Brevet FR2880769A1 — publié le 20060714

APPAREIL POUR L'AMELIORATION DE LA TRANSMISSION ACOUSTIQUE DANS L'AIR DANS LE CAS DE LA REPRODUCTION SONORE, DE LA PAROLE ET DES INSTRUMENTS DE MUSIQUE 5 Les ions lourds de l'air découverts par Paul Langevin en 1905 peuvent être par hypothèse considérés comme l'agent principalement responsable de la dégradation des propriétés acoustiques de l'air en matière de transmission acoustique du son. Cette hypothèse a été émise en particulier pour expliquer la dégradation de la musicalité des chaînes Haute-Fidélité, pour les quelles on constate depuis des années une absence complète de corrélation entre les mesures objectives et la musicalité subjective, appréciée par un panel d'auditeurs suffisamment avertis. L'air, support de la propagation du son, est essentiellement composé d'azote (78,08%), d'oxygène (20,95%) et d'argon (0,93%). Il faut y ajouter des éléments variables comme le gaz carbonique (0,03%) et la vapeur d'eau en quantité extrêmement variable. En considérant ce gaz comme parfait, un volume de 22,414 litres contient Na molécules de gaz, Na étant le nombre d'Avogadro =6.022 10A23. Donc lcm3 d'air va contenir 2,7 10119 molécules. L'air contient également un grand nombre de particules d'origine naturelle, 25 environ 50 000 par cm3 dont 30 000 particules de silice. On compte environ 10 000 particules chargées par cm3. On distingue: -les ions légers où un noyau d'hydrogène H+ s'accroche à une molécule d'eau H2O pour former l'ion oxonium H3O+. D'autres molécules d'eau viennent s'y ajouter pour former des hydrates (H30+)nH2O, n étant voisin de 10. Le mécanisme pour les ions négatifs est le même en partant d'un électron. -les ions lourds constitués par des associations de 1000 à 2000 des molécules précédentes, découverts par Paul Langevin, et qui présentent en fait la majorité des ions existant dans l'air. On compte 200 à 500 paires d'ions légers pour 10 000 paires d'ions lourds Langevin. Les ions légers ont une durée de vie voisine d'une minute, et de une heure pour les ions lourds. II y a donc environ 2,8 ions qui naissent et disparaissent par seconde et par cm3 d'air. Ces ions sont formés en permanence par des phénomènes allant de la radioactivité naturelle au rayonnement solaire ou cosmique et en passant par les phénomènes électrostatiques de l'atmosphère ou de l'activité humaine. L'élément perturbateur de la transmission sonore serait par hypothèse cet ion lourd Langevin, de diamètre 0,1 à 0,2 nanomètre et présentant une charge électrique égale à plusieurs charges élémentaires ou charge de l'électron égale à 1,6 10A-19 coulomb. Sa masse moléculaire serait équivalente à environ 10 000 fois la masse de l'atome d'oxygène, soit 2,68 10^-26kg. Pour fixer les idées, chaque cube d'air de côté 0,46mm en contiendrait un, en moyenne. Un modèle dipolaire équivalent à cet ion montre la possibilité d'oscillations 20 mécaniques internes voisines de 1,3GHz, éloignées des oscillations naturelles des molécules de l'air qui sont toutes au delà de 10GHz. Pour expliquer comment ces ions seraient responsables de la dégradation du son, on peut envisager deux hypothèses: -accélération ou freinage, suivant la charge, des molécules incidentes polaires comme l'oxygène ou chargées qui, comme les molécules neutres, sont porteuses de l'information sonore, -chocs non-élastiques avec ces mêmes molécules, en particulier dans le cas où les gros ions seraient excités par les champs électriques ou 30 électromagnétiques ambiants. Ce cas se produit particulièrement lors d'écoutes d'installations électroacoustiques génératrices par elles-mêmes de tels champs. Lors de l'écoute d'instruments de musique ou de voix sans apports électriques, les installations électrique de chauffage ou d'éclairage et les champs électromagnétiques ambiants peuvent suffire à l'excitation électrique de ces gros ions. Le résultat est que les fronts d'ondes sonores présentent des irrégularités qui sont ressenties auditivement comme des distorsions. Dans le cas de la reproduction sonore à au moins deux canaux, il se produit en plus des distorsions de phase qui perturbent l'image sonore et la perception stéréophonique du son. Dans cette hypothèse, il est évident que le rendu sonore d'une installation électroacoustique ne va être que très peu lié au signal électrique basse fréquence audio si celui-ci reste dans les limites de distorsion linéaire et non linéaire généralement admises, mais va dépendre considérablement de la densité et du comportement des gros ions Langevin qui font partie intégrante de l'air de l'espace d'écoute. Ce résultat est acceptable dans la mesure et l'expérience montrent qu'il n'y a en pratique aucune corrélation entre les mesures classiquement reconnues telles que distorsion, bruit, bande passante, dynamique et l'appréciation musicale faite par un panel d'auditeurs avertis, pour les installations haute-fidélité reconnues comme satisfaisant aux normes acceptées. Dans cette hypothèse, le problème fondamental revient à neutraliser cet ion lourd vis à vis de la transmission sonore c'est à dire des chocs avec les molécules incidentes. Le problème revient: -soit à décharger l'ion, ce qui est particulièrement difficile dans la mesure où chaque ion est noyé dans 10A15 molécules neutres, -soit à le diviser en ions plus pètits en l'excitant sur certaines fréquences, -soit à l'exciter sur des fréquences conduisant à un comportement de l'ion ne gênant pas la propagation sonore. Globalement, on voit que la meilleure chance de réussite passera par l'excitation électrique ou électromagnétique des gros ions à des fréquences convenablement choisies. Des études préalables nous ont montré que trois fréquences étaient particulièrement pertinentes vis à vis de ce problème: 2,34GHz, 1,58GHz et 0,96GHz qui correspondent à des longueurs en quart d'onde de 32mm, 47, 5mm et 78mm, d'autres valeurs n'étant pas exclues. Ces fréquences vont en fait être avantageusement fournies par les ions eux-5 mêmes dans l'appareil proposé dont nous allons donner un exemple pratique de réalisation représenté en figure 1 A et B. En référence à ce dessin, l'appareil comporte en 1 une plaque P en acier de largeur 500mm, de hauteur 250mm et d'épaisseur 1,5 à 2mm. Sur cette plaque sont fixés verticalement deux tasseaux 2 en bois non résineux de 20x32x264mm, sur leur face 20x264mm, espacés de 196mm. Sur cette face adhèrent 8 aimants 3 néodyme fer bore de 56x13x6mm sur leur face sud suivant la disposition de la figure 2. En avant de la plaque P est disposée en 4 une première grille G1 de 500x250mm en acier déployé d'épaisseur 0,5mm à mailles de 10x5,5mm à l'aide de 4 entretoises isolantes de longueur 32mm fixées commodément sur un rectangle horizontal de 180x90mm au centre de P. Sur cette grille côté P en son centre sont fixés verticalement par collage deux aimants identiques aux précédents espacés de 32mm collés sur leur face nord. Entre P et G1 est disposé un évaporateur ou saturateur d'humidité en céramique poreuse de dimensions approchées 220x132x20mm dont le bord supérieur affleure le haut de l'appareil. A la mise en oeuvre de l'appareil, on remplira le saturateur de sable de quartz fin jusqu'à l cm du bord, puis on le remplira d'eau distillée jusqu'à ce qu'elle affleure à la surface du sable. Une plaque isolante 6 préférentiellement en polytétrafluoréthylène d'épaisseur minimale 1,5mm et de dimensions minimales 76x78mm est installée entre les deux aimants collés sur G1 côté P et le saturateur, pour éviter la conduction électrique entre P et G1. Sur les deux bords latéraux de la grille G1 sont fixées par collage verticalement deux bandes de mousse semi conductrice 7 absorbant les hautes fréquences, d'épaisseur 5mm et de dimensions 70x240mm. En son centre est fixée une antenne 8 sous forme d'un disque circulaire en cuivre de rayon 78mm et de 0,3 à 0,4mm d'épaisseur finement poli sur ses deux faces. Une version améliorée comporterait un disque en cuivre argenté. On fixe par dessus le disque deux aimants collés sur leur face sud et qui adhèrent par attraction magnétique aux deux aimants précédemment fixés sur G1. On dispose ensuite une couronne de 6 aimants autour de l'antenne disque, sur un rayon de 82mm environ, comme pour la figure 1 B. On installe ensuite une deuxième grille G2 en 9 à 90mm en avant de G1 à l'aide d'entretoises isolantes prolongeant commodément les précédentes entretoises de 32mm entre P et G1. La distance effective est en fait 90mm moins l'épaisseur de deux aimants, soit 12mm, ce qui fait 78mm. Cette grille de mêmes dimensions 500x250mm que G1 en acier déployé présente des mailles de 16x8mm et une épaisseur de 0,8mm. On dispose sur la face interne de G2 côté G1 un ensemble de 8 aimants suivant la disposition de la figure 2, soit deux aimants verticaux espacés de 32mm au centre et une couronne de 6 aimants sur un cercle de 82mm environ, les aimants étant fixés par leur face nord. On fait de même pour la face externe ou face avant, les aimants adhérents fortement aux précédents cette fois-ci sur leur face sud. On réalise ensuite une traversée isolante à l'aide d'une tige filetée laiton de diamètre 3 à 4mm et un jeu d'écrous et de rondelles serrant deux plaquettes isolantes préférentiellement en polytétrafluoréthylène permettant de positionner la tige filetée au centre de G2 au travers d'une maille. Un jeu de lignes en quart d'onde 10 est réalisé à l'aide d'un fil de cuivre argenté de diamètre 1,5 à 2mm qui réalise les trois lignes de 32mm, 47,5mm et 78mm d'un seul tenant suivant le schéma de la figure 2, les lignes proprement dites étant reliées aux centres de G1 d'une part et G2 d'autre part, sur la traversée isolante précédemment définie, par des longueurs de 50mm. La fixation sur la grille G1 se fait par une vis laiton qui fixe également l'antenne disque de 78mm au centre de ladite grille. II est très important de réaliser l'ensemble des lignes quart d'onde avec un fil d'un seul tenant pour éviter les contacts et soudures aux court-circuits d'extrémités des lignes, qui sont très préjudiciables aux hautes fréquences que l'on cherche justement à privilégier. L'expérience montre que ce point est essentiel, étant donné la faiblesse du signal utile. A l'avant de la traversée sont fixées les trois antennes disques 11 réalisées en cuivre finement poli sur ses deux faces, d'épaisseur 0,3 à 0,4mm et de rayons successivement à partir de la grille 78mm, 47,5mm et 32mm, séparées entre elles par deux empilements de 4 rondelles de 4mm laiton, l'empilement global étant finalement serré par un écrou moleté. Une version améliorée utiliserait avantageusement des disques argentés. Une fois l'appareil monté, on incurvera les extrémités latérales des grilles G1 et G2 à partir des entretoises vers la plaque, de manière que l'écart entre G1 et P soit de 2cm au bord et l'écart entre G1 et G2 de 4cm également au bord, la partie centrale restant plate sur une largeur de 18cm. Une tension de 21V est appliquée entre P et G1 à l'aide d'une pile de 9V et une pile de 12V placées en série, le + étant appliqué sur G1 et le sur P, et une tension de 60V est appliquée entre G1 et G2 par 5 piles de 12V en série, le + étant placé sur G2 et le sur G1. Une résistance d'environ 1 mégohm est disposée en série avec chaque conducteur reliant les piles aux grilles et à la plaque aux bornes de chacun des deux jeux de piles. Un circuit éliminateur de parasites hautes fréquences pourra être réalisé au moyen d'un circuit comportant un condensateur de 47pF en série avec une résistance de 0,5 ohm, le tout étant placé en parallèle sur les piles juste après les résistances de 1 mégohm. On remarquera que le champ électrique et le champ magnétique sont colinéaires et opposés suivant leurs sens conventionnel: +=>correspond à sud L'appareil devra être posé sur un support très isolant, idéalement une plaque de tétrafluoréthylène. Après installation de l'appareil, généralement entre les enceintes à la hauteur des haut-parleurs ou auprès des instruments de musique ou sources sonores, on vérifie le niveau du saturateur et les tensions des grilles. L'appareil sera avantageusement placé à au moins une quarantaine de centimètres du sol. Le fonctionnement de l'appareil tel que décrit est le suivant, autant qu'on puisse le formuler après expérimentation et essais. Le volume actif de l'appareil défini par sa hauteur, la largeur de la partie centrale plate comprenant les antennes et sa profondeur de 122mm est d'environ 2500cm3. Comme chaque cm3 est le siège de 5,6 créations et disparitions d'ions lourds par seconde et cm3 en moyenne, on a donc environ 14 000 évènements par seconde. Cette association ou disparition de molécules doit être accompagnée d'impulsions électromagnétiques comme il en est de toutes les interactions de particules chargées. Ces phénomènes forment la majeure partie du bruit de fond électromagnétique habituellement mesuré. On peut en avoir une image visuelle par l'aspect neigeux d'un écran de télévision non accordé sur un émetteur. Ces évènements sont favorisés par la présence du saturateur qui génère en permanence des molécules d'eau et par la combinaison de champ magnétique et électrique opposés, le champ magnétoélectrique, qui doit faciliter la rupture des gros ions par les contraintes en tension mécanique du champ électrique et par les contraintes en rotation induites part le champ électrique, la combinaison des deux s'avérant particulièrement efficace. Ces ondes ainsi produites lors de la formation ou dissociation des gros ions sont captées entre les grilles et sélectionnées par les lignes en quart d'onde qui sont des résonateurs à coefficient de surtension élevé. Les trois fréquences captées et isolées se trouvent alors ré émises par les antennes frontales qui résonnent aussi en quart d'onde, avec un ventre d'intensité au centre et un noeud réparti aux 20 bords des disques. II existe deux hypothèses sur la nature de cette émission d'onde par les antennes: -soit elles émettent une onde électromagnétique classique, -soit elles émettent une onde majoritairement électrique, c'est à dire à champ magnétique négligeable. Dans ce dernier cas, la propagation se fait dans le milieu matériel constitué par l'ensemble des charges électriques portées par l'air environnant, qui constitue le réseau ionostatique, suivant une appellation rencontrée. Dans tous les cas, les ions lourds reçoivent cette onde qui peut, soit entraîner leur rupture, soit les faire osciller sur des fréquences où leurs propriétés acoustiques ne nuisent pas à la transmission sonore, ces deux hypothèses devant faire l'objet d'essais ultérieurs. Une constatation va dans le sens de l'impact de ces gros ions: de nombreux audiophiles ont constaté qu'une vaporisation très fine d'eau par pulvérisateur ou brumisateur améliore sensiblement l'acoustique du local d'écoute, avec un effet très rapide: il est possible que les gouttelettes d'eau puissent capturer des gros ions en neutralisant leurs charges. L'impact de l'appareil sur la qualité sonore a été reconnu par un grand nombre d'audiophiles, sur des installations modestes comme sur des installations de très haut de gamme. Les appréciations les plus fréquentes sont: -disparition des sensations de distorsion ou de fouillis qui apparaissent même sur des installations de très haute qualité, - dynamique accrue, - extinctions de notes plus longues et mieux caractérisées, -attaques plus franches, -grave plus détaillé et mieux lisible, détourage, côté humain et crédibilité du message immédiats, - musicalité évidente sans nécessiter d'intellectualisation du message. Plus simplement, les distorsions disparaissent pratiquement quel que soit le niveau et le matériel utilisé à condition qu'il soit correct aux mesures indépendamment du prix. En conséquence de cette amélioration, les accessoires divers et parfois fort coûteux achetés par les audiophiles, tels que filtres secteur, cordons spéciaux et supports antivibratoires deviennent en grande partie inutiles. Avec les instruments de musique, les effets sont du même ordre. L'appareil a été essayé par exemple sur un grand piano de concert, posé derrière la partition au niveau des marteaux, avec une augmentation significative des impacts et du délié harmonique. Le son paraît plus pur, plus dynamique, comme débarrassé d'un certain voile: la différence est aussi nette qu'en soulevant le couvercle. De même pour un violon d'étude avec une puissance et une dynamique accrue, ainsi qu'une richesse des sons plus grande. Selon leur expression, la plupart des utilisateurs de l'appareil ne peuvent plus écouter sans. REVENDICATIONS 1 )-Appareil ayant pour but l'amélioration de la transmission acoustique de l'air dans le cas des chaînes haute-fidélité, des instruments de musique et de l'intelligibilité de la parole, fondé sur la neutralisation électromécanique des ions lourds de l'air. 2 )-Appareil selon revendication 1, constitué par un ensemble d'électrodes 15 constituées d'une plaque et de plusieurs grilles conductrices ferromagnétiques sensiblement parallèles, la plaque étant définie comme partie arrière de l'appareil, la grille la plus éloignée de la plaque comme partie frontale. 3 )-Appareil selon revendication 2, un champ électrique étant appliqué au moyen d'une ou plusieurs sources de tension entre les électrodes, la tension la plus élevée étant appliquée à la grille frontale, la moins élevée étant appliquée à la plaque. 4 )-Appareil selon revendication 3, un champ magnétique étant appliqué au moyen d'aimants fixés sur les électrodes de manière à être colinéaire et de sens conventionnel opposé au champ électrique défini dans la revendication 3. 5 )-Appareil selon revendication 4, constitué d'une plaque et de deux grilles situées en avant de la plaque. 6 )-Appareil selon revendication 5, l'espace entre les deux grilles étant muni d'au moins trois lignes en quart d'onde reliées d'une part à la première grille suivant la plaque, d'autre part, à au moins trois antennes constituées de disques circulaires hautement conducteurs en contact électrique en leurs centres et situées en avant de la deuxième grille, le contact entre les lignes quart d'onde et le centre commun des antennes se faisant par traversée isolante au travers de la grille frontale. 7 )-Appareil selon revendication 6, les longueurs des lignes quart d'onde ainsi que les rayons des antennes associées étant voisines de 32mm, 5 47,5mm et 78mm, pour trois d'entre elles. 8 )-Appareil selon revendication 7, l'espace plaque à première grille comportant une source d'humidité par évaporation à la température ambiante. 9 )-Appareil selon revendication 7, la distance entre la plaque et la première 10 grille étant voisine de 32mm d'une part et entre les deux grilles de 80mm d'autre part. 10 )-Appareil selon revendication 7, les lignes quart d'onde étant réalisées au moyen d'un seul conducteur monobrin à haute conductibilité surfacique convenablement mis en forme pour éviter les phénomènes de contact aux court-circuits en extrémité des lignes. 25