3) Dispositif pour traiter l'onde arrière du haut-parleur (1) placé dans un boîtier (2), les paraboles (3) ont un profil convexe par rapport au défilement de l'onde. L'onde sera fragmentée par la pyramide (5) ensuite elle sera absorber entre le verso de parabole (3) et la face intérieure du caisson (2). L'évent bass-reflex n'est pas présent, cette invention s'applique donc aussi pour des caissons clos. Figure 3 4) Ce dispositif peut s'appliquer aussi bien dans des caissons de section carrée, circulaire ou rectangulaire.