Brevet FR2889021A1 — publié le 20070126

Enceinte acoustique à haut rendement L'invention concerne le domaine des enceintes acoustiques à haut rendement et plus particulièrement une enceinte pour le registre grave et avec évents. Une enceinte acoustique comporte au moins un haut parleur électrodynamique pour les basses fréquences comprises entre 20 et 600 Hertz, correspondants au registre grave. Ce haut parleur fonctionne simultanément avec un haut parleur dit médium , pour l'émission du registre médium ayant une fréquence comprise entre 600 et 3 000 Hertz, et avec un haut parleur pour le registre aigu, travaillant au-delà de 3 000 Hertz. Ces deux derniers hauts parleurs sont portés soit ensemble par la même enceinte, soit chacun par une enceinte ou support distinct. Quelle que soit son application, un haut parleur est un transducteur qui transforme en une émission sonore un courant électrique représentatif d'un son et provenant d'une source acoustique. De façon connue, le haut parleur comprend un châssis qui assure sa fixation sur une paroi de l'enceinte acoustique et porte un circuit magnétique et un équipement mobile, ce dernier comprenant une bobine électrique liée à une membrane mobile. Le courant électrique alimentant la bobine génère dans celle-ci une force électromagnétique axiale qui assure le déplacement de la membrane, d'abord dans un sens puis dans l'autre, avec l'inversion de sens du courant. Il en résulte que la membrane met l'air ambiant en vibration au rythme de la fréquence du courant alimentant la bobine. Dans un haut parleur affecté à l'émission des graves, la membrane a, en général, un diamètre compris entre 25 et 76 centimètres pour une course comprise entre 20 et 50 millimètres. Son déplacement, même à basses fréquences nécessite beaucoup plus d'énergie que pour déplacer les membranes des autres hauts parleurs, et génère des déplacements d'air qu'il faut contrôler pour réduire les bruits parasites et les déperditions ou distorsions. Ainsi, l'usage d'une énergie forte pour déplacer la membrane a pour corollaire l'existence de forces de réaction qui, pour réduire l'émission de vibrations, imposent de donner au boîtier de l'enceinte une grande rigidité et une grande masse. D'ailleurs certains boîtiers, comme celui décrit dans le document EP0191595, renforcent la rigidité de l'enceinte par une structure croisillonnée interne, défavorable au déplacement de l'air et pouvant être source de distorsion acoustique. Dans d'autres boîtiers, un joint en matériau viscoélastique est interposé entre le châssis et la paroi antérieure de l'enceinte pour empêcher la transmission des vibrations de réactions. Un des objets de l'invention est de fournir une structure de boîtier ne générant aucun obstacle cassant la fluidité de la masse d'air en vibration. Par ailleurs, les hauts parleurs pour les graves sont très sensibles, par la dimension diamétrale et la course de la membrane, au phénomène du court circuit acoustique se produisant quand la dépression générée d'un coté de la membrane parvient à contourner cette membrane et à rejoindre la surpression générée de l'autre coté, avec, pour conséquences, la détérioration et voir même l'annulation de l'émission sonore. Pour remédier à cela, il est connu de disposer le haut parleur dans un boîtier de manière que la paroi antérieure sur laquelle est fixée l'armature forme une paroi infinie empêchant l'air disposé à l'arrière de la membrane de rejoindre l'air disposé en avant. Cette solution qui est satisfaisante pour des enceintes de faible niveau sonore et de qualité moyenne ne convient pas pour le haut de gamme, car elle procure à l'écoute un caractère artificiel, restituant mal le rendu de chaque instrument. A cela s'ajoutent, une dénaturation du son émis, soit par les vibrations consécutives aux déformations des parois du boîtier par les variations de pression de l'air dans celui-ci, soit par les sons parasites émis par la réflexion contre les parois du boîtier de l'onde sonore émise par la membrane. Pour éviter ces inconvénients, les enceintes de haut de gamme sont équipées d'un ou de plusieurs évents mettant en communication l'intérieur du boîtier avec l'extérieur, soit directement par de simples ouvertures ménagées dans une paroi de ce boîtier, comme montré dans les documents FR2505125 et US4805729, soit par au moins une chicane interne comme montré dans les documents US4942939 et EP565369. Cette dernière solution améliore les caractéristiques et les performances de l'enceinte dans les basses fréquences mais est encore une source de bruits d'écoulements d'air générant des distorsions acoustiques en se combinant à la compression dynamique exercée dans le caisson pour certaines fréquences. La présente invention a pour objet de fournir une enceinte acoustique pour les basses fréquences dont le boîtier soit de construction simple et présente la rigidité requise, tout en supprimant tous les obstacles à la circulation de l'air afin qu'aucune onde vibratoire stationnaire ou réfléchie ne vienne perturber le fonctionnement de la membrane du haut parleur et que soit respecter le timbre et la dynamique propre aux instruments reproduits, sans y ajouter des traînages ou des colorations parasites. L'invention met en oeuvre une enceinte comprenant, comme dans le document US4805729, au moins un haut parleur pour le registre des graves dont le châssis est fixé sur une paroi antérieure délimitant un boîtier avec deux parois horizontales, parallèles et espacées et un paroi dorsale cintrée en forme générale de U, dont les extrémités des branches latérales sont liées aux bords de la paroi antérieure, le dit boîtier ayant un volume interne qui, dégagé et défini en rapport avec les caractéristiques du haut parleur, communique avec l'extérieur par au moins un évent. Toutefois, l'invention se différencie de ce document par le fait que la courbe intérieure de la paroi dorsale de l'enceinte est telle que l'onde sonore arrière émise dans le boîtier par la membrane du haut parleur et réfléchie par la dite paroi dorsale ne revient pas dans l'axe du haut parleur, tandis que, d'une part, chaque évent est constitué par une ouverture oblongue ménagée dans une pièce d'angle faisant la liaison entre la paroi antérieure et la branche correspondante de la paroi dorsale et, d'autre part, chaque évent s'étend sur la hauteur du boîtier et communique avec une chicane en S dont le canal d'entrée tangente la paroi dorsale et va en convergeant, alors que le canal de sortie se termine en divergeant vers l'évent. Grâce à cet aménagement, lorsque le haut parleur fonctionne l'air mis en vibration dans le boîtier par l'arrière de la membrane du haut parleur, non seulement n'est pas réfléchi vers cette membrane, avec le risque de perturber son fonctionnement, mais est dirigé, sans transition et naturellement par la courbure de la paroi dorsale, vers les canaux d'entrée des chicanes d'évent.La forme convergente des canaux d'entrée favorise l'entrée de l'air dans les chicanes, où l'air se déplace d'autant plus aisément et sans perte de charge que celles-ci ont une grande section. Enfin, la forme divergente des canaux de sortie favorise l'évacuation de l'air en vibration au travers de l'ouverture rectangulaire correspondante, et améliore le relief sonore procuré par le haut parleur. II résulte de cela que, lors du fonctionnement du haut parleur, le boîtier ne contient pas d'ondes stationnaires, ne comprend aucune paroi ou structure pouvant perturber la circulation de l'air et que, au contraire, celui-ci bénéficie d'une fluidité dans ses déplacements qui améliore considérablement le rendu de chacun des instruments d'une partition. A cela s'ajoutent l'obtention d'une courbe de réponse neutre, la rapidité sur les fréquences transitoires et la suppression de toute coloration supplémentaire. Dans une forme d'exécution de l'enceinte, la paroi dorsale est réalisée en contreplaqué souple et est cintrée, sur une forme modèle dont le profil symétrique par rapport au plan médian de l'enceinte, est parabolique sur une distance comprise entre le tiers et les deux tiers de la profondeur du boîtier. Cette façon de faire garantit la répétitivité de la courbure de la paroi dorsale et la constance des résultats attendus. Avantageusement, chaque ouverture d'évent débouche de la pièce 10 d'angle par une partie évasée. De plus, le plan médian longitudinal de chacune des ouvertures d'évent est incliné vers l'extérieur par rapport au plan médian de l'enceinte. Ainsi l'air en vibration est évacué suivant une trajectoire qui, allant en divergeant par rapport à la direction d'émission du haut parleur, d'une part, ne risque pas de perturber cette émission et, d'autre part, étend la zone d'émission sur les cotés, en procurant une écoute omnidirectionnelle. Dans une forme d'exécution, en complément de sa fixation sur la paroi antérieure par le châssis, le haut parleur est lié rigidement à la paroi dorsale par une tige axiale dont l'extrémité arrière est vissée dans un tasseau de cette paroi dorsale et dont l'extrémité avant est visée dans une pièce solidaire des éléments fixes du haut parleur Cette liaison rigide avec la structure rigide du boîtier élimine tous les bruits générés par le haut parleur en réaction aux efforts engendrés par les déplacements de la membrane, supprime la formation de parasites et améliore la qualité du son restitué. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant deux formes d'exécution de cette enceinte. Figures 1 et 2 sont des vues en élévation, de face et de coté d'une 30 première forme d'exécution de l'enceinte à haut rendement; Figure 3 en est une vue coupe suivant III-III de figure 1; Figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de figure3; Figures 5 et 6 sont des graphiques illustrant les gains apportés par l'invention sur, respectivement, la courbe de réponse de l'enceinte sur l'étendue 35 de sa plage de fréquence et la courbe de réponse à une impulsion; Figures 7 et 8 sont des vues, respectivement de face en élévation et de coté en coupe verticale d'une autre forme d'exécution de l'enceinte. Comme montré aux figures 1 et 2, le boîtier 2 de l'enceinte selon l'invention et contenant le haut parleur 3 pour le registre des graves est disposé à la partie inférieure d'une colonne comprenant une enceinte 4 portant le haut parleur 5 pour le registre des médiums et la structure 6 portant le haut parleur 7 des aigus. Les figures 3 et 4 montrent plus en détail la structure du boîtier 2 et en particulier qu'il est constitué par deux parois 8 et 9, espacées, parallèles et horizontales dans cette forme d'exécution, par une paroi antérieure 10, par une paroi dorsale cintrée 12 et par deux pièces d'angle 13. Chacune de ces pièces 13 est liée par des languettes 14 et 15 avec, d'une part, l'extrémité libre de la branche 12a ou 12b de la paroi dorsale, et, d'autre part, avec la paroi antérieure 10. Suivant une caractéristique importante de l'invention, la paroi dorsale 12, qui a une forme générale en U, présente, sur une distance comprise entre le tiers et les deux tiers de la profondeur du boîtier et comme représenté en T à la figure 3, une forme parabolique symétrique par rapport à son plan médian Pv. De façon connue la parabole est de la forme y = a.x2 et, dans la forme d'exécution représentée, a pour équation Y =0, 018 x2.A la figure 3, les courbes sont inversées, puisque les ordonnées y sont portées sur l'axe définissant le plan Pv mais en allant du haut vers le bas, tandis que les abscisses portant les X ont la valeur zéro (0) sur l'axe définissant le plan Pv. Cette paroi 12, réalisée en contreplaqué souple, est conformée sur une forme modèle garantissant la répétitivité des caractéristiques des courbes paraboliques obtenues. Elle s'étend sur toute la hauteur du boîtier et est fixée par collage sur des plaques de maintien de sa conformation, respectivement, supérieure 16, inférieurel7 et intermédiaire 18. Cette dernière est traversée par de grandes découpesl9 pour ne pas offrir un obstacle à l'air en vibration dans la totalité du volume du boîtier, volume définit en fonction des caractéristiques du haut parleur. La figure 3 montre que le châssis 20 assurant la fixation du haut parleur 3 sur la paroi antérieure10 est également lié rigidement à la partie arrière de la paroi dorsale 12 par une tige axiale filetée 22. Celle-ci se visse d'un coté dans une pièce 23 du châssis et, de l'autre coté, dans un tasseau 24 collé au fond de la parabole dorsale. Cette tige s'oppose à la formation de toute vibration pouvant altérer la qualité du son émis. De façon connue, l'ouverture du haut parleur 3 et toute la face avant du boîtier 2 entre les pièces d'angle 13 est obturée par une nappe textile 11 fixée sur un cadre 11 a. Dans la forme d'exécution des figures 1 à 4, chacune des deux pièces d'angle 13 comporte une ouverture verticale oblongue 25 qui, formant un évent, s'étend sur presque toute sa hauteur, par exemple sur les 3/. Le plan médian longitudinal de chaque ouverture, référencé Pm à la figure 3, est incliné d'un angle a par rapport au plan médian Pv du boîtier. En outre, chaque ouverture 25 débouche à l'extérieur par une partie évasée 25a. Chaque ouverture 25 est associée à une chicane en S désignée de façon générale par 30. Cette chicane est formée par un paroi 32 en contreplaqué souple plié en U, par une plaque de séparation 33, par une pièce de renvoi en forme de tuile 34, par deux parois parallèles extrêmes 35 (visibles figure 4) et par deux cales 36 de positionnement dans le boîtier de l'enceinte. Tous ces éléments sont assemblés entre eux par collage et sont fixés de manière amovible dans le boîtier. L'aile interne de la pièce 32, qui forme le couloir d'entrée E avec la paroi 33, est légèrement cintrée de façon à donner à cette entrée une forme convergente et une direction qui est presque tangente à la paroi parabolique 12. Quant au couloir de sortie S, qui est formé entre l'extrémité de la branche 12a et l'aile externe de la pièce 32, il va en divergeant de façon à ne pas créer de contrepression et à ne pas ralentir le flux d'air, avant son passage par l'évent 25. Enfin, les faces des ailes des deux pièces en U 32 qui se font vis à vis dans le boîtier sont recouvertes par une couche 38 en matériau viscoélastique amortissant et absorbant les éventuelles réverbérations parasites. Tous les éléments du boîtier sont en bois massif ou en contreplaqué, sont assemblés par collage ou visage pour former une structure rigide, pouvant résonner à certaine fréquence pour reproduire le timbre d'un instrument. La figure 4 montre que le boîtier est aussi fixé à une base pesante formée par plusieurs plaques ou panneaux 39. Lorsque le haut parleur fonctionne l'air du boîtier mis en vibration par l'arrière de la membrane et qui vient heurter le fond de la paroi dorsale 12 est réfléchi, non pas vers la membrane, comme c'est le cas dans les boîtiers parallélépipédiques, mais vers les chicanes dont les canaux d'entrée E sont directement dans le prolongement de la paroi parabolique 12. Ainsi, l'air suit un parcours très fluide sans rencontrer un obstacle pouvant le freiner ou modifier sa trajectoire. Par leur forme convergente, les canaux guident le flux vibratoire dans le couloir de chaque chicane qui, par sa grande section, n'exerce qu'un très faible freinage jusqu'à l'évasement du canal de sortie S avant l'évent 25. Grâce à cela, le boîtier contient très peu d'ondes stationnaires risquant de perturber l'émission et l'écoute et la courbe de réponse du boîtier est très proche de celle optimale du haut parleur, comme le montre le graphique de la figure 5. Dans ce graphique la fréquence en Hertz est donnée en abscisses et la variation sonore et donnée en ordonnées et en Décibels acoustiques DbA. La courbe en traits mixtes HP représente la courbe de réponse du haut parleur 3 seul et hors boîtier. La courbe BP en traits interrompus correspond à celle d'un haut parleur disposé dans un boîtier parallélépipédique. Elle présente des variations consécutives à la présence d'ondes stationnaires dans le boîtier pour certaines fréquences. La courbe BC en trait continu est très proche de la courbe propre du haut parleur, ce qui montre que les aménagements de l'invention améliorent la qualité acoustique. Au graphique de figure 6 donnant en abscisses la durée en millisecondes d'une impulsion sonore pour une tension en Volt donnée en ordonnées, la courbe Cl obtenue avec le boîtier de l'invention pour une impulsion à 500 hertz revient rapidement à une valeur nulle, alors que pour la courbe C2 se retour à la valeur nulle s'étend sur une plus grande durée, correspondant à ce qui est appelé un traînage, c'est-à-dire une altération du son émis. Il ressort de ce qui précède que l'enceinte selon l'invention par sa structure t conformation améliore la fluidité des molécules d'air et procure un gain important de la réponse impulsionnelle du haut parleur, avec réponse rapide sur les régimes transitoires, respect des instruments sans ajouter une quelconque coloration, et de manière générale un gain important de la lisibilité du registre grave. Il faut ajouter que l'angle d'ouverture a donné aux évents augmente la zone d'émission qui devient omnidirectionnelle sans aucune altération des sons restitués. Les figures 7 et 8 montrent une autre forme d'exécution dans laquelle les éléments ayant les mêmes formes ou fonctions que précédemment portent la même référence majorée de 100, alors que les éléments nouveaux sont numérotés à partir de la référence 50. Le boîtier 102 se différencie par les points suivants: son plan médian longitudinal Ph, n'est pas vertical mais sensiblement horizontal, de sorte que les parois 108 et 109 sont latérales et verticales - sa paroi antérieure 110 supporte trois hauts parleurs, respectivement grave 103, médium 105 et aigu 107, - le boîtier ne comporte qu'un évent 125 avec chicane en S 130, mais peut en comporter deux, ce boîtier est monté sur un piétement 50 avec possibilité de réglage de son orientation par rapport à l'auditeur, et blocage dans la position choisie par la vis 51. Exceptées ces légères divergences de présentation et d'orientation, ce boîtier comporte les mêmes éléments que celui précédent et apporte les mêmes avantages. REVENDICATIONS 1. Enceinte acoustique à haut rendement comprenant au moins un haut parleur (3) pour le registre des graves dont le châssis (3a) est fixé sur une paroi antérieure (10) délimitant un boîtier (2) avec deux parois horizontales (8, 9), parallèles et espacées, et un paroi dorsale (12) cintrée en forme générale de U, dont les extrémités des branches latérales sont liées aux bords de la paroi antérieure (10), le dit boîtier ayant un volume interne qui, dégagé et défini en rapport avec les caractéristiques du haut parleur, communique avec l'extérieur par au moins un évent (25), caractérisé en ce que la courbe intérieure de la paroi dorsale (12) de l'enceinte est telle que l'onde sonore arrière émise dans le boîtier par la membrane du haut parleur (3) et réfléchie par la dite paroi dorsale ne revient pas dans l'axe du haut parleur, tandis que, d'une part, chaque évent (25) est constitué par une ouverture verticale oblongue ménagée dans une pièce d'angle (13) faisant la liaison entre la paroi antérieure (10) et la branche correspondante (12a, 12b) de la paroi dorsale (12) et, d'autre part, chaque évent (25) s'étend sur la hauteur du boîtier et communique avec une chicane en S (30) dont le canal d'entrée (E) tangente la paroi dorsale (12) et va en convergeant, alors que le canal de sortie (S) se termine en divergeant vers l'évent (25). 2. Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi dorsale (18) est réalisée en contreplaqué souple et est cintrée, sur une forme modèle dont le profil, symétrique par rapport au plan médian (Pv, Ph) de l'enceinte, est parabolique sur une distance (T) comprise entre le tiers et les deux tiers de la profondeur du boîtier (2). 3. Enceinte acoustique à haut rendement selon les revendications 1, et 25 2 caractérisée en ce que la courbe de la paroi parabolique (12) a pour équation: y=0,018x2 4. Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plan médian longitudinal (Pm) de chacune des ouvertures d'évent (25) est incliné vers l'extérieur et d'un angle a par rapport au plan médian (Pv, Ph) de l'enceinte. 5. Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque ouverture d'évent (25) débouche de la pièce d'angle (13) par une partie évasée (25a). 6. Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1, 35 caractérisée en ce que la paroi (32), délimitant le canal d'entrée (E) de chaque évent (25) et qui fait vis-à-vis à la paroi opposée, est recouverte par une couche en matériau viscoélastique (35) amortissant et absorbant les réverbérations parasites. 7 Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1 caractérisée en ce que, en complément de sa fixation sur la paroi antérieure par son armature (20), le haut parleur (3) est lié rigidement à la paroi dorsale (12) par une tige axiale (22) dont l'extrémité arrière est vissée dans un tasseau (24) de cette paroi dorsale et dont l'extrémité avant est visée dans une pièce (23) solidaire des éléments fixes du haut parleur. 8 Enceinte acoustique à haut rendement selon la revendication 1 10 caractérisée en ce que le boîtier (2) est réalisé en bois, et comporte une base pesante formée par un empilage de plaques ou panneaux (39).