Brevet FR2943880A1 — publié le 20101001

PANNEAU ACOUSTIQUE DESTINE A RECEVOIR, EMETTRE OU ABSORBER DES SONS La présente invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre, à recevoir des sons ou à ou absorber des sons. Généralement, on entend par panneau acoustique soit une enceinte acoustique comprenant un haut parleur et qui fournit des sons à partir d'un signal électrique, soit un parement, tel qu'un parement mural, destiné à réduire de façon passive les bruits environnants. Une telle enceinte acoustique peut se présenter sous diverses formes et à divers prix, selon la qualité du son émis par le haut parleur. En particulier, pour obtenir une enceinte acoustique de haut de gamme, il a été développé des systèmes de membranes vibratoires constituées de matériaux composites, qui présentent un coût de réalisation élevé, à la fois du fait de leur agencement et de la nature des matériaux employés, et de leur technologie, telle que basée sur l'utilisation d'enceintes électrostatiques. D'un autre côté, un parement d'absorption des sons est généralement utilisé dans 15 la réduction de bruits dans un bâtiment ou un véhicule. Il est donc besoin d'un panneau acoustique permettant plusieurs modes de fonctionnement, c'est-à-dire capable d'émettre, de recevoir des sons ou d'absorber des sons. C'est le but de la présente invention que de remédier aux inconvénients précités 20 en proposant une architecture de panneau acoustique qui permette un fonctionnement � triade �, soit absorbeur de sons, soit récepteur de sons, soit générateur de sons, et qui, dans ce mode d'émission de sons, constitue un haut parleur de grande qualité acoustique tout en étant de conception simple et économique. A cet effet, l'invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne, ledit espace interne comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité, au moins un élément apte à se déformer, des moyens d'exercice d'un effort sur ledit au moins un élément de déformation, et des moyens de liaison dudit au moins un élément à une face de l'une desdites parois, lesdits au moins un élément de déformation, moyens de liaison et face délimitant une chambre. L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre un panneau acoustique tel que décrit précédemment et comprenant au moins un élément piézoélectrique, et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en tension. L'invention sera décrite maintenant plus en détail en référence aux figures annexées données uniquement à titre d'exemple et dans lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un panneau acoustique conforme à l'invention, - la figure 2 est une représentation du panneau acoustique selon plusieurs variantes de forme, et - la figure 3 est une représentation de l'évolution de la réponse en fréquence du panneau acoustique (exprimé en dB) de la figure 1 en mode haut-parleur, en fonction de la fréquence (exprimée en Hz). Sur les figures, on a référencé en 10 un panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, comprenant deux parois 12, 14, disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne 16. L'espace interne 16 comprend au moins 50% d'air et est muni d'au moins une cavité 18. Le panneau acoustique 10 comprend également au moins un élément 20 apte à se déformer, des moyens 22 d'exercice d'un effort sur ledit élément de déformation et des moyens de liaison 24 dudit élément à une face extérieure 26 de la paroi 12. Une chambre 28 est délimitée par le au moins un élément de déformation 20, les moyens de liaison 24 et la face 26 de la paroi 12. Selon un mode de réalisation, le au moins un élément de déformation 20 est une membrane 30 d'un organe de transduction électromécanique. L'organe de transduction électromécanique est de préférence un élément piézoélectrique, mais tout convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique et inversement est également adapté à la réalisation de la présente invention. Cet élément piézoélectrique est avantageusement adapté pour fonctionner dans une plage de fréquences comprises entre 20Hz et 25000Hz. Selon le mode de réalisation visible à la figure 1, les moyens de liaison 24 de la membrane 30 à la face 26 se présentent de la forme d'un bord 34 périphérique de la membrane 30 et solidarisé par exemple par collage à la face extérieure 26. Selon un mode de réalisation, les moyens 22 exercent une force F de contre réaction et sont disposés en contact de la membrane 30 d'un côté 31a extérieur, opposé à la chambre 28, ou au contraire d'un côté 31b intérieur, dans la chambre 28. Selon une variante non représentée, la chambre 28 peut être disposée dans l'espace interne 16, et les moyens de liaison 24 relient la membrane 30 à la face interne 33 de la paroi 12. Les moyens 22, solidaires de la membrane 30, sont également disposés dans l'espace interne 16. Les moyens 22 peuvent se présenter sous diverses formes. Il peut s'agir, comme représenté à la figure 1, d'au moins une masse 38, auquel cas la force F exercée est égale à my , où y est l'accélération de la masse. Ils peuvent aussi se présenter comme un système de masse-ressort accordé pour les basses fréquences et qui permet de réduire l'emballement de l'élément piézoélectrique à une forte impulsion électrique. En effet, à basses fréquences, une grande partie de la paroi 12 rayonne l'énergie mécanique et est en vibration. La présence de la masse permet alors d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations du panneau 10. Selon une variante, la masse 38 est une bille métallique, rapportée sur le centre de la membrane 30 par l'intermédiaire d'une colle, préférentiellement de type élastomère comme du néoprène ou du butyle. La présence de la colle entre la masse 38 et la membrane 30 implique que la liaison entre la masse 38 et la membrane 30 est élastique et amortie. L'appui entre la masse 38 et la membrane 30 étant ponctuel et central, il permet une déformation contrôlée de la membrane 30, ce qui contribue à une grande qualité sonore du panneau acoustique. Selon une autre variante, la membrane 30 porte deux masses 38 disposées de sorte que les effets de déformation soient symétrisés, assurant une grande 15 qualité du son émis par le panneau acoustique. Les moyens 22 peuvent également se présenter sous la forme d'un élément viscoélastique ou d'un ressort suffisamment rigide lié à un élément plus lourd. Les parois 12 et 14 sont préférentiellement constituées à partir d'un matériau léger et rigide, tel que du plastique, du polycarbonate, du carton ou encore du 20 polystyrène expansé. L'intérêt de ces types de matériaux est qu'ils sont économiques à utiliser en comparaison notamment des matériaux composites employés généralement pour un haut parleur haut de gamme. Le panneau acoustique 10 peut être monolithique et constitué par exemple d'une feuille de carton ou d'une tranche de polystyrène expansé. Il est également possible que 25 les parois 12 et 14 forment deux couches d'un tricouche réalisé par les deux parois 12, 14 et l'espace interne 16 rempli d'un matériau absorbant, tel que de la mousse. Le panneau acoustique peut être rempli au moins partiellement par un matériau absorbant, tel que de la mousse, qui apporte alors à l'espace interne 20 une multitude de cavités 18, tel que schématisées sur la figure 1. Le matériau de remplissage est avantageusement léger et comprend des alvéoles, tel que le carton alvéolaire. Le panneau acoustique 10 peut prendre diverses formes représentées à la figure 2. Il peut s'agir d'un panneau parallélépipédique, comme pour les panneaux 10-1 et 10-2, ou courbé, comme pour les panneaux 10-3 et 10-4, ou encore cylindrique, comme pour le panneau 10-5. Le panneau acoustique 10 peut également être une sphère. Le panneau 10 peut comprendre un évidement, même de dimension supérieure à 20% de la surface totale du panneau acoustique. Le panneau acoustique peut être extrêmement plat, comme représenté en 10-1, ou au contraire très épais, voir le panneau 10-5. On note que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation de la figure 1, et, en particulier, le nombre d'éléments piézoélectriques et de membranes 30, ainsi que leur répartition dans le panneau 10 dépendent de nombreux paramètres tels que la nature, les dimensions et le nombre de feuilles de matériau, et de la présence ou non de cavités. En particulier lorsque le panneau 10 comprend plusieurs éléments piézoélectriques, est privilégiée l'excitation d'un maximum de modes propres de la paroi vibratoire, au contraire de ce qui est connu dans l'état de la technique de la conception d'un haut parleur. Cette excitation de modes propres permet d'obtenir des basses fréquences, réduit la possibilité d'interférences entre ondes acoustiques qui détériorent la qualité sonore du panneau acoustique et permet d'exciter d'autres modes propres qui ne seraient pas excités par un seul élément piézoélectrique. On note que les divers éléments piézoélectriques utilisés ne sont pas nécessairement en phase. Par exemple, un effet de spatialisation peut être obtenu à l'aide de deux piézoélectriques déphasés. On note également que lorsque plusieurs éléments piézoélectriques sont montés 5 suivant un réseau déterminé, il est possible de focaliser les ondes acoustiques émises. Le panneau acoustique 10 peut fonctionner selon trois modes différents, soit en émettant, soit en recevant des sons, soit en absorbant des sons. Le premier mode de fonctionnement est le mode absorption acoustique selon 10 lequel le matériau absorbant du panneau acoustique permet de diminuer le niveau sonore. Ce mode de fonctionnement peut être totalement passif et permanent, ou encore actif en émettant un son en opposition de phase avec celui lui arrivant dessus. Le deuxième mode de fonctionnement est acoustiquement actif permettant de 15 générer des émissions sonores. Dans ce mode de fonctionnement, le panneau acoustique est utilisé en tant que haut parleur : un signal sonore est généré par un ordinateur, une clé MP3, ou un baladeur par exemple, puis est envoyé numériquement par réseau ou analogiquement à l'élément piézoélectrique en ayant été au préalable amplifié. L'élément piézoélectrique convertit cette 20 énergie électrique en énergie mécanique, ce qui met la membrane 30 en vibration, et les vibrations sont transmises à la paroi 12 par l'air de la chambre 28 puis à tout le panneau 10 par l'intermédiaire de la au moins une cavité interne 18 qui entre en résonance, et par l'intermédiaire des moyens de liaison 24 qui conduisent les vibrations de la membrane 30 vers la paroi 12. La présence de la 25 masse 38 permet d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations. Des ondes acoustiques sont alors émises. L'élément piézoélectrique est alimenté par une alimentation en tension, par exemple à �20 V du fait de l'impédance élevée des piézoélectriques utilisés. Ainsi, selon ce mode de fonctionnement d'émission acoustique, il est possible notamment possible d'émettre des bruits de masquage, des sons ambiants ou de créer une atmosphère musicale ou de diffuser des informations. Ce mode de fonctionnement correspond à celui d'un haut-parleur dont les caractéristiques acoustiques sont particulièrement performantes, comme visible à la figure 3. La courbe à la figure 3 est obtenue sans filtrage actif ou passif. On constate ainsi qu'en l'absence de tout filtrage la bande passante à -6dB s'étend sur une large bande de fréquence, de 100 Hz à 20000 Hz, garantissant une très grande qualité sonore du panneau 10. Le troisième mode de fonctionnement est celui de récepteur acoustiquement actif. En effet, les bruits ambiants mettent le panneau 10 en vibration et il est possible de capter un signal par l'élément piézoélectrique. Ce signal est très faible mais peut être à son tour amplifié par un amplificateur intégré ou déporté. Dans ce cas, il est possible d'assurer la surveillance d'un lieu inoccupé, la détection d'intrusions dans des lieux fermés par exemple. L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre au moins un panneau acoustique 10 muni d'au moins un élément piézoélectrique, et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en tension. Le panneau acoustique selon la présente invention est de conception simple et économique, notamment grâce à l'usage de carton ou de polystyrène expansé, tout en présentant des propriétés acoustiques remarquables. De plus, il peut être d'une épaisseur de seulement quelques millimètres, et de ce fait adapté à de nombreuses applications. Il peut par exemple être intégré à du mobilier, notamment design, tel qu'une commode ou un abat-jour de lampe. REVENDICATIONS1. Panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois (12, 14) disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne (16), ledit espace interne (16) comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité (16), au moins un élément (20) apte à se déformer, des moyens (22) d'exercice d'un effort sur ledit au moins un élément de déformation (20), et des moyens de liaison (24) dudit au moins un élément à une face (26) de l'une desdites parois (12, 14), lesdits au moins un élément de déformation (20), moyens de liaison (24) et face (26) délimitant une chambre (28). 2. Panneau acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le au moins un élément de déformation (20) est une membrane (30) d'un organe de transduction électromécanique. 3. Panneau acoustique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe de transduction électromécanique est un élément piézoélectrique 15 adapté à des fréquences comprises entre 20Hz et 25000Hz. 4. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois sont constituées à base d'un matériau choisi parmi le carton, le polystyrène, le plastique, ou le polycarbonate. 5. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que les moyens (22) d'exercice d'un effort comprennent au moins une masse (38) rapportée à l'élément de déformation (20). 6. Panneau acoustique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une masse (38) est une sphère collée au centre de la membrane (30) de l'organe de transduction électromécanique. 7. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace interne (18) est au moins partiellement rempli d'un matériau absorbant tel que de la mousse. 8. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications 3 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments piézoélectriques réglés pour être déphasés de sorte à induire un effet de spatialisation. 9. Dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre un panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique 10 en tension.