Brevet FR3065108A1 — publié le 20181012

DISPOSITIF ACOUSTIQUE POUR INSTRUMENT DE PERCUSSION MEMBRANOPHONE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine acoustique des instruments de musique, en particulier des instruments de percussion membranophones et ci-après « instrument membranophone » par concision. Les instruments membranophones comprennent les instruments dits simple peau, tels que par exemple certains tambours, tom-tom et timbales, et les instruments dits double peau tels que par exemple les caisses claires ou les grosses caisses. Un instrument membranophone comprend un fût dont la nature du matériau constitutif est variable, par exemple en bois, en aluminium, en acier ou en divers alliages à base de cuivre, etc. Globalement, un fût présente une forme de cylindre circulaire droit qui présente une base inférieure et une base supérieure. Pour un instrument membranophone simple peau, une peau, appelée peau de frappe, est tendue sur la base supérieure. Pour un instrument membranophone double peau, une peau, appelée peau de résonance ou peau inférieure, est tendue en outre sur la base inférieure. Une caisse claire est munie en outre d'un timbre vibrant sur la peau de résonance. Les caractéristiques sonores d'un instrument membranophone dépendent notamment de la nature du matériau utilisé pour le fût, des dimensions de celui-ci ainsi que de la tension de la peau ou des peaux. Aujourd'hui, les instruments membranophones font l'objet d'attentions particulières dans plusieurs contextes musicaux tant leur timbre contribue particulièrement à l'effet musical recherché, c'est-à-dire la « couleur » ou la « chaleur » du son, qui se caractérise par son timbre, c'est-à-dire l'assemblage de fréquences du son généré par la peau de frappe lorsque celle-ci est frappée. 3065108 2 Pour générer un timbre particulier, les instrumentistes sont obligés d'avoir plusieurs modèles d'instruments membranophones dont les dimensions des fûts et le choix de la tension des membranes diffèrent, chaque instrument membranophone présentant un timbre particulier. 5 C'est-à-dire qu'une fois la nature du matériau du fût et les dimensions du fût déterminé, le timbre d'un instrument membranophone ne peut être modifié qu'en fonction de la tension de la peau, ou des peaux. La physique de l'acoustique des instruments membranophones est encore relativement 10 peu développée. Toutefois, il est clair qu'un instrument membranophone double peau présente une cavité de résonance entre ses deux peaux, qu'il existe un couplage entre cette cavité et les peaux, et que les vibrations des membranes se trouvent grandement modifiées (toutes choses étant égales par ailleurs : nature du matériau constitutif et tension), par les caractéristiques de la cavité à laquelle elles sont couplées. 15 Différents acteurs du domaine on créé des fûts présentant un "évent de décompression", percé dans le fût. Sa présence est présentée par le besoin d'égaliser les pressions quasi statiques à l'intérieur et à l'extérieur du fût lors de la déformation de la membrane, son rôle exact sur le son produit reste en réalité méconnu et peu étudié. Ainsi de nombreuses formes 20 ont été réalisées mais le rôle d'un tel évent reste essentiellement esthétique et commercial. Dans ce contexte, la présente invention vise à proposer une forme fonctionnelle spécifique aux instruments membranophones. 25 RESUME DE L'INVENTION Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses objets, un dispositif acoustique pour instrument de percussion membranophone. 30 Il est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (10) présentant un axe d'élongation (Y-Y) et comprenant un premier membre (7_SUP) et un deuxième membre (7_INF) solidaires l'un de l'autre, En ce que le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) : - présentent chacun une symétrie radiale par rapport audit axe d'élongation (Y-Y) et 35 présentent un diamètre interne (R1) et un diamètre externe (R2), - sont disposés en vis-à-vis l'un de l'autre par rapport à un plan médiateur (X-X) perpendiculaire à l'axe d'élongation (Y-Y), et sont distants l'un de l'autre selon un écartement prédéterminé, de sorte à créer un évent radial, 3065108 3 - présentent chacun une extrémité évasée, telle que dans un plan perpendiculaire au plan médiateur (X-X) et passant par l'axe d'élongation (Y-Y), le membre supérieur (7_SUP) et le membre inférieur (7_INF) présentent chacun une forme de lèvre telle que l'épaisseur (E SUP ; E INF) de chaque membre (7_SUP ; 7_INF) au droit du diamètre interne (R1) est supérieure à 5 l'épaisseur de chaque membre (7_SUP ; 7_INF) au droit du diamètre externe (R2) ; de sorte que ledit évent se présente sous la forme d'un pavillon acoustique à symétrie radiale par rapport audit axe d'élongation (Y-Y). De préférence, le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) sont 10 identiques entre eux et symétriques l'un de l'autre par rapport médiateur (X-X). De préférence, le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) présentent une courbure (C SUP ; C INF) arrondie respective entre le diamètre interne (R1) et le diamètre externe (R2) dont la forme est prédéterminée en fonction d'un modèle de référence, ledit 15 modèle comprenant une distribution spatiale du son à l'extérieur dudit châssis. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne un instrument membranophone comprenant un dispositif selon l'invention. 20 De préférence, l'instrument comprend un premier fût présentant un axe d'élongation confondu avec l'axe d'élongation (Y-Y) du châssis, et solidaire de l'un parmi le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7 INF). On peut prévoir en outre un deuxième fût présentant un axe d'élongation confondu avec 25 l'axe d'élongation (Y-Y) du châssis (10), et solidaire de l'autre parmi le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7 INF). En particulier on peut prévoir que l'instrument comprend une caisse claire, comprenant en outre un déclencheur de timbre et une butée, solidaires du châssis (10). 30 On peut aussi prévoir que le châssis (10) comprend un accastillage (8) de support de tom ou de cymbale, ou de pied de grosse caisse (9) Comme décrit ultérieurement, la présente invention permet un rôle d'adaptation 35 acoustique d'impédance en utilisant un évent en forme de pavillon à symétrie radiale. 3065108 4 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées. 5 DESCRIPTIF DES DESSINS la figure 1 illustre un mode de réalisation du dispositif acoustique selon l'invention, la figure 2 illustre une coupe transversale partielle du dispositif acoustique selon la figure 1, 10 la figure 3 illustre un mode de réalisation du dispositif acoustique selon l'invention, la figure 4 illustre un mode de réalisation d'un élément de batterie comprenant une dispositif acoustique selon l'invention, la figure 5 illustre une vue de dessus d'un membre supérieur selon l'invention, la figure 6A et la figure 6B illustrent le résultat d'essais acoustiques avec une caisse claire 15 équipée d'un mode de réalisation d'un dispositif acoustique selon l'invention, et la figure 7 illustre une coupe transversale d'un mode de réalisation d'un dispositif acoustique selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Dispositif acoustique Un mode de réalisation du dispositif acoustique selon l'invention est illustré en figure 1, en l'espèce monté sur une caisse claire. Le dispositif acoustique selon l'invention présente un axe d'élongation Y-Y et une symétrie radiale par rapport audit axe d'élongation Y-Y ; il est axisymétrique par rapport à l'axe d'élongation Y-Y. 30 Le dispositif acoustique selon l'invention se présente sous la forme d'un châssis 10 qui se présente sous la forme d'un solide géométrique courbé selon un cercle, refermé sur lui-même à l'instar d'un tore, et comprenant deux membres, de préférence identiques, disposés en vis-à-vis l'un de l'autre, solidaires l'un de l'autre, et distants l'un de l'autre d'un écartement - ou section initiale SI - prédéterminé, de sorte à créer un évent radial. 35 20 25 Pour simplifier la présente description, par convention on appelle par premier membre ou « membre supérieur » le membre proche de la peau de frappe ; et par deuxième membre ou 3065108 5 « membre inférieur » le membre opposé, c'est-à-dire le membre proche de la peau de résonnance dans le cas d'un instrument membranophone double peau. Le membre supérieur et le membre inférieur sont de préférence identiques et symétriques 5 l'un de l'autre par rapport à un plan de symétrie X-X, ou plan médiateur, perpendiculaire à l'axe d'élongation Y-Y et parallèle au plan de la peau de frappe de l'instrument membranophone pour lequel le dispositif est destiné. Le dispositif selon l'invention présente donc une symétrie orthogonale par rapport au plan médiateur X-X. 10 Le membre supérieur et le membre inférieur présentent une même face intérieure cylindrique, de préférence de diamètre interne R1 égal à celui du fût de l'instrument membranophone pour lequel le dispositif est destiné. Comme illustré figure 7, le membre supérieur 7_SUP et le membre inférieur 7_INF 15 présentent une épaisseur E_SUP et E INF respective, de préférence égale. Ils présentent chacun une extrémité évasée, grisée sur la figure 7, opposée à la face intérieure dans le plan médiateur X-X, de diamètre externe R2 supérieur à R1, et de courbure arrondie respective C_SUP et C_INF. 20 Ainsi, en coupe transversale, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire au plan médiateur X-X et passant par l'axe d'élongation Y-Y, le membre supérieur 7_SUP et le membre inférieur 7_INF présentent une forme de lèvres qui créent un pavillon acoustique à symétrie radiale. La valeur de l'écartement entre les deux membres 7 SUP, 7_INF détermine la section 25 initiale SI. Le profil des deux membres détermine la loi de progression de la section de passage entre la section initiale SI et la section extérieure SE, qui dépend de l'épaisseur E_SUP et E INF respective des deux membres 7 SUP, 7_INF. La valeur de la section initiale SI et le profil des deux membres 7 SUP, 7 INF, c'est-à- 30 dire les courbures respectives C_SUP et C INF, déterminent les caractéristiques acoustiques du pavillon acoustique ainsi constitué. Comme le pavillon présente une symétrie radiale, il présente avantageusement les mêmes caractéristiques acoustiques dans toutes les directions radiales, son positionnement 35 dans le fût permettant en outre lui aussi le contrôle de l'acoustique résultante de l'instrument membranophone. 3065108 6 Le membre supérieur et le membre inférieur sont solidaires l'un de l'autre par un ensemble de montants - ou entretoises - non illustrés, en l'espèce qui présentent une face intérieure confondue avec la face intérieure du dispositif. 5 Le membre supérieur et le membre inférieur sont distants l'un de l'autre grâce à l'ensemble de montants, tous de même dimension le long de l'axe d'élongation Y-Y est choisie en fonction de l'effet acoustique désiré, de sorte que la distance séparant le membre supérieur et le membre inférieur est constante et que les lèvres créent ainsi un évent radial axisymétrique sur tout le périmètre du dispositif acoustique. 10 Instrument membranophone L'invention concerne également un instrument membranophone comprenant un dispositif acoustique selon l'invention. 15 Dans ce cas, on prévoit que le membre supérieur est solidaire d'un fût. Par convention, ledit fût est appelé fût supérieur. Par exemple le fût supérieur comprend une peau de frappe. De préférence, on prévoit que le membre inférieur est solidaire d'un fût. Par convention, 20 ledit fût est appelé fût inférieur. Par exemple, on prévoit que le fût inférieur comprend une peau de résonance. L'instrument membranophone comprend donc avantageusement au moins une peau, et peut être double peau. L'instrument membranophone accueille ainsi avantageusement deux fûts indépendants, un de chaque coté du châssis, permettant un réglage du timbre de l'instrument ainsi construit en assemblant à l'envie des fûts de différentes natures et dimensions afin de créer autant de timbres différents. Avantageusement, le châssis reprend l'ensemble des accastillages d'un fût selon l'art antérieur et peut ainsi reprendre les efforts de tension et toutes les pièces mécaniques habituellement fixées sur un fût. 35 Un instrument membranophone présente un axe d'élongation, dans ce cas confondu l'axe d'élongation Y-Y du dispositif acoustique. 25 30 3065108 7 Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, on prévoit un fût supérieur 2_SUP posé sur le membre supérieur 7 SUP, et un fût inférieur 2 INF posé sur le membre inférieur 7 INF. Les deux membres reprennent les efforts de tension des membranes 6 au moyen de pièces 5 dans lesquelles des tirants 3 sont vissés et appliquent une tension sur des cercles 4 5 permettant d'accorder la peau de frappe et la peau de résonance. Les pièces 5 servent aussi d'entretoise permettant d'ajuster l'écartement entre le membre supérieur 2_SUP et le membre inférieur 2 INF. Sur la figure 3 est illustrée l'implantation d'un déclencheur de timbre 1 sur le châssis d'une 10 caisse claire comprenant un dispositif acoustique à évent de décompression radial pavillonnaire selon l'invention. La figure 1 est une vue opposée de la caisse claire de la figure 3. 15 La figure 4 illustre un mode de réalisation d'un élément de batterie comprenant un aménagement du châssis selon l'invention 10 pour accueillir l'accastillage de support 8 de tom ou de cymbale, et de pied de grosse caisse 9. Le châssis 10 étant inerte d'un point de vue vibratoire, il est avantageux que les accastillages soient fixés sur celui-ci plutôt que sur un fût. Un tambour construit de cette manière permet de venir y attacher des systèmes de fixation ou 20 de support sans perturber son fonctionnement acoustique et sans demander d'autres systèmes d'isolation. La frappe de la peau de frappe d'un instrument membranophone génère un front d'onde plan qui se déplace le long de l'axe d'élongation. Grâce à l'invention, le front d'onde atteint 25 l'évent simultanément sur toute la périphérie du dispositif, donc de l'instrument, et l'effet de pavillon est généré également simultanément. Avantageusement, le diamètre interne du fût comprenant une peau de frappe est égal au diamètre interne du fût comprenant une peau de résonance, lui-même égal au diamètre interne 30 du membre supérieur et du membre inférieur, ce qui permet que le front d'onde généré par la frappe de la peau de frappe n'est pas perturbé par la structure du dispositif acoustique selon l'invention. Avantageusement, on peut prévoir que la nature du matériau du fût comprenant la peau 35 de frappe est différente de la nature du matériau du fût comprenant la peau de résonance. De même, on peut prévoir que l'épaisseur H1 entre la peau de frappe et le plan médiateur est différente de l'épaisseur H2 entre la peau de résonance et le plan médiateur. 3065108 8 L'évent radial pavillonnaire modifie fondamentalement et permet de contrôler le comportement acoustique de la cavité entre la peau de frappe et la peau de résonance, donc de contrôler le son émis par l'instrument. 5 En particulier, la forme fonctionnelle des lèvres influe sur l'effet de pavillon et la distance séparant le premier et le deuxième membre permet de modifier l'impédance mécanique "vue" par la main ou la baguette de l'instrumentiste, améliorant par là-même le confort de jeu et réduisant le risque de blessures (tendinites) du musicien. 10 Dans le cas où l'instrument membranophone est une caisse claire, celle-ci est dotée d'un timbre plaqué sur la peau de résonance, qui se couple fortement à la peau frappée. Dans le cas des caisses claires classiques qui présentent un évidement radial dans le fût, l'amortissement de la vibration du timbre sur la peau inférieure amortit en même temps énormément la vibration 15 en basse fréquence de la peau supérieure et donc le son émis. Grâce à l'invention, les premiers modes à cercles nodaux, qui sont les premiers modes de vibration d'une membrane circulaire, en l'espèce la peau de frappe, ne sont pas affectés par la présence du timbre de la caisse claire, ce qui permet de conserver une bonne réponse de 20 l'instrument membranophone même dans les basses fréquences, c'est-à-dire que le son émis n'est pas amorti dans ces fréquences comme dans l'art antérieur. Plus précisément, chaque mode est codé selon une notation (X,Y) dans laquelle X représente le nombre de diamètres nodaux, c'est à dire l'ensemble des points qui ne se déplacent pas à une fréquence donnée, et Y représente le nombre de cercles présentant la même caractéristique. Par exemple pour le 25 mode (0,1), le bord de la membrane constituant sa ligne d'appui est le seul endroit qui ne bouge pas, c'est le premier mode (le plus bas en fréquence) et qui a la caractéristique de ne pas être "iso volume" comparé aux modes à plus haute fréquence, où des zones se déplacent en opposition de phase aux zones contigües. Selon la présente invention, ce sont les premiers mouvements en bas du spectre (basses fréquences) qui sont modifiés par le découplage 30 apporté par l'évent selon l'invention. Des résultats d'essais sont illustrés en figure 6A et figure 6B. La figure 6A illustre la réponse acoustique (dB) en fonction de la fréquence (Hz) d'une 35 caisse claire équipée d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, pour laquelle la courbe A est la réponse acoustique avec le timbre de la caisse claire enclenché et la courbe B est la réponse acoustique sans timbre enclenché. 3065108 9 Sur la figure 6A, il est clair que la réponse acoustique dans les fréquences élevées est plus importante lorsque le timbre est enclenché. En revanche, la réponse acoustique dans les fréquences basses est tout à fait comparable que le timbre soit enclenché ou pas. 5 La figure 6B illustre la réponse acoustique (dB) en fonction de la fréquence (Hz) d'une caisse claire de l'art antérieur, pour laquelle la courbe A est la réponse acoustique avec le timbre de la caisse claire enclenché et la courbe B est la réponse acoustique sans timbre enclenché. 10 Sur la figure 6B, il est clair que la réponse acoustique dans les fréquences élevées est plus importante lorsque le timbre est enclenché. En revanche, la réponse acoustique dans les fréquences basses est meilleure (plus élevée) lorsque le timbre n'est pas enclenché. En comparant les figures 6A et 6B, on peut en conclure que le dispositif selon l'invention 15 améliore la réponse acoustique d'une caisse claire dans les fréquences basses. L'évent radial pavillonnaire permet de découpler suffisamment la peau de frappe pour qu'elle ne soit plus affectée par la présence du timbre sur la peau de résonance : l'instrument membranophone conserve donc son énergie en basses fréquences, ce qui se traduit par une 20 présence sonore particulièrement accrue et une impédance "vue" par la main ou la baguette de l'instrumentiste fortement modifiée par rapport à un instrument membranophone de l'art antérieur. La présente invention permet donc de contrôler le comportement acoustique de la cavité 25 d'un membranophone, c'est-à-dire d'en contrôler le son par d'autres moyens que le choix et la tension des peaux d'une part, et d'autre part de réduire les traumatismes de l'instrumentiste, ce que l'art antérieur fait en agissant sur la mobilité mécanique de la peau frappée donc sur le confort de jeu. Au contraire selon la présente invention, ceci peut être réalisé sans modifier la tension ou le type de peau utilisée. 30 Le contrôle du comportement acoustique est obtenu en couplant la cavité interne de l'instrument membranophone à l'extérieur de l'instrument, au moyen d'un évent radial axisymétrique et présentant une section s'évasant progressivement radialement, de l'intérieur de l'instrument vers l'extérieur, permettant une adaptation d'impédance entre le milieu interne 35 de la cavité et le champ libre externe, le champ libre en acoustique étant le milieu infini dans lequel l'impédance est constante, c'est-à-dire que les ondes acoustiques circulent librement sans obstacle, diffraction ou refrain. 3065108 10 L'architecture retenue pour la présente invention permet une grande souplesse de fabrication et une rationalisation des outils industriels : d'une part par la réalisation de châssis présentant des caractéristiques de pavillon données par les entretoises et les profils des membres, d'autre part par des fûts pouvant être simplifiés à l'extrême et ne présentant aucun 5 usinage pour accueillir les accastillages. Outre les avantages de production, la présente invention permet une personnalisation très fine des caractéristiques acoustiques d'un instrument, en particulier en agissant sur des associations de fûts différents pour obtenir un timbre de son désiré. 10 Au-delà de la nature du matériau du dispositif acoustique, les dimensions dudit dispositif acoustique, c'est-à-dire le diamètre interne, le diamètre externe, l'espacement entre le premier membre et le deuxième membre, l'épaisseur de chacun des membres, donc la profondeur des lèvres, permettent d'adapter l'impédance pour conférer à l'évent un véritable rôle acoustique 15 permettant de maîtriser, voire de modifier, le son et le timbre de l'instrument. REVENDICATIONS1. Dispositif acoustique pour instrument de percussion membranophone, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (10) présentant un axe d'élongation (Y-Y) et comprenant un premier membre (7_SUP) et un deuxième membre (7_INF) solidaires l'un de l'autre, En ce que le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) : présentent chacun une symétrie radiale par rapport audit axe d'élongation (Y-Y) et présentent un diamètre interne (R1) et un diamètre externe (R2), - sont disposés en vis-à-vis l'un de l'autre par rapport à un plan médiateur (X-X) perpendiculaire à l'axe d'élongation (Y-Y), et sont distants l'un de l'autre selon un écartement prédéterminé, de sorte à créer un évent radial, présentent chacun une extrémité évasée, telle que dans un plan perpendiculaire au plan médiateur (X-X) et passant par l'axe d'élongation (Y-Y), le membre supérieur (7_SUP) et le membre inférieur (7_INF) présentent chacun une forme de lèvre telle que l'épaisseur (E SUP ; E INF) de chaque membre (7_SUP ; 7_INF) au droit du diamètre interne (R1) est supérieure à l'épaisseur de chaque membre (7_SUP ; 7_INF) au droit du diamètre externe (R2) ; de sorte que ledit évent se présente sous la forme d'un pavillon acoustique à symétrie radiale par rapport audit axe d'élongation (Y-Y). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) sont identiques entre eux et symétriques l'un de l'autre par rapport médiateur (X-X). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7_INF) présentent une courbure (C SUP ; C INF) arrondie respective entre le diamètre interne (R1) et le diamètre externe (R2) dont la forme est prédéterminée en fonction d'un modèle de référence, ledit modèle comprenant une distribution spatiale du son à l'extérieur dudit châssis. 4. Instrument membranophone comprenant un dispositif acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'instrument comprenant un premier fût présentant un axe d'élongation confondu avec l'axe d'élongation (Y-Y) du châssis, et solidaire de l'un parmi le premier membre (7_SUP) et le deuxième membre (7 INF). 3065108 12 5. Instrument membranophone selon la revendication 4, comprenant en outre un deuxième fût présentant un axe d'élongation confondu avec l'axe d'élongation (Y-Y) du châssis (10), et solidaire de l'autre parmi le premier membre (7 SUP) et le deuxième membre (7 INF). 5 6. Instrument membranophone selon la revendication 5, comprenant une caisse claire, comprenant en outre un déclencheur de timbre et une butée, solidaires du châssis (10). 7. Instrument membranophone selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le châssis (10) comprend un accastillage (8) de support de tom ou de cymbale, ou de 10 pied de grosse caisse (9).