Brevet FR3078432A1 — publié le 20190830

DISPOSITIF VIBROACOUSTIQUE. L'invention se rapporte à un dispositif vibroacoustique. Un morceau de musique est constitué de sons de différentes fréquences. Le volume du son impact différemment ces fréquences : ainsi, à volume égal, des fréquences aiguës s'entendent moins que des fréquences basses. Cela vient du fait que les basses sont ressenties plus fortement par l'ensemble du corps que les aigus. Par conséquent, lorsqu'une personne augmente le volume du son pour mieux distinguer les aigus, il inflige à son corps, et en particulier à ses oreilles, des vibrations qui peuvent être nocives à court, moyen ou long terme. D'ailleurs, certaines législations limitent le niveau de basses autorisé dans les appareils audio, notamment pour les casques audio, pour limiter le risque de surdité. L'équilibre entre les basses et les aigus fait d'ailleurs partie des critères pour noter la qualité d'un appareil audio. Le problème posé par le volume sonore des appareils audio, et en particulier des casques, est d'autant plus important que de plus en plus de personnes écoutent de la musique depuis leur smartphone. Pour limiter le risque de surdité, il a déjà été proposé des appareils qui limitent automatiquement le volume sonore au-delà d'une certaine durée d'utilisation. Néanmoins, ces systèmes peuvent toujours être forcés par l'utilisateur, car il ne s'agit là que d'une proposition faite par l'appareil. Un tout autre type d'appareil propose des réducteurs de bruits extérieurs, afin que l'utilisateur ne soit pas gêné par ces bruits et n'augmente pas trop le son. 2 Or, ces limiteurs de bruit fonctionnent tous sur le même principe consistant à capter le bruit extérieur et à émettre dans les écouteurs un son identique, mais de fréquence inversée, de sorte que le bruit s'annule. Si le bruit extérieur n'est plus capté par l'oreille, cette dernière 5 subit néanmoins une pression acoustique deux fois plus forte sans que l'utilisateur ne s'en rende compte. Il en découle des maux de tête très fréquents. Pour limiter l'impact des basses sur les oreilles, il a déjà été proposé des systèmes audio séparant physiquement les haut-parleurs de basses des haut-parleurs de moyennes et hautes fréquences. 10 En particulier, pour limiter les nuisances sonores, il a déjà été proposé de supprimer la membrane des haut-parleurs de basses pour que ceux-ci ne transmettent que des vibrations, et non du son, au corps. Cependant, ces dispositifs n'ont jamais donné entière satisfaction en raison du faible niveau de sensation ressentie et, souvent, du 15 désagrément à avoir longtemps contre soi un boîtier vibrant. On peut citer, par exemple, le dispositif « WOOJER® » qui comprend un mécanisme vibratoire enfermé dans un boîtier porté soit par une sangle soit par une veste. Le boîtier est relié à un dispositif audio (type baladeur 20 numérique) et à un casque audio, et vibre en fonction du rythme de la musique (donc uniquement en fonction des basses). Il ne vibre que sur des basses fréquences inférieures à 500Hz. Ce dispositif présente de nombreux inconvénients. Le plus important est que le boîtier dans lequel se trouve le mécanisme vibratoire transmet 25 peu de vibration. Il est alors soit nécessaire d'augmenter fortement la puissance pour ressentir les vibrations soit nécessaire de presser fortement le dispositif contre le corps. Or, le système de sangle proposé par le système VVOOJER ne permet pas un tel serrage : même en serrant fortement la sangle, le serrage se 3 fait au niveau d'une épaule et d'une aisselle, mais peu au niveau du thorax. Il en découle qu'en utilisation, pour que l'ensemble soit agréable à porter, il ne faut pas trop serrer la sangle pour pouvoir respirer. Ce faisant, le boîtier n'est pas en appui contre le thorax ce qui, combiné à sa structure, ne permet pas de 5 transmettre efficacement les vibrations. On peut également citer le dispositif « SUBPACO» qui comprend un mécanisme vibratoire enfermé dans un boîtier porté par un sac à dos. Ce dispositif, adressé aux musiciens, est beaucoup plus puissant que le dispositif VVOOJER, car le boîtier est beaucoup plus grand et renferme plusieurs 10 mécanismes vibratoires répartis sur une zone large correspondant au dos de l'utilisateur. Ce dispositif est, par conséquent, lourd et encombrant. En outre, comme pour le dispositif précédent, il nécessite un serrage puissant des sangles du sac pour favoriser le contact entre la coque du boîtier et le corps de 15 l'utilisateur. Cependant, les vibrations transmises au dos de l'utilisateur ne permettent pas de ressentir efficacement les basses fréquences. Or, le boîtier vibre uniquement en fonction du rythme de la musique (donc uniquement en fonction des basses). Il ne vibre que sur des basses 20 fréquences comprises entre 1 Hz et 200 Hz, l'objectif étant de permettre à un musicien de produire ou mixer de la musique plus longtemps sans abîmer ses oreilles, en ressentant les basses fréquences plutôt qu'en les écoutant. Un objectif de la présente invention est donc de fournir un dispositif vibrant puissant, mais peu encombrant, capable de transmettre une 25 grande partie du spectre sonore de la musique (donc perceptible par les humains, c'est-à-dire entre 20 Hz et 20 kHz environ) et non uniquement les basses, et ce sans émettre un volume sonore important vers l'extérieur pour ne pas déranger les personnes alentours. 4 Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif vibrant transmettant efficacement les vibrations sans nécessiter un serrage trop fort contre le corps de l'utilisateur. L'idée de l'invention est de mettre la partie vibrante du 5 mécanisme vibratoire directement en contact avec le thorax de l'utilisateur (et non enfermée dans un boîtier), la partie vibrante transformant le thorax de l'utilisateur en membrane émettant le son vers l'intérieur du corps, en particulier en utilisant la cage thoracique comme caisse de résonnance. Selon l'invention, la transduction du son par le corps de 10 l'utilisateur se fait grâce à un disque vibrant rigide recouvert d'une couche en élastomère, de préférence en silicone, qui assure une transmission de tout le spectre sonore de la musique (le spectre étant avantageusement filtré) et non simplement les fréquences basses. À cette fin, l'invention a pour objet un dispositif vibroacoustique 15 comprenant un aimant permanent générant un champ magnétique permanent dans un espace appelé entrefer, et une bobine de fil conducteur d'électricité agencée dans cet entrefer dans le sens axial et munie de deux bornes électriques, dans lequel la bobine est solidaire d'une plaque sur laquelle est fixé une tige surmontée d'un disque recouvert d'une couche d'élastomère destinée, en 20 utilisation, à être en appui contre le thorax d'un utilisateur. Selon d'autres modes de réalisation, qui peuvent être combinés entre eux : - le dispositif vibroacoustique peut être logé dans un boîtier porté par une extrémité d'un arceau élastique conformé pour que, en utilisation, la couche 25 d'élastomère soit en appui contre le thorax d'un utilisateur et qu'une seconde extrémité de l'arceau soit en appui contre le dos de l'utilisateur ; - la seconde extrémité de l'arceau peut être munie d'une batterie reliée électriquement au boîtier de la première extrémité ; 5 - le dispositif vibroacoustique peut comprendre un microcontrôleur relié à un récepteur d'un signal audio destiné à être émis, en utilisation, depuis une source audio, le microcontrôleur étant relié aux bornes électriques de la bobine et programmé pour alimenter électriquement les bornes électriques 5 en fonction d'un signal audio reçu depuis la source audio, en utilisation ; - le récepteur peut être filaire et comprendre une prise de connexion filaire à une source audio ; - le récepteur peut être sans fil et comprendre une antenne de réception du signal audio sans fil et un transducteur transformant le signal audio sans fil 10 en signal électrique ; - le microcontrôleur peut être programmé pour filtrer certaines fréquences du signal audio avant d'alimenter électriquement les bornes électriques ; - la filtration peut comprendre une atténuation de certaines fréquences du signal audio ; 15 - le microcontrôleur peut être programmé pour atténuer au moins les fréquences 60 Hz, 910 Hz, 3,6 kHz et 14 kHz ; - le boîtier peut comprendre des boutons de réglage connectés au microcontrôleur pour choisir une ou des fréquences à filtrer ; - le boîtier peut comprendre des boutons de réglage connectés au 20 microcontrôleur pour régler un filtre à appliquer sur une ou plusieurs fréquences ; - la couche d'élastomère peut présenter un profil courbé ; - la couche d'élastomère peut présenter une forme de calotte sphérique ; - la couche d'élastomère peut présenter une forme de calotte sphérique 25 convexe ; - la couche d'élastomère peut présenter une forme de calotte sphérique concave ; 6 - la couche d'élastomère peut présenter une épaisseur maximale de 2 mm et la tige présente une longueur comprise entre 0,5 cm et 1,5 cm, de préférence 1 cm ; et/ou - l'élastomère peut être choisi parmi les silicones et le caoutchouc. 5 D'autres caractéristiques de l'invention seront énoncées dans la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés, qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation 10 d'un dispositif vibroacoustique selon l'invention ; - la figure 2, une vue schématique en coupe d'un dispositif vibroacoustique selon l'invention monté à une extrémité d'un arceau munie d'un boîtier ; - la figure 3, une vue schématique en coupe d'une deuxième mode de réalisation d'un dispositif vibroacoustique selon l'invention ; 15 - les figures 4 et 5, des vues schématiques d'un exemple de montage d'un dispositif vibroacoustique selon l'invention sur un utilisateur, respectivement de face et de dos ; - la figure 6, une vue schématique de profil d'un exemple de montage d'un dispositif vibroacoustique selon l'invention sur un utilisateur ; et 20 - la figure 7, une vue schématique de face d'une variante du dispositif vibroacoustique selon l'invention monté sur une sangle portée par un utilisateur. La figure 1 illustre un dispositif vibroacoustique 100 selon 25 l'invention. Il fonctionne sur le même principe que les haut-parleurs classiques : il comprend un aimant permanent 101 générant un champ magnétique permanent dans un espace donné appelé entrefer 102, et une bobine 103 de fil conducteur 7 d'électricité agencée dans cet entrefer dans le sens axial X-X et munie de deux bornes électriques (non illustrée sur la figure). Lorsqu'un courant électrique parcourt cette bobine, cette dernière tend à sortir du champ magnétique permanent de l'entrefer dans le sens 5 axial. Ainsi, en faisant varier la tension en fonction du signal musical, la bobine tend à entrer et sortir de l'entrefer 102. Ainsi, le dispositif vibroacoustique selon l'invention est un transducteur électromécanique qui transforme un signal électrique (le signal audio) en un mouvement mécanique. 10 Cependant, contrairement aux haut-parleurs classiques, le dispositif vibroacoustique 100 selon l'invention est dépourvu de membrane, de sorte qu'il ne génère pas de son à lui seul. Conformément à l'invention, la bobine 103 est solidaire d'une plaque 104 sur laquelle est fixée une tige 105 surmontée d'un disque 106 15 recouvert d'une couche d'élastomère 107, en caoutchouc ou de préférence en silicone, destinée à être en appui contre le thorax d'un utilisateur. De manière avantageuse, la couche d'élastomère 107 n'est pas plane mais présente un profil courbé, de préférence en forme de calotte sphérique. Sur la figure 1, la couche d'élastomère 107 présente une forme de 20 calotte sphérique convexe, alors que sur la figure 3, la couche d'élastomère 108 présente une forme de calotte sphérique concave. La forme courbée de la couche d'élastomère assure une transmission optimale des vibrations au corps de l'utilisateur, sans nécessiter une force d'application trop importante. 25 Dans un mode de réalisation préféré, la couche d'élastomère 1 07-1 08 présente une épaisseur maximale de 2 mm et la tige 105 présente une longueur comprise entre 0,5 cm et 1,5 cm, de préférence 1 cm. 8 La tige 105 d'l cm environ ménage un espace E entre la plaque 104 et le disque 106 qui permet aux vibrations d'être transmises avec une puissance optimale au corps de l'utilisateur. Avec une tige de plus faible longueur, il est nécessaire d'amplifier la puissance du signal pour obtenir le 5 même résultat. Comme illustré en figure 2, le dispositif vibroacoustique 100 selon l'invention est avantageusement logé dans un boîtier 110 porté par une extrémité 121 d'un arceau élastique 120. À la différence des arceaux élastiques des casques audio classiques, l'arceau selon l'invention est conformé pour que, 10 en utilisation, la couche d'élastomère soit en appui contre le thorax d'un utilisateur et qu'une seconde extrémité de l'arceau soit en appui contre le dos de l'utilisateur (voir figures 4 à 6). Le boîtier 110 recevant le dispositif vibroacoustique 100 selon l'invention présente un logement 111 pour le dispositif, ainsi qu'un couvercle 15 112 muni d'un trou 113 pour le passage de la tige 105 du dispositif 100. Ainsi, selon l'invention, la tige 105 traverse le couvercle 112 du boîtier et la couche d'élastomère 107 (ou 108) est en appui contre le thorax d'un utilisateur lors de l'utilisation. Le boîtier 110 comprend également, un microcontrôleur 114 20 relié à un récepteur 115 d'un signal audio émis depuis une source audio, par l'intermédiaire d'un amplificateur de signal 116. Le microcontrôleur 114 est relié aux bornes électriques de la bobine et programmé pour alimenter électriquement, en utilisation les bornes électriques de la bobine en fonction d'un signal audio reçu depuis la source 25 audio (et amplifié par l'amplificateur). Dans le mode de réalisation illustré, le récepteur 115 est une prise de connexion filaire dite « auxiliaire », de type «Jack », de 3,5mm de diamètre pour connecter une source audio telle qu'un baladeur numérique. Dans 9 ce cas, le récepteur 115 est connecté par liaison filaire au microcontrôleur 114 (ces connexions ne sont pas illustrées par souci de clarté des figures). Alternativement, ou en combinaison, le dispositif selon l'invention comprend un récepteur sans fil, par exemple de type Bluetooth® ou 5 WiFi. Il comprend alors une antenne de réception du signal audio sans fil et un transducteur transformant le signal audio sans fil en signal électrique à destination du microcontrôleur 114. Le signal audio est de préférence amplifié pour générer un signal électrique amplifié transmis à la bobine. À cette fin, le boîtier comprend des 10 boutons de commande 117 d'augmentation et de réduction de volume commandant l'amplificateur de signal réglable 116. Selon un mode de réalisation avantageux, l'arceau 120 (ou alternativement le boîtier 110) comprend une prise de connexion 123 pour un casque audio, afin de permettre à l'utilisateur de combiner la sensation transmise 15 par le dispositif vibroacoustique selon l'invention avec l'audition normale de la musique avec un casque audio. Pour alimenter l'ensemble des composants électroniques, le dispositif vibroacoustique selon l'invention est relié à une batterie. Avantageusement, la seconde extrémité 122 de l'arceau 120 20 comprend un boîtier 130 muni d'une batterie reliée électriquement au boîtier 110 de la première extrémité 121 (voir figures 5 et 6). Grâce au contact entre la couche d'élastomère 107-108 avec le thorax (en particulier la région du plexus solaire) de l'utilisateur, les vibrations sont transmises très efficacement. 25 La couche d'élastomère courbée 1 07-1 08 combinée à la tige 105 permet la transmission à l'utilisateur de tout le spectre musical, et pas seulement des basses. 10 L'intérieur de la cage thoracique de l'utilisateur est transformé en caisse de résonnance et la cage thoracique elle-même assure le rôle de la membrane des haut-parleurs classiques. Les sons sont véritablement ressentis par l'utilisateur grâce aux 5 vibrations, et entendus par l'utilisateur grâce aux sons émis à l'intérieur de son corps et transmis à son oreille interne par son propre corps. Ainsi, le dispositif selon l'invention vibre et génère une onde acoustique dans le corps de l'utilisateur. L'utilisation d'un arceau élastique assure un parfait contact entre 10 la couche d'élastomère et le corps, sans gêner la respiration de l'utilisateur. De manière inattendue au regard de l'état de la technique, le dispositif selon l'invention présentant des dimensions de l'ordre de quelques centimètres transmet les vibrations de manière très efficace. L'expérience peut même être un peu fatigante, car toutes les 15 vibrations sont transmises. L'inventeur s'est aperçu qu'en filtrant certaines fréquences, l'utilisation devenait beaucoup plus agréable et pouvait être supportée pendant plusieurs heures. Ainsi, dans une mode de réalisation préféré, le microcontrôleur 114 est programmé pour filtrer certaines fréquences du signal audio avant 20 d'alimenter électriquement les bornes électriques de la bobine 103. De préférence, cette filtration comprend une atténuation de certaines fréquences du signal audio, en particulier les bandes de fréquences centrées sur 60 Hz, 910 Hz, 3,6 kHz et 14 kHz. Avantageusement, la bande de fréquences centrée sur 230 Hz est également atténuée. La largeur de la bande 25 filtrée dépend de la qualité des composants utilisée. Globalement, une bande de 5 Hz à 10 Hz de large est préférée. 11 Typiquement, les bandes de fréquences centrées sur 60 Hz, 910 Hz, 3,6 kHz et 14 kHz sont atténuées de 15 décibels, et la bande de fréquences centrée sur 230 Hz est atténuée de 5 décibels. Le choix des bandes et leur atténuation dépendent généralement 5 de la taille du dispositif vibroacoustique et de l'utilisateur. Dans un mode de réalisation avantageux, plutôt destiné aux professionnels, le boîtier 110 (ou l'arceau 120) comprend des boutons de réglage connectés au microcontrôleur pour choisir une ou des fréquences à filtrer, ainsi que pour régler un filtre à appliquer sur la ou les fréquences (typiquement 10 la valeur de l'atténuation). L'efficacité du dispositif vibroacoustique selon l'invention est telle, qu'il est possible de l'utiliser avec une sangle 200 (voir figure 7) et non avec un arceau élastique 110, tout en obtenant une transmission efficace des vibrations dans tout le spectre de la musique (éventuellement filtré partiellement). 15 Dans ce mode de réalisation, le dispositif vibroacoustique est logé dans un boîtier 300 fixé à la sangle, le boîtier comprenant un couvercle muni d'un orifice 313 pour laisser passer la tige 105 et permettre un contact entre la couche d'élastomère et l'utilisateur (voir figure 3). Grâce au dispositif vibroacoustique selon l'invention, le serrage 20 de la sangle n'a pas besoin d'être trop fort et ne risque pas de gêner la respiration de l'utilisateur. L'utilisateur recevant une partie de la musique grâce au dispositif vibroacoustique selon l'invention, il peut baisser le son de son casque et préserver son audition. 25 En outre, le volume sonore émis vers l'extérieur par le dispositif vibroacoustique selon l'invention REVENDICATIONS1. Dispositif vibroacoustique comprenant un aimant permanent (101) générant un champ magnétique permanent dans un espace (102) appelé entrefer, et une bobine (103) de fil conducteur d'électricité agencée dans cet entrefer dans le sens axial (X-X) et munie de deux bornes électriques, caractérisé en ce que la bobine (103) est solidaire d'une plaque (104) sur laquelle est fixé une tige (105) surmontée d'un disque (106) recouvert d'une couche d'élastomère (107-108) destinée, en utilisation, à être en appui contre le thorax d'un utilisateur. 2. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 1, dans lequel le dispositif vibroacoustique (100) est logé dans un boîtier (110) porté par une extrémité (121) d'un arceau élastique (120) conformé pour que, en utilisation, la couche d'élastomère (107-108) soit en appui contre le thorax d'un utilisateur et qu'une seconde extrémité (122) de l'arceau soit en appui contre le dos de l'utilisateur. 3. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 2, dans lequel la seconde extrémité de l'arceau est munie d'une batterie reliée électriquement au boîtier de la première extrémité. 4. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un microcontrôleur (114) relié à un récepteur (115) d'un signal audio destiné à être émis, en utilisation, depuis une source audio, le microcontrôleur étant relié aux bornes électriques de la bobine (103) et programmé pour alimenter électriquement les bornes électriques en fonction d'un signal audio reçu depuis la source audio, en utilisation. 5. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 4, dans lequel le récepteur est filaire et comprend une prise de connexion filaire (115) à une source audio. 13 6. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 4, dans lequel le récepteur est sans fil et comprend une antenne de réception du signal audio sans fil et un transducteur transformant le signal audio sans fil en signal électrique. 5 7. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le microcontrôleur est programmé pour filtrer certaines fréquences du signal audio avant d'alimenter électriquement les bornes électriques. 8. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 7, dans 10 lequel la filtration comprend une atténuation de certaines fréquences du signal audio. 9. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, dans lequel le microcontrôleur est programmé pour atténuer au moins les fréquences 60 Hz, 910 Hz, 3,6 kHz et 14 kHz. 15 10. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le boîtier (110-200) comprend des boutons de réglage connectés au microcontrôleur pour choisir une ou des fréquences à filtrer. 11. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le boîtier (110-200) comprend des boutons 20 de réglage connectés au microcontrôleur pour régler un filtre à appliquer sur une ou plusieurs fréquences. 12. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la couche d'élastomère (107-108) présente un profil courbé. 25 13. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 12, dans lequel la couche d'élastomère (107-108) présente une forme de calotte sphérique. 14 14. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 13, dans lequel la couche d'élastomère (107) présente une forme de calotte sphérique convexe. 15. Dispositif vibroacoustique selon la revendication 13, dans 5 lequel la couche d'élastomère (108) présente une forme de calotte sphérique concave. 16. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel la couche d'élastomère (107-108) présente une épaisseur maximale de 2 mm et la tige présente une longueur comprise entre 10 0,5 cm et 1,5 cm, de préférence 1 cm. 17. Dispositif vibroacoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel l'élastomère est choisi parmi les silicones et le caoutchouc. 15