Brevet FR3034564A1 — publié le 20161007

-1- DISPOSITIF D'ADAPTATION D'IlVIPEDANCE ACOUSTIQUE ET HAUT-PARLEUR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF Domaine technique L'invention se rattache au domaine de l'acoustique, et plus précisément à celui des haut-parleurs. Elle vise plus spécifiquement une conception particulière de dispositif d'adaptation d'impédance acoustique formant un cornet ou un pavillon disposé à l'arrière d'un haut-parleur. Techniques antérieures De façon générale, les haut-parleurs sont des dispositifs électroacoustiques, qui comportent une membrane mobile qui se déplace en fonction du signal sonore à reproduire. Cette membrane mobile génère une onde de pression en mettant en mouvement la masse d'air situé à l'avant du haut-parleur. Ce faisant, la masse d'air qui est située à l'arrière de la membrane est également mise en mouvement, générant ainsi une onde de pression dans la partie arrière du haut-parleur. Dans certains cas, notamment lors que le haut-parleur est enfermé dans un coffret, cette onde arrière peut être réfléchie vers la face arrière de la membrane et ainsi perturber son comportement vibratoire, cela peut introduire des distorsions indésirables et une modification de la réponse en fréquence. Pour limiter ou annuler ces phénomènes, il est connu de disposer à l'arrière du haut-parleur un dispositif d'adaptation d'impédance acoustique, qui absorbe tout ou partie de l'énergie acoustique générée à l'arrière du haut-parleur. On rappellera ici que l'absorption acoustique obtenue au sein d'un matériau type fibreux, textile, ou mousse à cellules ouvertes, est une transformation de l'énergie acoustique en énergie mécanique due aux interactions entre les molécules d'airs en mouvement et la structure du matériau. Ainsi, plus la vitesse particulaire est élevée, plus l'absorption acoustique sera élevée. C'est la raison pour laquelle toutes les solutions antérieures présentées ci-dessous sont basées sur une réduction de section qui entraine une vitesse plus élevée et ainsi une plus forte absorption acoustique. Différentes solutions ont déjà été proposées, comme celle décrite dans le document US 2 293 181. Ce document décrit un dispositif d'absorption qui se présente sous la forme 3034564 -2- d'un cornet dont la section diminue depuis la zone de connexion au haut-parleur jusqu'à l'extrémité opposée. Cette diminution de section, combinée avec la présence de matériau absorbant, permet de réduire efficacement les réflexions de l'onde arrière vers le haut-parleur. 5 Une solution équivalente a été décrite dans le document US 6 377 006 96, avec un pavillon de forme tronconique. Ce pavillon présente également une section qui décroît en s'éloignant du haut-parleur. Ce pavillon est totalement rempli d'un matériau absorbant fibreux. Le mouvement de l'air situé à l'arrière de la membrane, et à l'intérieur du pavillon 10 provoque des frottements avec le matériau fibreux, et donc une absorption de l'énergie acoustique à l'arrière du haut-parleur. Une variante a été décrite dans le document US 6 700 984, dans laquelle la forme du pavillon présent une section qui est globalement décroissante, mais avec des 15 élargissements et des rétrécissements locaux multiples. L'ensemble de ces solutions présentent donc des cornets dont la section est globalement décroissante en s'éloignant du haut-parleur, ceci afin de bénéficier des avantages d'une vitesse particulaire élevée dans les matériaux absorbants. 20 Ces solutions permettent en effet d'obtenir ainsi des niveaux d'absorption acoustique très élevés, mais ceci parfois au détriment de la linéarité. En effet, l'utilisation simultanée d'une grande vitesse particulaire et d'une haute densité d'absorbant entraine des phénomènes non linéaires liés au comportement viscoélastique des matériaux utilisés. 25 On rappellera ici aussi que l'utilisation d'un matériau absorbant de densité élevée favorise l'absorption acoustique, mais favorise aussi la réflexion d'ondes sonores résiduelles vers la face arrière de la membrane, L'invention décrite ci-dessous propose une solution qui permet de réduire tous ces 30 phénomènes tout en bénéficiant d'un bon niveau d'absorption acoustique. 3034564 -3- Exposé de l'invention Comme décrit précédemment, le postulat de l'étude est basé sur le fait qu'une vitesse particulaire élevée associée à une densité d'absorbant élevée peuvent être sources de 5 phénomènes non linéaires non désirés. L'invention propose donc une solution d'absorption progressive où la vitesse particulaire décroit au fur et à mesure que la densité d'absorbent acoustique augmente. L'invention concerne un dispositif d'adaptation d'impédance acoustique, agencé pour être 10 monté à l'arrière d'un haut-parleur, et comportant une chambre au moins partiellement remplie d'un matériau absorbant. Ce dispositif se caractérise en ce que la section de la chambre est croissante en s'éloignant du haut-parleur. Complémentairement, la densité du matériau absorbant est également 15 croissante en s'éloignant du haut-parleur. Autrement dit, l'invention consiste à utiliser une géométrie de pavillon opposée à celles de l'art antérieur, ceci pour réduire la vitesse particulaire en se rapprochant de l'extrémité du pavillon. Toutefois, grâce à l'invention, la quantité et la densité de matière absorbante 20 remplissant le pavillon augmentent en s'éloignant du haut-parleur, ce qui compense la baisse de vitesse particulaire en termes d'absorption acoustique. En d'autres termes, l'invention consiste à contrôler les phénomènes d'absorption acoustique par la présence d'un absorbant qui est relativement peu dense à proximité 25 immédiate du haut-parleur, et qui se densifie en se rapprochant de l'extrémité opposée. Le Demandeur a constaté que les matériaux absorbants, et en particulier les matériaux fibreux, n'ont pas un comportement acoustique linéaire, à cause de l'effet viscoélastique des fibres. 30 Grâce à la configuration de l'invention, et en particulier la faible densité du matériau absorbant à proximité du haut-parleur, les phénomènes de frottements de l'air à l'entrée du pavillon sont réduits et l'absorption acoustique au sein du pavillon est donc plus progressive. La faible densité du matériau absorbant à proximité de l'entrée du pavillon 3034564 -4- limite les phénomènes de réflexion sonore. L'absorption est toutefois efficacement assurée ensuite par une plus forte densité du matériau absorbant lorsque les ondes acoustiques progressent dans le pavillon. L'élargissement de la section du pavillon permet de diminuer la vitesse d'air dans la zone où le matériau absorbant est plus dense, ce qui 5 limite ainsi les phénomènes non linéaires tout en assurant une absorption satisfaisante. En résumé, la variation progressive et simultanée de la densité d'absorbant et de la vitesse particulaire permet à l'invention de limiter les phénomènes de réflexion, de bénéficier d'un bon niveau d'absorption acoustique et de réduire les non linéarités inhérentes à 10 l'utilisation de matériaux tels que fibreux, textiles et mousses à cellules ouvertes. On constate ainsi une meilleure conservation des performances acoustiques du haut-parleur quel que soit le niveau sonore. Différentes configurations, géométries et conceptions peuvent être envisagées. 15 En fonction du type de haut-parleur utilisé et des performances à atteindre en termes d'absorption, le matériau absorbant peut emplir l'intégralité de la chambre, ou bien encore une partie seulement de cette chambre. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité de la chambre opposée au haut- 20 parleur peut-être soit obturée soit ouverte. Les deux solutions présentent chacune des avantages distincts. La solution ouverte permet une totale absence de réflexion des ondes sonores vers la face arrière de la membrane du haut-parleur, ce qui améliore les performances en termes d'absorption acoustique. On notera toutefois qu'une partie résiduelle de l'onde arrière peut se retrouver à l'extérieur du dispositif, c'est-à-dire 25 l'espace d'écoute, et venir donc se superposer à l'onde avant générée par le haut-parleur, ce qui peut dans certains cas, perturber légèrement la réponse acoustique du dispositif Cet inconvénient peut toutefois être considéré comme marginal au regard des bonnes performances d'absorption acoustique. 30 La solution avec un pavillon fermé assure une totale absence de l'onde arrière dans l'espace d'écoute. Ceci peut constituer un avantage dans certaines configurations, même si la partie résiduelle de l'onde arrière qui ne sera pas totalement absorbée par le dispositif viendra se réfléchir contre la paroi fermée et pourra perturber légèrement le comportement vibratoire de la membrane du haut-parleur. Le choix d'une solution 3034564 -5- ouverte ou fermée se fera donc en fonction d'autres paramètres comme le type de haut-parleur concerné (tweeter, medium, woofer), le type de coffret utilisé, et enfin le type d'enceinte acoustique à réaliser. 5 Concernant les rapports de densité des matériaux absorbants utilisés, on a observé en pratique de bons résultats lorsque le rapport entre les densités maximale et minimale du matériau absorbant est supérieur à cinq. En d'autres termes, la densité en matériau absorbant est cinq fois plus élevée au niveau de l'extrémité du pavillon opposée au haut-parleur, par rapport à la densité du matériau absorbant à l'entrée du pavillon. 10 De même manière, le rapport entre les sections maximale et minimale de la chambre est avantageusement supérieur à cinq. En d'autres termes, la section du pavillon s'élargit d'un rapport supérieur à cinq, entre l'entrée du pavillon du côté du haut-parleur et l'extrémité opposée. Il est à noter que cette augmentation de la section peut se faire dans une ou deux 15 directions, de sorte que l'encombrement global du pavillon n'est pas excessif En pratique, le matériau absorbant est généralement choisi parmi les matériaux fibreux, les textiles et les mousses à cellules ouvertes. 20 Il est possible d'utiliser un matériau qui a été fabriqué avec la progressivité de densité souhaitée. Il est également possible d'utiliser un matériau de densité homogène dont la progressivité est obtenue lors de la fabrication de la chambre elle-même. Dans ce cas, la chambre comporte deux parois entre lesquelles est situé le matériau absorbant, les deux parois présentant des faces externes parallèles, et des faces internes non parallèles. 25 Lorsque le matériau de densité homogène est comprimé entre les deux parois dont les faces externes sont maintenues parallèles, la compression se fait avec une progression qui engendre la variation spatiale de densité souhaitée. L'invention concerne également un ensemble formé d'un haut-parleur et d'un dispositif 30 d'absorption acoustique tel que décrit plus haut. En pratique, pour assurer une variation d'impédance continue, on privilégiera les solutions dans laquelle l'entrée de la chambre présente une section sensiblement égale à la section arrière du haut-parleur. En d'autres termes, la chambre caractéristique se trouve dans le prolongement de l'ouverture de l'arrière du haut-parleur par lequel est expulsé l'air mis en mouvement par la membrane. 3034564 -6- En pratique, l'association du haut-parleur et du pavillon peut inclure un élément additionnel de raccordement, reliant la zone de montage au haut-parleur et la chambre à proprement parler, de manière à ce que la différence de section entre la zone de 5 raccordement et l'entrée de la chambre soit la plus progressive possible, et que l'on évite les échelons de section qui sont des sources de réflexions intempestives. Il est également possible que le haut-parleur soit incorporé dans un caisson, et dans ce cas, la chambre d'absorption est montée sur le caisson. De préférence, la forme du caisson 10 et l'ouverture de la chambre sont choisies pour que la section présentée aux ondes acoustiques soit la plus progressive possible, et limite les phénomènes de réflexion parasites. Description sommaire des figures. 15 La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'un moteur de haut- parleur associé à un dispositif d'adaptation acoustique conforme à l'invention. 20 - la figure 2 est une vue en perspective sommaire du dispositif d'adaptation acoustique de la figure 1 - les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transversale du dispositif de la figure 2, respectivement selon les plans de coupe IV-IV', V-V' ; - les figures 6 et 7 sont des vues en perspective sommaire de variantes de réalisation 25 du dispositif d'adaptation acoustique - les figures 8 et 9 sont des vues en perspective sommaire montrant les différents éléments constitutifs d'une variante de réalisation du dispositif d'adaptation acoustique, respectivement avant et après assemblage ; - les figures 10, 11 et 12 sont des vues en coupe longitudinale de trois variantes de 30 réalisation d'un haut-parleur équipé d'un dispositif d'adaptation acoustique conforme à l'invention. 3034564 -7- Description détaillée Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif d'adaptation d'impédance acoustique, qui est destiné à être implanté à l'arrière d'un haut-parleur. Différentes configurations peuvent être envisagées, en particulier celle illustrée à la figure 1. 5 Le système illustré à la figure 1 comporte un haut-parleur 1 qui de façon simplifiée comporte une membrane 2 mobile par rapport à un saladier 6, par l'intermédiaire de la suspension 7. La membrane 2 comporte en son centre un cylindre 4 sur lequel est monté un bobinage 3 parcouru par un courant représentatif du signal sonore à reproduire. Ce 10 bobinage 3 baigne dans un champ magnétique généré par le moteur magnétique 5. Ce moteur magnétique présente une ouverture 8 orientée vers l'arrière, de sorte que le volume 9 situé à l'arrière de la membrane 2 communique avec l'extérieur du haut-parleur. Au niveau de cette ouverture 8, on note la présence du dispositif d'adaptation 15 d'impédance 10. Ce dispositif comporte un pavillon 11 dont l'extrémité de moindre section 12 et reliée à l'ouverture 8 de l'arrière du haut-parleur 1. Conformément à l'invention, la section de l'ouverture 12 située du côté du haut-parleur 1 est inférieure à la section au niveau de l'extrémité opposée 13. Dans la forme illustrée, l'extrémité 13 est ouverte, mais il est possible qu'elle soit obturée, empêchant ainsi toute sortie d'air. 20 Conformément à l'invention, le volume intérieur du pavillon 11 est rempli d'un matériau absorbant 14, pouvant être un matériau fibreux, à base par exemple de fibres de verre de fibres synthétiques, ou bien encore à base d'une mousse à cellules ouvertes, ou de manière plus générale tout matériau constitué de particules élémentaires susceptibles de se 25 déplacer sous l'effet de la circulation de l'air engendrée par le mouvement de la membrane, et ce faisant d'absorber une partie de cette énergie acoustique. Dans la forme illustrée, le matériau de remplissage 14 n'occupe qu'une fraction du pavillon, maintenant vide une fraction 16 de l'entrée du pavillon. Cette région 16 forme 30 ainsi un prolongement du volume arrière du haut-parleur, limitant ainsi la compression, et facilitant le fonctionnement du haut-parleur dans les basses fréquences. Dans d'autres modes de réalisation, le matériau absorbant peut aussi remplir l'intégralité du volume du pavillon. 3034564 -8- Selon une caractéristique de l'invention, le matériau de remplissage est mis en place à l'intérieur du pavillon de telle sorte que sa densité s'accroît en se dirigeant depuis l'extrémité 12 à proximité du haut-parleur, en direction de l'extrémité 13 opposée. De la sorte, l'effet d'amortissement est progressif, et l'impact du matériau absorbant sur les 5 ondes acoustiques au début du pavillon est moindre qu'il ne l'est à proximité de l'extrémité opposée 13. De manière préférée, le matériau amortissant 14 est un matériau homogène en matière, qui subit une compression progressive jusqu'à l'extrémité 13 du pavillon. Toutefois, il est 10 envisageable dans certaines variantes d'utiliser plusieurs matériaux différents, présentant donc des densités croissantes, ou plus généralement des capacités d'absorption graduelle, qui sont agencés par couche superposées à l'intérieur du pavillon. La figure 2 illustre une configuration de la forme du pavillon 14. Plus précisément, ce 15 pavillon présente une section transversale rectangulaire, dont la largeur w et la hauteur h varient entre l'extrémité 12 qui sera reliée à l'arrière du haut-parleur et l'extrémité libre 13. On note comme illustré aux figure 3, 4 et 5, que la largeur w de cette section augmente en s'éloignant du haut-parleur (w3 h4>h5). Cette hauteur diminue moins rapidement que n'augmente la largeur, de telle sorte que la section globale (w x h) augmente en s'éloignant du haut-parleur. Différentes lois de croissance peuvent être envisagées pour les différents paramètres permettant d'obtenir la progression souhaitée de la section. Ainsi, comme illustré à la 25 figure 6, la largeur et la hauteur peuvent respectivement croître et décroître de façon linéaire. De la sorte, les flancs latéraux 21,22 du pavillon présentent une géométrie sensiblement plane, à comparer avec la géométrie concave, avec une courbure orientée vers l'extérieur pour les parois latérales 18, 19 du pavillon de la figure 2, qui présentent une croissance de la section de type exponentielle ou analogue. 30 A l'inverse, comme illustré à la figure 7, le pavillon peut avoir une forme telle que ses parois latérales présentent une convexité, c'est-à-dire une courte courbure orientée vers l'intérieur, correspondant à une croissance des paramètres de type logarithmique, parabolique ou analogue. 3034564 -9- La progressivité de la densité du matériau absorbant inséré à l'intérieur du pavillon peut être obtenue de différentes manières, et en particulier tel qu'illustré aux figures 8 et 9. Dans ce cas, les faces principales 30,31 du pavillon sont assemblées autour d'une couche 5 d'épaisseur homogène d'un matériau absorbant 32. Plus précisément, une des parois, par exemple la paroi supérieure 30 présente une épaisseur variable, du fait que ses faces supérieure 35 et inférieure 36 ne sont pas parallèles. Plus précisément, cette épaisseur croît entre la face arrière 37 destinée à venir au contact du haut-parleur et la face 38 située à l'opposé du haut-parleur. 10 La paroi opposée 31 présente quant à elle une épaisseur constante, de telle sorte que sa face supérieure 39 et la face inférieure 36 de l'autre paroi 30, définissent un volume de section croissante en s'éloignant du haut-parleur. La couche 32 est réalisée en un matériau homogène, lorsque les deux parois 30,31 sont rapprochées, en maintenant leurs faces 15 externes parallèles, la couche intermédiaire 32 est alors comprimée de manière plus importante dans la zone destinée à être la plus éloignée du haut-parleur. La loi de variation de la densité du matériau absorbant peut être déterminée en fonction des performances souhaitées, en accord avec la variation de la section du pavillon. Cette 20 compression peut ainsi être linéaire, exponentielle, ou à l'inverse logarithmique. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'adaptation d'impédance acoustique peut-être reliée au haut-parleur soit directement comme illustré à la figure 1, soit par l'intermédiaire d'un volume supplémentaire, qui comme illustré à la figure 10 peut être 25 formé par un élément additionnel 50, de forme tronconique, dont la section d'entrée 52 correspond à la section de l'ouverture 53 située à l'arrière du haut-parleur 1, et dont la section de sortie 54 correspond à celle de l'entrée 55 de la chambre 10. De la sorte, la progressivité de la section de la chambre est en quelque sorte prolongée par celle de l'élément additionnel. Bien entendu, les formes et les dimensions de cet élément 30 additionnel peuvent varier en fonction des géométries du haut-parleur et de la chambre. Bien entendu, la forme de cette portion tubulaire peut être variable, en fonction des régions raccordées, et peut épouser une forme tronconique ou plus généralement évasée dans un sens ou dans l'autre. Cette pièce de raccordement 50 peut aussi présenter des 3034564 10- sections de géométries différentes entre son entrée et sa sortie. Il peut en particulier s'agir du cas où le haut-parleur présente une ouverture de décompression circulaire, et le dispositif d'adaptation acoustique possède une section d'entrée rectangulaire. 5 II est également possible que le dispositif d'adaptation d'impédance soit relié non pas directement sur l'ouverture arrière du moteur magnétique, mais à une ouverture formée dans l'arrière d'un caisson recevant le haut-parleur. Ainsi, comme illustré à la figure 11, le haut-parleur 1 est monté à l'intérieur d'un 10 caisson 60. Ce caisson 60 possède une ouverture 62 au niveau de laquelle est fixé le saladier 56 du haut-parleur 1. Le caisson présente une paroi 64 de section sensiblement constante, par exemple rectangulaire ou cylindrique autour du haut-parleur. La paroi arrière 66 du caisson 60 possède une ouverture 61 de dimensions sensiblement égales à celles de l'extrémité 69 du pavillon 10. Ce type de montage est particulièrement adapté 15 pour les haut-parleurs dont le saladier 56 est ajouré, de sorte que le volume d'air situé à l'arrière de la membrane 2 communique avec l'extérieur du haut-parleur non seulement par l'ouverture 8 de décompression du moteur magnétique, mais également par les évidements 57 du saladier 56. Dans ce cas, les ondes acoustiques générées par le mouvement de la membrane et qui se propagent à l'arrière de celle-ci sont confinées à 20 l'intérieur du caisson 60, et atteignent le pavillon caractéristique 10. Une variante de réalisation illustrée à la figure 12 est composée d'un caisson 70, dont l'ouverture 72 reçoit le saladier ajouré 56 du haut-parleur 1. La paroi principale 74 du caisson 70 est de forme tronconique, et se termine à l'arrière, par une ouverture 71. Cette 25 ouverture 71 présente également des dimensions adaptées au raccordement d'un dispositif d'adaptation acoustique 10. La forme tronconique du caisson 70 permet d'avoir une progressivité de la section vue par les ondes acoustiques, avec une influence positive sur les phénomènes de réflexion. Bien entendu, la paroi principale du caisson peut adopter d'autres formes diverses. On peut envisager une forme de section sensiblement constante, 30 par exemple cylindrique ou parallélépipédique, avec un pavillon caractéristique dont l'ouverture est de géométrie adaptée, et peut notamment présenter une section analogue à celle du caisson. 3034564 11- Il est évident que l'invention peut également s'appliquer aux haut-parleurs qui présentent un moteur magnétique qui n'est pas percé en son centre, et dans lequel l'air présent à l'arrière de la membrane s'écoule uniquement à travers les ouvertures formées dans le saladier. 5 Il ressort de ce qui précède que le dispositif d'adaptation d'impédance conforme à l'invention présente l'avantage d'assurer une quasi-absence de réflexion des ondes sonores sur l'arrière de la membrane du haut-parleur ceci tout en réduisant les non linéarités inhérentes à l'utilisation habituelle de matériaux absorbants de forte densité. En effet, la 10 progression de l'effet absorbant par la densité croissante du matériau de remplissage fait que la vitesse des particules de l'air entrant en contact avec ce matériau absorbant est moindre que dans l'art antérieur. Les améliorations obtenues se traduisent notamment par une réduction de la distorsion et 15 une meilleure conservation des performances acoustiques du haut-parleur quel que soit le niveau sonore. REVENDICATIONS1. Dispositif d'adaptation d'impédance acoustique (10), agencé pour être monté à l'arrière d'un haut-parleur (1), comportant une chambre (11) au moins partiellement remplie d'un 5 matériau absorbant (14), caractérisé en ce que : - la section de la chambre (11) est croissante en s'éloignant du haut-parleur (1); - la densité du matériau absorbant (14) est croissante en s'éloignant du haut-parleur (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau absorbant remplit 10 l'intégralité de la chambre (11). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ce que le matériau absorbant (14) remplit une partie seulement de la chambre. 15 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la chambre opposée au haut-parleur est obturée. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (13) de la chambre opposée au haut-parleur est ouverte. 20 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre les densités maximale et minimale du matériau absorbant (14) est supérieur à cinq. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre les sections 25 maximale et minimale de la chambre (11) est supérieur à cinq. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau absorbant (14) est choisi dans le groupe comprenant les matériaux fibreux, les mousses à cellules ouvertes. 30 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux parois entre lesquelles est situé le matériau absorbant, les deux parois présentant des faces externes parallèles, et des faces internes non parallèles. 3034564 13- 10. Ensemble formé d'un haut-parleur et un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de raccordement (50) reliant le haut-parleur (1) et la chambre (11). 11. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'entrée de la chambre (11) présente une section sensiblement égale à la section arrière du haut-parleur.