Brevet FR3064146A1 — publié le 20180921

La présente invention concerne un dispositif monobloc et stéréophonique d'enceinte acoustique amplifiée. Comme n'importe qui peut le constater avec son téléphone, un petit hautparleur est incapable de reproduire les fréquences graves. S'agissant plus généralement de produits audio compacts, la combinaison amplificateur/haut-parleur dont on dispose ne permet pas non plus généralement d'atteindre cet objectif faute de moyens : puissance d'amplificateur (ou des batteries) trop faible, taux de distorsion dans les fréquences graves important à niveau élevé, le tout couplé à des haut-parleurs là aussi de trop petite taille. Ainsi le marché de l' audio depuis des décennies se partage globalement en deux avec d'une part, des systèmes de haute-fidélité encombrants et chers et de l'autre des systèmes compacts de qualité médiocre ne permettant pas, entre autres, de faire coexister une écoute de qualité dans les fréquences graves avec un niveau sonore élevé. Il existe des solutions techniques permettant de compenser l'absence de volume des enceintes acoustiques. Des systèmes d'asservissements intégrés puissants permettent en effet de contrôler les élongations des membranes du haut-parleur de graves. Tout en accroissant leurs déplacements et par là leur niveau sonore dans le registre grave, on contrôle ces mêmes déplacements en limitant ceux-ci lorsque la bobine mobile s'écarte trop de son champ magnétique, de telle manière à ce que toute distorsion puisse être contenue en permanence, quel que soit le niveau de puissance. Ces systèmes, qui nécessitent des circuits électroniques complexes ainsi qu'une amplification d'autant plus puissante que la taille des haut-parleurs diminue, sont donc hélas réservés jusqu'à ce jour à des réalisations haut de gamme. Pour l'essentiel, de nombreux systèmes d'enceintes compactes sont développés en faisant appel à des haut-parleurs à grande élongation placés en charge close. Cette technique, qui permet d'accepter une certaine puissance théorique ne permet pas, néanmoins, d'offrir, tout particulièrement avec des haut-parleurs de faible diamètre, un rendement acoustique suffisant étant donné la chute importante de niveau sonore constatée dans les fréquences graves en utilisant cette technique ; le schéma suivant illustre ce qui précède. Il est aussi possible et très courant de faire appel à des systèmes de haut-parleurs chargés par un évent. Ces systèmes, comme on peut le constater comparativement sur le même schéma ci-dessous, permettent un meilleur rendement acoustique dans les fréquences graves. Compte tenu des élongations importantes du haut-parleur de graves concerné - sauf lorsque celui-ci est de grand diamètre - qui ne sont plus maitrisées par la compression du volume d'air clos placé à l'arrière de la membrane de celui-ci comme sur une enceinte close, on constate une élévation importante de la distorsion mesurée à forte puissance dans le registre grave. 3064146 2 20 100 200 Eric«.irver. eveint EflcIelrott. cicase, Il en est de même avec un autre type de technologie qui s'est largement répandue au cours de ces dernières années, notamment pour la réalisation d'enceintes miniatures sur batteries : il s'agit du radiateur passif, qui multiplie par deux le rayonnement du haut-parleur 5 dans le bas du spectre sonore et augmente ainsi de façon sensible le niveau sonore dans cette plage de fréquences. Mais qui ne permet pas non plus de supporter sans distorsion un niveau sonore important. Il existe cependant une solution permettant de concilier ces différents avantages sans leurs principaux inconvénients, décrits ci-dessus. Une telle solution est décrite dans le brevet 10 français N° 76 0625 en date du 5 mars 1976. Ce brevet sera considéré comme l'état de la technique le plus proche de la présente invention. Le dispositif décrit dans ce brevet consiste à placer deux hautparleurs l'un derrière l'autre. Un évent reliant de façon pneumatiquement étanche l'extérieur de l'enceinte à son volume arrière interne et passant au travers d'un baffle parallèle à la façade, ajouré et 15 supportant le deuxième haut-parleur, permet de récupérer l'onde arrière émise par celui-ci. Grâce à l'action mécanique générée par le volume d'air compris entre eux, les deux haut-parleurs maitrisent leurs élongations excessives éventuelles et par là, permettent, à niveau de puissance acoustique équivalente, de diminuer notablement la distorsion constatée dans les fréquences graves par rapport à celle d'une enceinte acoustique classique de taille 20 équivalente. On obtient par ailleurs un meilleur niveau sonore dans le registre grave qu'avec une charge close classique tout en conservant, comme pour une enceinte à évent, une bande passante de bon niveau dans le bas du spectre sonore tout en restant compatible avec une tenue en puissance sans distorsion. 25 Ce système, qui concernait par définition des enceintes traditionnelles équipées de filtres passifs, possède toutefois quelques inconvénients. 3064146 3 Les haut-parleurs d'un tel dispositif sont destinés à être connectés à un amplificateur extérieur polyvalent. Le haut-parleur arrière, relié à la sortie audio de l'amplificateur externe est raccordé avec le haut-parleur avant selon un schéma électrique parallèle. Le haut-parleur avant, qui n'est relayé en fréquences vers le haut du spectre sonore que par des tweeters, est 5 chargé de reproduire dans ce schéma classique de configuration le registre grave ainsi que le registre médium/aigu. Le dit haut-parleur arrière dont le cône est dirigé vers l'arrière de la membrane du haut-parleur avant et qui n'est donc pas filtré séparément, monte logiquement en fréquences comme le haut- parleur avant, produisant en direction de l'arrière de la membrane de celui-ci des interférences sous forme d'ondes stationnaires nuisibles à la 10 restitution sonore dans le registre médium de l'ensemble du système. D'autre part, la double cloison aboutit à une complication obligatoire du schéma d'ébénisterie traditionnel, à un volume plus important et moins étanche ainsi qu'à une complication de la main d'oeuvre de montage dédiée à ce deuxième haut-parleur interne. Le dispositif objet de la présente invention a pour objectif de faire appel à un tel 15 schéma d'implantation des hautparleurs mais aussi de pallier ces différents inconvénients tout en saisissant l'opportunité offerte par les récentes possibilités techniques en matière d'amplification. Les caractéristiques du dispositif selon l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre en faisant référence aux figures suivantes données à titre indicatif 20 et nullement limitatif parmi lesquelles : la Figure 1 est une vue en coupe transversale du dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, la Figure 2 est une variante vue en plan du dispositif illustré à la Figure 1, et la Figure 3 est une vue en plan du dispositif selon un autre mode de réalisation 25 de l'invention. Ce dispositif selon l'invention, référence étant faite aux Figure 1, 2 et 3, est constitué d'un haut-parleur de façade (1) et d'un haut-parleur arrière (2), couplés mécaniquement entre eux par l'intermédiaire d'un faible volume d'air lui-même délimité préférablement par une pièce de liaison formant une cloison étanche (4) et reliant ces deux haut-parleurs. Cette pièce 30 de liaison peut être de forme complexe, adaptée à la géométrie des dits haut-parleurs et fabriquée en utilisant possiblement des techniques d'injection, de thermoformage ou d'impression 3D. Un évent (5) assure la liaison pneumatique entre l'air extérieur et la partie interne de l'enceinte située à l'extérieur de ce volume étanche ; un deuxième évent (5') peut également être prévu ainsi qu'il ressort de la Figure 3. Ce ou ces évents permettent de 3064146 4 récupérer l'énergie acoustique produite par le haut-parleur arrière (2) et peut déboucher soit vers l'avant de l'enceinte (Figures 2 et 3) soit vers l'arrière de celle-ci (Figure 1). Selon un mode de réalisation de l'invention, le haut-parleur arrière (2) possède une fréquence de résonnance moins élevée que celle du haut-parleur avant (1). Le dispositif selon l'invention 5 comprend d'autre part un amplificateur interne, préférablement de classe D, intégré à l'enceinte. Il est constitué d'au moins deux canaux (3) et (3') connectés séparément à chaque haut-parleur (1) et (2). Chacun de ces deux canaux centraux amplifiés est calibré afin de permettre une modulation précise et différenciée de leurs plages de fréquences concernant chaque haut-parleur (1) et (2) et le cas échéant de leurs niveaux sonores respectifs. Ce filtrage 10 permet notamment d'éviter toute interférence négative du haut-parleur arrière (2) sur le haut-parleur avant (1), quasi inévitable avec une configuration d'enceintes classiques équipées de filtrages passifs. D'autre part, la chute naturelle du rendement sonore constatée pour toute enceinte acoustique de faible volume dans les fréquences graves, peut être ainsi corrigée activement par un réglage électronique dédié qui permette d'obtenir une accentuation 15 notable et réel du niveau sonore de ces fréquences graves, sans altération du taux de distorsion ni de l'intelligibilité des fréquences bas médium. L'éloignement de la limite de distorsion obtenu permet avantageusement ainsi, grâce à ce niveau d'amplification élevé intégré dans l'enceinte, de parvenir à une compensation d'au moins +3db en dessous de 200 Hz (ce qui correspond à du vrai grave) par rapport au niveau linéaire moyen d'amplification 20 relatif aux fréquences situées au-dessus ce seuil de 200 Hz. De la même façon, le dispositif selon l'invention permet une optimisation du taux de contre-réaction de l'amplificateur. Un amplificateur externe se doit d'être polyvalent et son taux de contre-réaction est élevé (généralement situé à environ 1 volt pour un gain de 2000). En abaissant le taux de contre-réaction d'un amplificateur standard, il serait possible d'obtenir avec des enceintes 25 acoustiques traditionnelles un élargissement de leur bande passante mais les haut-parleurs de ces enceintes ne manqueraient pas de rapidement saturer, distordre, puis de se détériorer. Le dispositif selon l'invention permet de contourner ce problème et de réduire le taux de contre-réaction de l'amplificateur dédié pour des valeurs de gain sensiblement inférieures à 1000 pour 1 volt tout en gardant une distorsion des haut-parleurs faible et un son plus naturel. 30 Deux ou quatre canaux amplifiés supplémentaires éventuels permettront par ailleurs d'alimenter séparément les haut-parleurs spécialisés dans les fréquences élevées (6) et (6') concernant les aigus et éventuellement les médium, tels que prévus dans une variante d'exécution de la présente invention. Avantageusement, les haut-parleurs d'aigus (6) et (6') 3064146 5 et éventuellement de médium, seront alimentés séparément par des canaux d'amplificateur différenciés. Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, plusieurs variantes d'exécution du dispositif selon l'invention sont envisageables, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 5 La variante de la Figure 1 concerne un dispositif où sont représentés schématiquement les deux haut-parleurs (1) et (2) à l'intérieur d'une enceinte monobloc stéréophonique amplifiée d'architecture classique et dotée d'un seul évent (5) tourné vers l'arrière de l'enceinte ; à la Figure 2, cet évent (5) est tourné vers l'avant de ladite enceinte. La variante illustrée à la Figure 3 concerne un dispositif où sont représentés 10 schématiquement les deux haut-parleurs (1) et (2) à l'intérieur d'une enceinte monobloc stéréophonique amplifiée, équipée d'un système de diffusion des aigus par les haut-parleurs (6) et (6'), ainsi que de deux évents (5) et (5') tournés vers l'avant de ladite enceinte. De façon simple à réaliser, on dispose de cette manière, dans un volume d'enceinte particulièrement compact et là où un haut-parleur unique aurait plus rapidement atteint ses 15 limites en termes de puissance admissible, d'une configuration active de haut-parleurs permettant d'obtenir un taux de distorsion particulièrement bas dans les fréquences graves ainsi qu'un niveau sonore élevé de haute-fidélité. Cela est obtenu grâce à l'intégration et à la calibration d'un amplificateur interne comportant au moins deux canaux indépendants (3) (3') dont le niveau sonore de chaque canal est filtré et modulé afin d'éviter toute interaction 20 négative entre les deux haut- parleurs (1) et (2) et afin qu'il puisse être relevé notablement (d'au moins + 3 db) pour les fréquences situées en dessous de 200 Hz (registre des « vraies » fréquences graves). Les récents progrès dans le domaine du numérique (amplificateurs de classe D) permettent par ailleurs de disposer avantageusement d'une puissance importante et modulable dans les fréquences graves à relativement faible coût, le tout dans un faible 25 encombrement et sans craindre d'élévation incontrôlée de la température interne du système. L'ensemble pourra intégrer aussi des haut-parleurs (6) et (6') chargés de reproduire les fréquences aigues et éventuellement médium, qui pourront ainsi être placés, soit selon des schémas d'enceintes classiques (Figure 1 - vue de côté et Figure 2 vue en plan) soit éventuellement selon des schémas plus complexes (figures 3 - vue en plan). Sur la Figure 3 30 les haut-parleurs (6) et (6') chargés de restituer les fréquences élevées et par là l'effet stéréophonique ont été avantageusement inclinés vers le haut et positionnés dans une direction opposée des haut -parleurs (1) et (2) afin de faire bénéficier plus avantageusement à l'ensemble d'un effet spatial. Une configuration plus traditionnelle est exposée sur les Figures 1 et 2 pour ces haut-parleurs d'aigus et/ou de médium qui ne sont pas inclinés. 3064146 6 L'ensemble de ces différents haut- parleurs dédiés aux fréquences élevées pourra être piloté en fréquences par des moyens classiques (filtres passifs) ou préférablement par des systèmes actifs (amplificateurs) spécifiques. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 REVENDICATIONS1) Enceinte acoustique amplifiée du type comprenant : * deux haut-parleurs centraux destinés à reproduire les fréquences graves, l'un situé en façade et l'autre placé à proximité et à l'arrière de celui-ci, reliés pneumatiquement entre eux dans un compartiment étanche, * au moins un évent ne communiquant pas pneumatiquement avec ce compartiment étanche et reliant la partie intérieure de l'enceinte à l'extérieur de celle-ci, caractérisée en ce que chacun de ces deux haut-parleurs (1) et (2) destiné à reproduire les fréquences graves est alimenté par des canaux d'amplification distincts (3) et (3') et possédant chacun leur bande de fréquence spécifique. 2) Enceinte selon la revendication 1 caractérisée en ce que les canaux (3) et (3') sont issus d'un amplificateur interne dont les niveaux de puissance, à l'intérieur d'une plage de fréquences située entre 20 Hz et 200 Hz, sont relevés d'au moins +3db par rapport au niveau moyen de la bande passante dudit amplificateur correspondant aux fréquences situées au-dessus de 200 Hz. 3) Enceinte selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que lesdits canaux différenciés (3) et (3') permettent d'alimenter séparément chaque hautparleur (1) et (2) en termes de niveau de puissance. 4) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la contre réaction de l'amplificateur interne est calibrée pour des valeurs correspondant 20 à un gain inférieur à 1000 pour 1 volt. 5) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le haut-parleur arrière (2) possède une fréquence de résonnance moins élevée que celle du haut-parleur avant (1). 6) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce 25 que les haut-parleurs (1) et (2) sont complétés par deux haut-parleurs stéréophoniques d'aigus (6) et (6'). 7) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les haut-parleurs (1) et (2) sont complétés par des haut-parleurs stéréophoniques d'aigus (6) et (6') et de médium. 30 8) Enceinte selon la revendication 7 caractérisée en ce que lesdits haut-parleurs d'aigus (6) et (6') et éventuellement de médium, sont alimentés séparément par des canaux d'amplificateur interne différenciés. 3064146 8 REVENDICATIONS 9) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisée en ce que lesdits haut-parleurs d'aigus (6) et (6') et éventuellement de médium, sont orientés dans le sens opposé des haut-parleurs (1) et (2) et inclinés vers le haut. 5 10 15 20 25 30 35 40