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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS ACOUSTIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionnements ap- portés aux dispositifs acoustiques et elle se réfère plus particulièrement aux récepteurs ou aux reproducteurs de sons destinés à transformer les vibrations sonores en variations de grandeurs électriques ou vice-versa, par exemple, aux microphones ou aux haut-parleurs- Le but de l'invention est de perfectionner leurs organes absorbant ou au contraire rayonnant le son, en vue de réaliser une augmentation du rendement acoustique, de réduire les phénomènes gênants de sélectivité au point de vue de la direction et de la fréquence du son, et de
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réduire au minimum les distorsions acoustiques.
L'invention s'applique de préférence, mais non exclusivement,
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au dispositifs électromagnétiques ou éleotrodynamiques comportant un diaphrag- me qui fonctionne en piston en se déplaçant avec une faible force de rappel.
Lorsqu'il s'agit de reproducteurs de sons, les moyens indiquée dans la suite
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donnent les meilleurs rieultate en combinaison avec les dispositifs de ce genre connus sous le nom de haut-psrleurs Rice & Kellogg- En utilisant un tel haut-parleur dans les conditions habituelles c'est-à-dire ea le faisant agir directement sur l'air ambiant, on constate d'une part, que le son émis est rayonné dans une direction déteminée sous la forme d'un faisceau plus ou moins étroit;
dans certaines asiles, un tel faisceau con- centré est susceptible de provoquer des phénomènes de réflexion trop prononcée et par conséquent une mauvaise répartition de l'énergie acoustique rayonnée*
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D'autre part, il est difficile de réaliser va diaphragme suffisement rigide pour que ces vibrations partielles soient complètement supprimées :aux fréquen- ces élevées, on observe sur le diaphragme soit des ondes stationnaires, soit des ondes mobiles qui se propagent vers sa périphérie.
Ces ondes partielles qui peu- vent donner lieu à des phénomènes de résonance, sont rayonnées dans l'espace d'une façon moins régulière que celles qui correspondant aux oscillations "en
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pietom", et il en résulte que les différentes fréquences sont émises avec des intensités cufférentest les "dents de saiem sur la courbe de sensibilité d'un haut-parleur sont dans une grande partie dues à ces résonances partielles du diaphragme*
On a déjà proposé de supprimer cet inconvénient par l'emploi
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de chambres de compression représentées schématiquement sur la ?ig*l* La face avant du diaphragme 1 produit des variations de pression dans la cavité non ri801:
1811te a. ces variations de pression correspondant uniquement aux mouvements en piston du diaphragme, étant donné que la somme des déplacements partiels du diaphragme est sensiblement égale à zéro. Dans ces conditions, on peut, théori- quement tout au moins, obtenir dans l'embouchure 4 des oscillations acoustiques exemptes de l'effet des vibrations partielles du diaphragme* Une chambre ana-
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logue 3 peut être disposée de l'autre coté du diaphragme pour 8QSIDcter la ren- dement du dispositif*
Mais cette disposition connue offre deux Inconvénients :
les ouvertures 4 et 5 présentent nécessairement des propriétés sélectives au point @
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de vue de l'émission du son, de sorte que l'on n'obtient pas une émission ré- gulière de toute la gamme audible* D'autre part, les deux émissions sortant des orifices 4 et 5 sont décalées de 180", de sorte qu'elles tendent à s'équi- librer, aussitôt sorties, par ce qu'on pourrait appeler un "court-circuit" acoustique*
Conformément à une forme de réalisation de la présente invention, on remplace les orifices 4 et 5 par deux ou plusieurs filtres acoustiques, en les choisissant de sorte que chacun d'eux laisse passer une partie déterminée de la gamme audible* En sélectionnant ainsi les émissions, on évite toute interférence entre les ondes acoustiques rayonnées,
car 11 s'agit de parties différentes de la gamme qui de préférence ne se recouvrent pas*
Dans le cas le plus simple, représenté schématiquement sur la Fig. 2, on se contente de deux gammes partielles* Sur cette figure, les abscis- ses représentent les fréquences acoustiques f et les ordonnées les longueurs d'onde correspondantes' la gamme acoustique totale que l'on veut émettre cor- respond à la longueur A C.
En donnant à l'organe remplaçant l'orifice 4 les propriétés d'un filtre acoustique "passe-bas" qui ne laisse passer que la gam- me P = A B (ou les fréquences inférieures) et à l'organe correspondant à 5 les propriétés d'un filtre "passe-haut" qui ne laisse passer que la gamme - B C (ou les fréquences supérieures), on obtient deux émissions différentes entre lesquelles aucun "court-circuit" acoustique n'est possible,
Au lieu d'appliquer deux filtres seulement, on peut en disposer plusieurs, chacun d'eux étant alors établi comme "passe-bande", et on peut les répartir convenablement sur les deux chambres de compression 2 et 3. Chacun de ces filtres représente évidemment une impédance acoustique complexe qu'on peut dimensionner en lui donnant la forme et les dimensions appropriées.
Il est préférable, suivant un autre aspect de l'invention, de choisir ces impédances de façon à ce que l'énergie rayonnée par chaque face du diaphragme soit égale à celle de l'autre face. Dans le cas le plus simple de deux gammes composantes, il est préférable que la gamme P soit plus courte que Q, étant donné que l'énergie des notes graves est, dans la plupart des audi- tions,
plus élevée que celle des notes algues* Quel que soit le cas considéré on peut toujours choisir la fréquence de séparation B de façon à équilibrer plus ou moins l'énergie acoustique émise par les deux faces de la membrane vi- brante* Le but d'un tel équilibrage est d'utiliser au maximum le rayonnement
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de Chaque face et d'augmenter ainsi le rendement acoustique de l'ensemble*
Par le choix rationnel'des filtres acoustiques, on peut obtenir le résultat représente schématiquement sur la Fig. 3.
Sur cette figure, en a porté en ordonnées les intensités du son émis en fonction de la fréquence* Lorsqu'on fournit au haut-parleur un courant alternatif d'énergie constante et de fréquence variable, le filtre remplaçant l'ouverture 4 laisse passer une onde acoustique dont l'intensité varie d'après la courbe Np. A des fréquences voisines de B, cette courbe baisse rapidement, et au-delà de cette fréquence, c'est le filtre correspondant à l'autre chambre qui laisse passer le son dont l'intensité varie d'après Nq.
On obtient ainsi une "courbe de sensibilité" à laquelle on peut donner par exemple la forme horizontale pour une énergie élec- trique constante ou pour une tension constante aux bornes du haut-parleur, on bien toute autre forme désirée*
Il va de soi qu'on peut conférer plus facilement la forme désirée à la courbe résultante de sensibilité en augmentant le nombre de filtres, c'est-à-dire en subdivisant la totalité des fréquences en un grand nombre de gammes élémentaires relativement étroites et en réglant séparément chaque fil- tre.
Dans le cas limite, chacun des filtres laisse passer une bande très étroite ,et il peut titre constitue par un résonateur à accord relativement aigu de forme appropriée*
Ce cas particulier d'application de nombreux résonateurs formant deux groupes distincts est représenté sur les figures 6 à 13 jointes* Suivant cette variante de la présente invention, an applique des résonateurs tubulai- res accordés, disposés essentiellement d'après les points suivants qui peuvent être pris isolément ou en combinaison :
1 ) les tubes résonnateurs sont placés, par rapport à la membrane du diffuseur, de façon à recevoir des excitations optima , en proportionnant judicieusement leur distance à la hauteur des notes respectives*
2 ) Ces tubes sont placéanau voisinage les uns des autres.,
3 ) Le diffuseur, qui est placé de préférence avec son axe verti- cal ou horizontal, agit à la fois par ses deux parties ou parois, sur des cou- ches d'air contenues dans deux boites d'harmonies, analogues aux boites 2 et 3 de la Fig. 1.
4 ) Les deux boite* d'harmonie commandent de préférence deux par- ties, séparées par le médium, de la gamme des sont*
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5 Avec un diffuseur, à axe horizontal, on dispose de préférence vis-à-vis de la membrane, un groupe indépendant de tubes horizontaux, pour les notes plus aiguës, tandis que les autres notes sont réparties corrélativement entre divers autres groupes de tubes verticaux.
6 ) Pour les tubes à notes graves, des orifices permettent de réduire l'encombrement*
7 ) Pour éviter que les intensités ne soient réduites avec les dimensions des tubes résonnateurs, les petits tubes ,pour notes aiguës, sont multipliés, soit en rangs parallèles, soit en faisceaux, etc....
Les figures 10 et 11 montrent, respectivement en élévation et en plan, la correction de l'intensité des sono par la multiplication des tubes de petites dimensions, en rangées parallèles.
Les figures la et 13 enfin montrent une disposition similaire, mais en faisceaux*
Dans l'appareil des figures 6 et 7, le diffuseur 10 est installé avec son axe vertical et, lorsqu'il est actionné par la réception d'un courant modulé musical, il agit sur les couches d'air contenues dans deux boites d'har monie 11 et 12 respectivement par sa partie antérieure (paroi intérieure) et sa partie postérieure (paroi extérieure)-
Sur la boite 11 est fixée une série de tubes 13 ouverts à leurs deux extrémités et accordés individuellement sur une note de la gamme musicale s'étendant du médium au plus aigu* Sur la boites 12 est fixée une série de tu- bes 14 ouverts à leurs deux extrémités ou :
fermée à un bout, accordés indivi- duellement sur une note de la gamme musicale s'étendant du médium au plus grave
La position de ces tubes par rapport à la membrane du diffuseur, est calculée de façon que leur position par rapport à cette membrane, corres- ponde à une excitation maximum! c'est pourquoi les tubes les plus courts, notes les plus hautes, se trouvent plus rapprochés de la membrane que les tubes plus longs, notes plus basses*
De pas la position de chacun de ces tubes, position qui corres- pond au point optimum d'excitation, chaoem de ces tubes entre en résonance lorsque la note pour laquelle il est accordé est émise par la membrane du dif- fuseur* Cette note fondamentale, généralement émise sens harmonique,
est restituée par le tube avec toutes les harmoniques manquantes.
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Des orifices 15 sont ménagea à la naissance des tubes correspon- dants aux notes les plus basses, dans le cas où ceux-ci ont leurs extrémités bouchées, afin de baisser d'un octave et de diminuer ainsi leur encombrement*
Dans la variante des Fige 8 et 9, le diffuseur 10 est installé avec son axe horizontal, et agit comme précédemment sur deux chambres d'harmo- nie 11 et la* Une série de tubes 16 correspondant aux notée les plus algues de la gamme, sont placés horizontalement, au voisinage et en avant de la membra- ne du diffuseur* un tampon 17 permet de boucher l'ouverture en avant du dif- fuseur dans le cas où le faisceau 16 n'est pas utilisés Les notes demi-médians 18 sont placées verticalement au-dessus de la chambre 11.
Sur la chambre 12 viennent se greffer les tubes 19 correspondant au médium de la gamme* Enfin, les tubes 20 et 21, pour les notes les plus basses, se greffant aux extrémités des chambres 12 et Il* Tous ces tubes sont placés à des distances appropriées comme expliqué ci-dessus pour le premier appareil.
On sait que le résultat auditif de l'excitation diminue propor- tionnellement avec la grandeur du tube* Pour obvier à cet inconvénient, les tubes correspondants aux notes les plus algues , sont répétés plusieurs fois dans une proportion varient avec la puissance de la note qu'ils sont appelés à faire résonner:
cette dernière particularité de l'invention s'appliquant de préférence aux notes s'étendant des plus algues aux demi-médiums-
Dans le groupement des Fig. 10 et 11, les tubes sont placés en rangs parallèles, et dans celui des Fig. la et 13, ils sont en faisceaux*
Dans tous les cas, le diffuseur peut être placé soit au centre de la chambre d'harmonie, soit excentré en un point quelconque de la chambre d'harmonie ,point correspondant à la meilleure utilisation de 1'excitation' Conformément à l'invention, les résonateurs doivent être agencés de façon à ce que le rapport entre leur surface utile d'excitation et celle de la membra- ne vibrante atteigne de préférence une valeur assez élevée, supérieure à 7 par- exemple* Ainsi,
avec une membrane vibrante de 32 cm. de diamètre, ayant une surfacede 800 cm2 environ, on peut exciter dans les meilleures conditions, un ensemble de résonateurs accordés de demi-tan en demi-ton, sur 7 octaves, antre les fréquences de 32 et 3444, la section totale de ces résonateurs étant de 6000 cm2 environ*
Suivant l'invention, on peut aussi utiliser plusieurs diffuseurs pour exciter le même nombre de résonateurs: on peut aussi exciter chaque cati @
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gorie de résonateurs, basses, médiums, aiguës, par des diffuseurs de caracté- ristiques acoustiques déterminées appropriées.
Il va de soi que la présente invention n'est limitée ni à l'ap- plication de résonateurs ni à leur subdivision en deux groupes seulement, et que les dispositions représentées sur les figures 8 à 13 n'ont été données qu'à titre d'exemple,
Elle couvre d'une façon plus générale, la subdivision de la gauvne acoustique totale en un nombre quelconque de tronçons P, Q, R, S, T, etc.*..
(voir Fig. 4) choisis de préférence, mais pas nécessairement, de façon à cor- respondre à des quantités d'énergie du marne ordre de grandeur, chacun de ces troneçons étant émis à travers un filtre acoustique passe-bande. Oes filtres sont disposés des deux côtés du diaphragme et groupés à volonté- On peut, par exemple, disposer d'un coté les filtres P, Q, R pour les basses fréquences et de l'autre coté S, T, Etc.... correspondant aux notes aiguës* Suivant une au- tre variante,
on peut mettre les filtres pairs d'un coté et les filtres im- pairs de l'autre-
La disposition géométrique des différents filtres ou de groupes de filtres est très importantes On peut disposer et orienter dans l'espace les émetteurs des différentes gammes de façon à obtenir le meilleur effet ar- tistique ou une meilleure répartition de l'émission* On obtient ainsi plusieurs émetteurs qu'on peut rendre plus ou moins directifs en utilisant éventuellement des écrans réfléchissants, des pavillons combinés avec des résonateurs qui émettent le son dans toutes les directions* La combinaison de ces moyens per- met de diriger et de répartir les émissions de la manière voulue en l'adaptant parfaitement à l'acoustique de la salle, à la nature des sons à reproduire,
etc et de supprimer l'émission en faisceau dirigé qui caractérise tous les haut- parleurs actuels*
Les filtres acoustiques à appliquer peuvent être de toute nature* On peut, par exemple, les constituer par des masses d'air plus ou moins confi- né dont on utilise l'inertie et l'élasticité afin de réaliser, comme dans les filtres électriques, la sélection désirée des fréquences.
De tels filtres ont fait l'objet de plusieurs études, et les techniciens en connaissent les for- mes de réalisation* Pour élargir ou pour modifier dans le.sens désiré la bande d'un filtre acoustique de ce genre, an peut introduire, en série avec les ca-
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naux qui le constituant, des cavités sphériques ou de formes différentes, sui- vant un procédé connu* Certains parmi les filtrat peuvent être remplacés par des pavillons exponentiels fonctionnant comme filtre passe-haut*
On peut d'autre part, agir sur les constantes caractéristiques des filtrée en y introduisant des masses vibrantes sous forme de diaphragme*, parois mobiles etc... dont on peut proportionner l'inertie et l'élasticité:
ces procédés sont également connus dans la technique des filtrée acoustique** On peut enfin appliquer le cas particulier signalé plus haut d'après cette disposition particulière, chacun des deux filtre* est constitué par un groupe de résonateurs à bande étroite, disposés à des distances appro- priées de l'excitateur, distances qui théoriquement doivent correspondre au quart de la longueur d'onde $On à son multiple impair)
Si ces résonateurs sont constituée par clos tubes cylindriques, la langueur de chacun d'eux correspond aux ordonnées de la courbe hyperbolique représentée sur les Fig. 2 et 4. En ce qui concerne le choix de l'intervalle qui sépare deux résonateurs voisins, ce peut l'établir coma doms le cas de circuits électriques accordée (voir Fig. 5).
Si M est la courbe de résonnance d'un tube accordé sur la fréquen- ce f1 et n la courbe correspondante du résonateur voisin accordé sur la fré- quence f2, la courbe résultante est représentée, aomme on le sait, par I. On peut réduire à volonté les ondulations de la courbe L en réduisant suffisam- ment l'intervalle f1 f2 ou en choisissant l'amortissement approprié ou bien en agissant sur ces deux facteurs à la fois* On peut également agis sur les dia- mètres des résonateurs élémentaires et modifier leur nombre pour chaque fré- quence en vue d'obtenir la courbe résultante de la forme désirée*
Pour ne pas augmenter démesurément le nombre de résonateurs élé- mentaires on peut admettre une certaine ondulation de la courbe L en
acceptant pour "a" (voir Fig. 5) la valeur de 2 décibels par exemple*
Dans le cas de filtres de construction différente laissant passer des bandes plus larges, on peut également réaliser les modifications désirées dans la qualité du son reproduit en incorporant soit dans les chambres de com- pression soit dans les filtres eux-mêmes des organes d'amortissement pouvant être constituée par exemple par des chicanes ou par des matières absorbant les vibrations* Ces orgeats d'amortissement peuvent être réglable)) par variation de leurs dimensions,
de leurs tensions mécaniques ou de leur emplacement* @
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On peut enfin prévoir dans certains cas des couplages mécaniques ou pneuma- tiques plus ou moins serrés entre les différentes parties oscillantes des fil- tres, en vue de modifier dans le sens désiré la forme de la courbe de sensibi- lité de l'ensemble*
En ce qui concerne la forme et les dimensions des deux chambres 2 et 3 sur lesquelles agissent les deux faces du diaphragme vibrant, l'inven- tour a constaté qu'à chaque filtre ou ensemble de filtres montés d'un côté du diaphragme, ainsi qu'à chaque type du haut-parleur 1 (voir Fig*l) correspond un volume optimum de ces cavités* Pour faciliter le réglage de ce volume,
on peut prévoir des parois mobiles, de façon à effectuer ce réglage au cours du fonctionnement de l'appareil: on confère ainsi au son l'intensité voulue et le timbre désiré. Les parois des cavités 8 et 3 peuvent se déplacer parallè- lement à elles-mêmes ou bien tourner autour d'articulations appropriées afin de donner à ces évités non seulement le volume mais la forme la meilleure :
il faut en' effet tenir compte notamment de phénomènes de réflexion du son qui doit être réparti dans des directions correspondant à l'emplacement des diffé- rente filtres et résonateurs*
La Fig. 14 représente à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention comportant les moyens de réglage indiqués ci-dessus* Les réso- nateurs à fréquences aiguës 7 sont disposés dans la paroi mobile 5; chacun d'eux peut coulisser dans cette paroi pour que son extrémité inférieure se trouve à la distance optimum du diaphragme 1.
Les résonateurs 8 à basse fréquence se greffent sur la chambre 3 dont les parois 11 sont inclinées de façon à mieux réfléchir le son* La paroi 12 est mobile de façon à permettre le réglage optimum du volume de la cavité :$
Pour mieux accorder certains résonateurs, on peut les munir de prolongateurs 10. Bnfin, pour régler le degré de couplage entre le résonateur q et la chambre 3, on peut disposer à la base du résonateur un orifice 9 dont on peut modifier les dimensions et la forme.
On obtient ainsi une reproduction très fidèle de sons complexes et même des vibrations non stationnaires, on peut également compenser les dé- formations qui sont introduites dans leur reproduction par certaines particu- larités des enregistrements, des amplificateurs, des lecteurs, etc.**. D'autre part, lorsqu'il s'agit de reproduire des partitions complexes, la disposition
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espacée des différents émetteurs qui rayonnent des gammes différentes produit une impression très favorable et permet de suivre beauooup plus facilement chaque instrument de l'orchestre, par exemple, que dans le cas d'un seul émet- teur.
En fonctionnement, las appareils conformée à l'invention se oom- portent comme des ensembles de plusieurs émetteurs espacés, plus oudmoins exempts de propriétés directives et rayonnant les sons dans tous les sens.
Etant donné que chacun d'eux émet une gamme différente, l'écran acoustique qui est Indispensable dans tous les haut-parleurs actuels, peut être supprimé sans qu'on constate aucune interférence entre les Bons émis par les deux faces du diaphragme* Enfin, en dimensionnant convenablement les filtres élémentaires, on arrive à réliser la suppression des Irrégularitésde la courbe de sensibi- lité résultante à laquelle on peut donner la forme désirée.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.