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PERFEOTIONNEMENTS AUX APPAREILS PRODUCTEURS DE SONS.-
L'invention concerne des perfectionnements aux appareils repro- ducteurs de sons et plus particulièrement un distributeur pour dévier et diffu- ser les ondes sonores engendrées par un haut-parleur.
Sous son aspect le plus large, l'invention prévoit les moyens d'obtenir une distribution plus uniforme des ondes sonores émises par un haut- parleur dans une salle.
Plus spécialement, l'invention prévoit les moyens de diriger et de diffuser les ondes de hautes fréquences sonores émises par un haut-parleur du type dynamique associé à un écran et reproduisant une large gamme de hautes fréquences.
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Lorsqu'un élément vibrant tel qu'on diaphragme rayonnant directe- ment dans l'air libre a des dimensions faibles par rapport à la longueur don du son émis, le rayonnement se propage sous forme d'ondes sphériques. En d'au- tres termes, lorsque les dimensions de la surface radiante deviennent comparas blés ou supérieures à la longueur du son émis, la propagation de l'onde se fait pratique.nent perpendiculairement à la surface mobile et sans dispersion appré- ciable, à une distance relativement grande de cette surface;
la propagation prend la forme d'un faisceau6 Il en résulte la présence d'un excès de hautes fréquences dans la zône faisant directement face au haut-parleur et une insuf- fisance de hautes fréquences dans les zôtes latérales et, par conséquent,une ...fidélité inégale de la reproduction en différents points de la salle dans laquelle se trouve le haut-parleur.
De plus, en raison du fait qu'en général les caractéristiques d'absorption du son aumentent avec la fréquence, la haute fréquence rayonnée par un haut-parleur est plus rapidement absorbée et, par conséquent, ne semble pas diffusée comme les radiations de basses fréquences. Pour cette aison, dans de telles salles le son parait manquer de hautes fréquences*
Les principaux facteurs qui interviennent dans la qualité d'un récepteur radio-électrique dans une salle, sont des caractéristiques de sensi- bilité, de direction et de puissance du haut-parleur du récepteur et les ca- ractéristiques de réverbération de la salle. L'action de ces différents fac- teurs est traitée en détail à la page 351 de "Applied Acoustics" par Oison et Massa.
Ces résultats peuvent être résumés de la façon suivante Le rapport des sons réfléchis aux sons directement émis (réverbération' est proportionnel à l'angle de diffusion du haut-parleur, ainsi qu'au temps de réverbération de la salle. Comme la salle ne peut pas être modifiée, on ne peut accroître la réverbération des hautes fréquences qu'en augmentant l'angle de diffusion pour ces hautes fréquences. L'invention a pour but un dispositif permettant d'ac- croître l'anale de diffusion pour les hautes fréquences émises par un cône de haut-parleur.
Dans le cas d'un pavillon, la caractéristique de radiation est symétrique au tour de son axe de symétrie. Si la section droite du pavillon est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde, son influence sur les ca- ractéristiques directionnelles est indépendante des conditions ambiantes.
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Ainsi, un moyen d'accroître l'angle de distribution consiste à utiliser dif- férents pavillons connectés au cône et présentant des dimensions appropriées à la gamme'de fréquences pour laquelle on désire augmenter la diffusion, les axes des pavillons étant dirigés de façon à obtenir la diffusion angulaire désirée. Dans cette application particulière, il convient d'augmenter la dif- fusion dans le plan horizontal, la radiation dans le plan vertical étant habi- tuellement satisfaisante et suffisamment diffuse si elle est dirigée au-dessus du plan horizontal.
Conformément à l'invention, l'effet de pavillon peut être obtenu de façon peu coûteuse par l'utilisation d'ailettes couplées intimement de façon acoustique au diaphragme* Il en résulte une disposition présentant la même efficacité que différents petits pavillons dont les axes sont inclinés suivant différents angles*
Le dispositif conforme à l'invention permet de diriger le faisceau d'ondes de hautes fréquences au-dessus de l'horizontale en évitant ainsi les radiations inutiles vers le sol,
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques de la présente invention en se référant à la description suivante ainsi qu'aux des- sins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple et dans lesquels:
La Fig.l est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un ap- pareil acoustique conforme à l'invention.
La Fig.2 est une vue en plan, en section partielle, d'un haut- parleur et des éléments directeurs de sons de l'appareil acoustique de la Fig.l
La Fig.3 est une élévation latérale,' en coupe suivant la ligne 3-3 des éléments représentés à la Fig.2.
La Fig.4 est une vue latérale du dispositif moteur utilisé dans l'appareil de la Fig.l.
Les Fig.5 et 6 sont .des diagrammes représentant la caractêristi- que de sensibilité d'un appareil acoustique ne faisant pas usage de l'inven- tion, at
Les Fig.7 et 8 sont des diagrammes représentant lescaractéristi- ques de sensibilités de l'appareil acoustique conforme à l'invention.
La Fig.l représente un haut-parleur, de préférence du type élec tro-dynamique à action directe, comprenant un enroulement d'excitation 1, un noyau 3 en matière magnétique, un support métallique de base 5 et am support de diaphragme 7. Ce haut-parleur est pourvu d'ailettes de diffusion 9 et est, @
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de préférence, supporté dans la partie inférieure d'un meuble 1,1 Il est monté de façon convenable sur la paroi inférieure 13 du meuble contre une ouverture 15 percée dans la paroi frontale 17 du meuble. Le haut-parleur est placé dans une position inclinée au moyen des blocs en forme de coins 19 et 21.
Le bloc 21 présentant une ouverture 23 dans l'alignement de l'ouverture de l'écran, constitue un joint entre la paroi frontale du meuble servant d'écran et la base du cône du diaphragme du haut-parleur* Principalement pour des raisons de cons- truction, l'écran est, de préférence, vertical mais il est entendu que l'inven- tion n'est pas limitée à cette construction particulière. L'angle d'inclinai- son du haut-parleur est, de préférence, d'environ 7 à 10 .
Cette inclinaison donne une diffusion totale du faisceau de hautes fréquences de l'ordre de 30 à 35 dans le plan vertical et diminue l'effet de sélection des fréquences pour des points éloignés de l'axe du haut-parleur*
Les Fig.2 et 3 montrent le distributeur 9 de hautes fréquences avec sa monture dans la position qu'il doit occuper par rapport au diaphragme 25 de forme cônique ou équivalente,Le diaphragme est pourvu à sa petite ex- trémité d'une double bobine mobile 27 représentée en détail à la Fig.4.4 Sa large base est supportée par le support de diaphragme par l'intermédiaire d'un anneau flexible 29. L'anneau flexible est serré contre le support 5 par un anneau métallique 31.
Le distributeur 9 est constitué par un certain nombre d'ailettes, dont quatre ont été représentées, divisant l'espace faisant face au côté concave du diaphragme conique pratiquement en quatre pavillons dont les axes sont inclinés suivant différents angles. Les ailettes sont disposées es- pectivement dans différents plans verticaux divergents. La surface des ailettes peut être courbe si on le désire* Les ailettes sont maintenues espacées l'une de l'autre au moyen de petites tiges métalliques 33 qui leur sont soudées par points et l'ensemble supporté par l'anneau du cône 31 par 1 t intermédiaire de bandes métalliques 35.
Les bords intérieurs des ailettes sont placés à proxi- mité du diaphragme conique et du disque de centrage 37 à une distance d'envi- ron 5 m/m. de façon à laisser vibrer librement le cône. Cette proximité est nécessaire pour assurer le fonctionnement effectif des ailettes comme des pa- villons et pour diminuer les fuites entre les sections de pavillons et les bords des ailettes proches du diaphragme* Il est préférable d'utiliser, pour les ailettes, des feuilles de métal d'environ 8/10 de m/m. d'épaisseur* On a constaté que le papier ou le bois ne donnent pas satisfaction en raison du
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haut degré d'absorption de ces matières pour les hautes fréquences particuliè- rement lorsqu'elles sont utilisées dans des zônes de pression élevée.
Lorsque les ailettes sont distantes du cônes et qu'elles agissent comme réflecteurs, il n'est pas nécessaire d'utiliser du métal.
Les Fig.5 à 8 représentent des diagrammes caractéristiques obte- nus par expériences sur un haut-parleur avec et sans ailettes. Le haut-parleur utilisé avait un cône de 20 c/m.,construit en papier léger,et une double bobi- ne mobile aomportant une petite bobine 39 et une grande bobine 41 représentées en détail à la Fig.4. Les bobines étaient bobinées sur une carcasse 43 en métal léger pourvue d'un accouplement élastique 45 entre les bobines, Pour les essais, le haut-parleur était monté derrière un écran plan au lieu d'un meuble, les hautes fréquences se comportant de la même façon @ un écran qu'avec un meuble,
Pour montrer l'action du distributeur de sons, la forme du front d'ondes directement en face du cône,avec et sans distributeur,
a été déterminée au moyen d'un microphone explorateur déplacé de façon que la phase de l'onde reste la môme pour tous les points d'observation. La ligne dessinée en face du cône dans chaque figure, représente une ligne d'égale phase du son et le nombre indiqué devant chaque liane représente les pressions sonores relatives aux dif- férents points* Une comparaison des'courbes des fig.6 et 8 permet de juger de l'efficacité des ailettes pour diffuser le faisceau de hautes fréquences.
On n'a indiqué que les lectures effectuées sur des fréquences de 6.000 à 8,000 périodes/seconde*
On sait que certains constructeurs ont proposé de diffuser hori- zontalement le faisceau de hautes fréquences au moyen d'ailettes réflectrices placées en face du diaphragme conique* Ils n'ont pas cependant constaté le fait qu'il est hautement désirable, pour obtenir des résultats parfaits, de placer les ailettes aussi près que possible du cône de façon à réduire les faites autour des bords des ailettes adjacents au cône, En effet, les ailettes propo- sées précédemment, agissent comme des réflecteurs,
les ondes de hautes fréquen- ces sonores venant frapper les ailettes étant véritablement réfléchies suivant des angles dépendant de l'inclinaison des ailettes* Il en résulte dans diffé- rentes directions autour de l'axe du cône, des faisceaux distincts laissant entre eux des espaces important caractérisés par l'absence d'ondes sonores de haute fréquence* Suivant la disposition conforme à l'invention, les ailettes
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constituent plusieurs petites pavillons agissant comme tels, disposés près de la surface du diaphragme pour diriger les ondes de hautes fréquence de la source.
On a également déjà proposé d'incliner l'axe du c8ne sur l'hori- zontale en inclinant l'écran et le haut-parleur probablement pour éloigner du sol le faisceau de hautes fréquences. Les écrans inclinés présentent certaine désavantages et ,notamment, ils prennent plus de place dans un meuble dont la construction est plus coûteuse.
Cependant, le problème de la distribution des ondes sonores de hautes fréquences n'est pas encore entré dans le domaine de l'application pra- tique car ce problème ne se pose que lorsqu'on utilise des appareils d'une fidélité réellement élevée. Les haut-parleurs utilisés généralement jusqu'à présent ont, comme on le sait, une limite supérieure de sensibilité de 4.000 à 5. 000 périodes/seconde. La courbe de la fig.5 montre qu'à 6.000 périodes, il ne se produit pas d'effet directionnel. Au-delà de 6.000 périodes, la sa- sibilité des appareils habituels est négligeable.
Il résulte de l'invention que la sensibilité, pour toutes les fréquences, est nettement plus uniforme que précédemment. Sans le distributeur de hautes fréquences, on a constaté que la radiation était atténuée de six décibels par exemple pour un angle de 25 . Avec le distributeur cependant, d'après une courbe moyenne prise de 3.000 à 8.000 périodes/seconde, la radia- tion n'était atténuée de six décibels que pour un angle de 45 La diffusion totale passe de 50 sans le distributeur à 90 avec le distributeur,
Bien que l'on préfère utiliser le distributeur de sons en combi- naison avec un haut-parleur à double bobine mobile, l'invention est également utile lorsqu'elle est appliquée à un haut-parleur construit pour reproduire les hautes fréquences seules.
On a utilisé l'invention avec succès avec une disposition analogue suivant laquelle les hautes fréquences sont rayonnées uniquement par la surface frontale d'un diaphragme conique et les basses fhê- quences par la face arrlère.
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IMPROVEMENTS TO SOUND-PRODUCING DEVICES.
The invention relates to improvements in sound reproducing apparatus and more particularly to a distributor for deflecting and diffusing sound waves generated by a loudspeaker.
In its broadest aspect, the invention provides the means of obtaining a more uniform distribution of the sound waves emitted by a loudspeaker in a room.
More specifically, the invention provides the means of directing and diffusing the high frequency sound waves emitted by a dynamic type loudspeaker associated with a screen and reproducing a wide range of high frequencies.
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When a vibrating element such as a diaphragm radiating directly in the open air has small dimensions compared to the length of the sound emitted, the radiation propagates in the form of spherical waves. In other words, when the dimensions of the radiant surface become comparable to or greater than the length of the sound emitted, the wave propagation becomes practical. Perpendicular to the moving surface and without appreciable dispersion, at a relatively large distance from this surface;
propagation takes the form of a beam6 This results in the presence of an excess of high frequencies in the area directly facing the loudspeaker and an insufficiency of high frequencies in the lateral areas and, consequently, a. .. uneven reproduction fidelity at different points in the room in which the loudspeaker is located.
In addition, due to the fact that in general the absorption characteristics of sound increase with frequency, the high frequency radiated by a loudspeaker is more quickly absorbed and, therefore, does not appear to diffuse like bass radiations. frequencies. For this reason, in such rooms the sound seems to lack high frequencies *
The main factors which intervene in the quality of a radio-electric receiver in a room are characteristics of sensitivity, direction and power of the loudspeaker of the receiver and the reverberation characteristics of the room. The action of these different factors is dealt with in detail on page 351 of "Applied Acoustics" by Oison and Massa.
These results can be summarized as follows: The ratio of reflected sounds to sounds directly emitted (reverberation 'is proportional to the speaker scattering angle, as well as to the reverberation time of the room. As the room cannot not be modified, the reverberation of the high frequencies can only be increased by increasing the scattering angle for these high frequencies. The object of the invention is to provide a device for increasing the scattering anal for high frequencies. emitted by a loudspeaker cone.
In the case of a pavilion, the radiation characteristic is symmetrical around its axis of symmetry. If the cross section of the horn is of the order of magnitude of the wavelength, its influence on the directional characteristics is independent of the ambient conditions.
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Thus, one way to increase the angle of distribution is to use different horns connected to the cone and having dimensions appropriate to the range of frequencies for which it is desired to increase the diffusion, the axes of the horns being directed so as to obtain the desired angular diffusion. In this particular application, it is desirable to increase the scattering in the horizontal plane, the radiation in the vertical plane being usually satisfactory and sufficiently scattering if it is directed above the horizontal plane.
According to the invention, the horn effect can be obtained inexpensively by the use of fins intimately coupled acoustically to the diaphragm * This results in an arrangement having the same efficiency as various small horns whose axes are inclined at different angles *
The device according to the invention makes it possible to direct the beam of high-frequency waves above the horizontal, thus avoiding unnecessary radiation towards the ground,
The advantages and characteristics of the present invention will be better understood by referring to the following description as well as to the accompanying drawings, given merely by way of example and in which:
FIG. 1 is an elevational view, partly in section, of an acoustic device according to the invention.
Fig. 2 is a plan view, in partial section, of a loudspeaker and sound directing elements of the hearing apparatus of Fig. 1
Fig. 3 is a side elevation, in section taken along line 3-3 of the elements shown in Fig. 2.
Fig.4 is a side view of the motor device used in the apparatus of Fig.l.
Figs. 5 and 6 are diagrams showing the sensitivity characteristic of a hearing device not making use of the invention, at
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the characteristics of the sensitivities of the hearing device according to the invention.
Fig.l shows a loudspeaker, preferably of the direct-acting electro-dynamic type, comprising an excitation winding 1, a core 3 of magnetic material, a base metal support 5 and a diaphragm support 7. This loudspeaker is provided with 9 diffusion fins and is, @
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preferably, supported in the lower part of a cabinet 1.1 It is suitably mounted on the bottom wall 13 of the cabinet against an opening 15 pierced in the front wall 17 of the cabinet. The loudspeaker is placed in an inclined position by means of the wedge-shaped blocks 19 and 21.
The block 21 having an opening 23 in line with the opening of the screen, constitutes a seal between the front wall of the cabinet serving as a screen and the base of the cone of the speaker diaphragm * Mainly for reasons of construction, the screen is preferably vertical, but it is understood that the invention is not limited to this particular construction. The speaker tilt angle is preferably about 7-10.
This inclination gives a total diffusion of the beam of high frequencies of the order of 30 to 35 in the vertical plane and reduces the frequency selection effect for points far from the axis of the loudspeaker *
Figs. 2 and 3 show the high-frequency distributor 9 with its mounting in the position it should occupy with respect to the conical or equivalent diaphragm 25, The diaphragm is provided at its small end with a double coil movable 27 shown in detail in Fig.4.4 Its wide base is supported by the diaphragm support by means of a flexible ring 29. The flexible ring is clamped against the support 5 by a metal ring 31.
The distributor 9 is formed by a number of fins, four of which have been shown, dividing the space facing the concave side of the conical diaphragm practically into four horns, the axes of which are inclined at different angles. The fins are arranged respectively in different diverging vertical planes. The surface of the fins can be curved if desired * The fins are kept spaced apart by means of small metal rods 33 which are spot welded to them and the assembly supported by the ring of the cone 31 by 1 intermediate t of metal bands 35.
The inner edges of the fins are placed near the conical diaphragm and the centering disc 37 at a distance of about 5 m / m. so as to let the cone vibrate freely. This proximity is necessary to ensure the effective functioning of the fins as flaps and to reduce the leakage between the sections of the horns and the edges of the fins close to the diaphragm * It is preferable to use, for the fins, metal sheets of about 8/10 of m / m. thick * Paper or wood has been found to be unsatisfactory due to the
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high degree of absorption of these materials at high frequencies especially when used in high pressure areas.
When the fins are spaced from the cones and act as reflectors, it is not necessary to use metal.
Figs. 5 to 8 represent characteristic diagrams obtained by experiments on a loudspeaker with and without fins. The loudspeaker used had a 20 c / m cone, constructed of lightweight paper, and a dual voice coil with a small coil 39 and a large coil 41 shown in detail in Fig. 4. The coils were wound on a frame 43 of light metal provided with an elastic coupling 45 between the coils. For the tests, the loudspeaker was mounted behind a flat screen instead of a cabinet, the high frequencies behaving in the same way. same way @ a screen as with a piece of furniture,
To show the action of the sound distributor, the shape of the wave front directly in front of the cone, with and without a distributor,
was determined by means of an exploratory microphone moved so that the phase of the wave remains the same for all the observation points. The line drawn in front of the cone in each figure represents a line of equal phase of the sound and the number indicated in front of each vine represents the sound pressures relative to the different points * A comparison of the curves of fig. 6 and 8 allows to judge the efficiency of the fins to diffuse the high frequency beam.
Only readings taken at frequencies of 6,000 to 8,000 periods / second have been reported *
It is known that certain manufacturers have proposed to diffuse the beam of high frequencies horizontally by means of reflecting fins placed in front of the conical diaphragm * They have not, however, found the fact that it is highly desirable, in order to obtain results. perfect, to place the fins as close as possible to the cone so as to reduce the made around the edges of the fins adjacent to the cone, Indeed, the fins proposed above act as reflectors,
the waves of high sound frequencies coming to strike the fins being truly reflected at angles depending on the inclination of the fins * This results in different directions around the axis of the cone, distinct beams leaving spaces between them important characterized by the absence of high frequency sound waves * According to the arrangement according to the invention, the fins
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constitute several small horns acting as such, arranged near the surface of the diaphragm to direct the high frequency waves from the source.
It has also already been proposed to tilt the axis of the c8ne to the horizontal by tilting the screen and the loudspeaker, probably to keep the high-frequency beam away from the ground. Tilted screens have certain disadvantages and, in particular, they take up more space in a piece of furniture whose construction is more expensive.
However, the problem of distributing high frequency sound waves has not yet entered the field of practical application because this problem arises only when using apparatuses of really high fidelity. The loudspeakers generally used up to now have, as is known, an upper limit of sensitivity of 4,000 to 5,000 periods / second. The curve in fig. 5 shows that at 6,000 periods, no directional effect occurs. Beyond 6,000 periods, the sensitivity of the usual devices is negligible.
It results from the invention that the sensitivity, for all the frequencies, is markedly more uniform than previously. Without the high frequency distributor, it was found that the radiation was attenuated by six decibels, for example at an angle of 25. With the distributor, however, according to an average curve taken from 3,000 to 8,000 periods / second, the radiation was attenuated by six decibels only for an angle of 45 The total diffusion goes from 50 without the distributor to 90 with the distributor,
Although it is preferred to use the sound distributor in combination with a dual voice coil loudspeaker, the invention is also useful when applied to a loudspeaker constructed to reproduce high frequencies alone.
The invention has been used successfully with a similar arrangement whereby high frequencies are radiated only from the front surface of a conical diaphragm and low frequencies from the rear face.