Dispositif acoustique pour la réception et l'émission de sous. La présente invention est relative aux dispositifs acoustiques pour la réception et l'émission de sons, par exemple à des dis positifs destinés à transformer les vibrations sonores en variations de grandeurs électri ques et vice-versa, par exemple, aux micro phones ou aux haut-parleurs. Le but de l'in vention est de réaliser une augmentation du rendement acoustique, de réduire les phéno mènes gênants de sélectivité au point -de vue de la direction et de la fréquence du son, et de réduire au minimum les distorsions acous tiques.
L'invention s'applique de préférence, mais non exclusivement, aux dispositifs électromagnétiques ou électrodynamiques comportant un diaphragme qui fonctionne en piston en se déplaçant avec une faible force de rappel. Lorsqu'il s'agit de repro duire des sons, les moyens indiqués dans la suite donnent les meilleurs résultats lors qu'ils sont appliqués aux dispositifs de ce genre connus sous le nom de haut-parleurs système Rice et Kellogg.
En utilisant un tel haut-parleur dans les conditions habituelles, c'est-à-dire en le fai sant agir directement sur l'air ambiant, on constate, d'une part, que le son émis est rayonné dans une direction déterminée sous la forme d'un faisceau plus ou moins étroit; dans certaines salles, un tel faisceau concen tré est susceptible de provoquer des phéno mènes de réflexion trop prononcés et, par conséquent, une mauvaise répartition de l'énergie acoustique rayonnée. D'autre part, il est difficile de réaliser un diaphragme suf fisamment rigide pour que ses vibrations par tielles soient complètement supprimées: aux fréquences élevées, on observe sur le dia phragme soit des ondes stationnaires, soit des ondes mobiles qui se propagent vers sa péri phérie.
Ces ondes partielles qui peuvent don ner lieu à des phénomènes de résonance, sont rayonnées dans l'espace d'une façon moins régulière que celles qui correspondent aux oscillations en piston, et il en résulte que les différentes fréquences sont émises avec des intensités différentes: les dents de scie sur la courbe de sensibilité d'un haut-parleur sont dans une grande partie dues à ces ré sonances partielles du diaphragme. .
On a déjà proposé de supprimer cet in convénient par l'emploi de chambres de com pression représentées schématiquement sur la fig. 1. La face avant du diaphragme 1 produit des variations de pression dans la cavité non résonante 2; ces variations de pression correspondent uniquement aux mou vements en piston du diaphragme, étant donné que la somme des déplacements par tiels du diaphragme est sensiblement égale à zéro. Dans ces conditions, on peut, théo riquement tout au moins, obtenir dans l'em bouchure 4 des oscillations acoustiques exemptes de l'effet des vibrations partielles du diaphragme. Une chambre analogue 3 peut être disposée de l'autre côté du dia phragme pour augmenter le rendement du dispositif.
Mais cette disposition connue offre deux inconvénients: les ouvertures 4 et 5 présen tent nécessairement des propriétés sélectives au point de vue de l'émission du son, de sort 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'el les tendent à s'équilibrer, aussitôt sorties, par ce qu'on pourrait appeler un équilibre acoustique.
On sait en effet que, pour un déplace ment déterminé du diaphragme, si on a sur une face une onde de compression, l'autre face produit une onde de dépression; ces deux ondes, décalées de<B>180</B> , cherchent à s'équilibrer.
L'objet de la présente invention est un dispositif acoustique pour la réception et l'émission de sons, du type comportant au moins un diaphragme acoustique disposé dans un espace confiné divisé en deux com partiments qui sont séparés par ledit dia phragme. Le dispositif acoustique suivant l'invention est caractérisé en ce que sur cha cun de ces compartiments est disposé au moins un filtre acoustique renforçant cha- cun une gamme acoustique partielle diffé rente.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du dispositif acoustique suivant l'invention.
Fig. 2, 3, 4 et 5 sont des graphiques illustrant le fonctionnement du dispositif Fig. G et 7 sont deux vues en élévation, respectivement de face et de côté, d'une première forme d'exécution; Fig. 8 et 9 sont deux vues en élévation, respectivement de profil et de face, d'une seconde forme d'exécution; Fig. 10 et 11 sont respectivement une vue en élévation et en plan d'une partie d'une troisième forme d'exécution; Fig. 12 et 13 sont deux vues analogues aux fig. 10 et 11, mais relatives à une va riante;
Fig. 14 est une vue en coupe d'une qua trième forme d'exécution.
Si l'on remplace les orifices 4 et 5 de la fig. 1 par deux ou plusieurs filtres acousti ques, 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 onces acoustiques rayonnées, car il 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 con tente de deux gammes partielles. Sur cette figure, les abscisses représentent les fré quences acoustiques f et les ordonnées les longueurs d'onde correspondantes;
la gamme acoustique totale que l'on veut émettre cor respond à la longueur<B><I>A C.</I></B> En donnant à l'organe remplaçant l'orifice 4 les propriétés d'un filtre acoustique qui ne laisse passer que la gamme<I>P = A</I> B ou des fréquences inférieures comme le font les organes con nus sous le nom de "filtres passe-bas", et à l'organe correspondant à 5 les propriétés d'un filtre qui ne laisse passer que la gamme Q <I>-</I> B <I>C</I> ou des fréquences supérieures, comme le font les organes connus sous le nom de "filtres passe-haut", on obtient deux émissions différentes entre lesquelles aucun équilibre n'est possible.
Au lieu d'appliquer deux filtres seule ment, on peut en disposer plusieurs, chacun d'eux étant alors établi comme filtre lais sant passer une certaine bande de fréquen ces et connu sous la. désignation de "filtre passe-bande", et on peut les répartir conve nablement sur les deux chambres de com pression 2 et 3. Chacun de ces filtres repré sente évidemment une impédance acoustique complexe qu'on peut dimensionner en lui donnant la forme et les dimensions appro priées.
Il est préférable de choisir ces impédan ces 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 préfé rable que la gamme P soit plus courte que Q, étant donné que l'énergie des notes gra ves est, dans la plupart des auditions, plus élevée que celle des notes aiguës. Quel que soit le cas considéré, on peut toujours choi sir la fréquence (le séparation B de façon à équilibrer plus ou moins l'énergie acousti que émise par les deux faces de la mem brane vibrante. Le but d'un tel équilibrage est d'utiliser au maximum le rayonnement -de chaque face et d'augmenter ainsi le rende ment acoustique de l'ensemble.
Par le choix rationnel des filtres acous tiques, on peut obtenir le résultat représenté schématiquement sur la, fig. 3. Sur cette figure, on a porté en ordonnées les intensi tés du son émis en fonction de la fréquence. Lorsqu'on fournit au dispositif, qui peut être un haut-parleur, un courant alternatif d'énergie constante et de fréquence variable, le filtre remplaçant l'ouverture 4 laisse pas ser une onde acoustique dont l'intensité va rie d'après la courbe<I>Np.</I> A des fréquences voisines de B, cette courbe baisse rapide ment, 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 éner gie électrique constante ou pour une tension constante aux bornes du haut-parleur, ou bien toute autre forme désirée.
Il va de soi qu'on peut conférer plus fa cilement la forme désirée à la courbe résul tante de sensibilité en augmentant le nom bre de filtres, c'est-à-dire en subdivisant la totalité des fréquences en un. grand nombre de gammes élémentaires relativement étroi tes et en réglant séparément chaque filtre. Dans le cas limite, chacun des filtres laisse passer une bande très étroite, et il peut être constitué par un résonateur à accord relati vement aigu de forme appropriée.
Ce cas particulier d'application de nom breux résonateurs formant deux groupes dis tincts est représenté sur les fig. 6 à 13 join tes. Suivant ces formes d'exécution, on ap plique des résonateurs tubulaires accordés, disposés essentiellement d'après les points suivants qui peuvent être pris isolément ou en combinaison: 10 Les tubes résonateurs sont placés, par rapport à la membrane du diffuseur, de fa çon à, recevoir des excitations optima, en pro portionnant judicieusement leur distance à la hauteur des notes respectives.
20 Ces tubes sont placés au voisinage les uns des autres.
<B>30</B> Le diaphragme ou diffuseur, qui est placé de préférence avec son axe vertical ou horizontal, agit à la fois par ses deux faces, sur des. couches d'air contenues dans deux chambres, analogues aux chambres 2 et 3 de la fig. 1.
40 Les deux chambres commandent de préférence deux parties, séparées par le mé dium, de la gamme des sons.
50 Avec an 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, tan dis que les autres notes sont réparties cor rélativement entre divers autres groupes de tubes verticaux. <B>60</B> Pour les tubes à. notes graves, des orifices permettent de réduire l'encombre ment.
70 Pour éviter que les intensités ne soient réduites avec les dimensions des tubes résonateurs, les petits tubes, pour notes aiguës, sont multipliés, soit en rangs paral lèles, soit en faisceaux, etc.
Les fig. 10 et 11 montrent, respective ment en élévation et en plan, la correction de l'intensité des sons par la multiplication des tubes de petites dimensions, en rangées parallèles.
Les fig. 12 et 13 enfin montrent une dis position similaire, mais en faisceaux.
Dans le dispositif selon les fig. 6 et 7, le diaphragme ou diffuseur 10 est installé avec son axe vertical et, lorsqu'il est ac tionné par la réception d'un courant modulé musical, il agit sur les couches d'air con tenues dans deux chambres d'harmonie 11 et 12 respectivement par sa partie antérieure ou paroi intérieure et sa partie postérieure ou paroi extérieure.
Sur la chambre 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 mé dium au plus aigu. Sur la chambre 12 est fixée une série de tubes 14 ouverts à leurs deux extrémités ou fermés à un bout, accor dés individuellement 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 corresponde à une excitation maximum; c'est pourquoi les tubes les plus courts, accordés sur les notes les plus hautes, se trouvent plus rapprochés de la membrane que les tubes plus longs, accordés sur les notes plus basses.
De par la position de chacun de ces tubes, position qui correspond au point op timum d'excitation, chacun de ces tubes en tre en résonance lorsque la note pour la- quelle il est accordé est émise par la mem brane du diffuseur.
Des orifices 15 sont ménagés à la nais sance des tubes correspondants aux notes les plus basses, dans le cas où ceux-ci ont leurs extrémités bouchées, afin de baisser la note renforcée d'une octave et de diminuer ainsi leur encombrement.
Dans la forme d'exécution des fig. 8 et 9, le diffuseur 10 est installé avec son axe horizontal, et agit comme précédemment sur deux chambres d'harmonie 11 et 12. ITne série de tubes 1.6 correspondant aux notes les plus aiguës de la gamme sont placés horizontalement au voisinage et en avant de la membrane du diffuseur; un tampon 17 permet de boucher l'ouverture en avant du diffuseur dans le cas où le faisceau 16 n'est pas utilisé. Des tubes 18 correspondant aux notes demi-médiums, c'est-à-dire aux notes comprises entre les notes les plus aiguës et les notes du médium de la gamme, sont pla cés verticalement au-dessus de la chambre 11. Sur la chambre 12 viennent se place, les tubes 19 correspondant au médium de la gamme.
Enfin, les tubes 20 et 21, pour les notes les plus basses, sont placés aux extré mités des chambres 12 et 11. Tous ces tubes sont placés à des distances appropriées, comme expliqué ci-dessus pour le dispositif selon fig. 6 et 7.
On sait que le résultat auditif de l'exci tation diminue proportionnellement avec la grandeur du tube. Pour obvier à cet incon vénient, les tubes correspondants aux notes les plus aiguës, sont répétés plusieurs fois dans une proportion variant avec la puis sance de la note qu'ils sont appelés à faire résonner; cette dernière disposition s'appli que de préférence aux notes s'étendant des plus aiguës aux demi-médiums.
Dans le dispositif des fig. 10 et 11, les tubes sont placés en rangs parallèles, et dans celui des fi-. 12 et 13, ils sont en fais ceaux.
Dans tous les cas, le diffuseur peut être placé soit au centre de la chambre d'harmo nie, soit excentré en un point quelconque de la chambre d'harmonie, point correspondant à la meilleure utilisation de l'excitation. Les résonateurs doivent être agencés de fa çon à ce que le rapport entre leur surface utile d'excitation et celle de la membrane 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 surface de 800 cm-' environ, on peut exciter dans les meilleures conditions, un ensemble de résonateurs ac cordés de demi-ton en demi-ton, sur 7 oc taves, entre les fréquences de 32 et 3444, la section totale de ces résonateurs étant de 600U em2 environ.
On peut aussi utiliser plusieurs diffu seurs pour exciter le même nombre de réso nateurs; on peut aussi exciter chaque caté gorie de résonateurs, basses, médiums, ai guës, par des diffuseurs de caractéristiques acoustiques déterminées et appropriées.
Il va de soi que la présente invention n'est limitée ni à l'application de résonateurs ni à leur subdivision en deux groupes seule ment, et que les dispositions représentées sur les fig. 6 à 13 n'ont été données qu'à titre d'exemples.
Lorsque la gamme acoustique totale est subdivisée en. un nombre quelconque de tron çons P, Q, R, <I>S, T,</I> etc. (voir fig. 4), ils sont choisis de préférence, mais pas nécessaire ment, de façon à correspondre à des quan tités d'énergie du même ordre de grandeur. chacun de ces tronçons étant émis à travers un filtre acoustique passe-bande. Ces filtres sont disposés des deux côtés du diaphragme et groupés à. volonté. On peut, par exemple, disposer d'un côté les filtres P,<I>Q,</I> B pour les basses fréquences et de l'autre côté<I>S, T,</I> etc. correspondant aux notes aiguës. Sui vant une autre variante, on peut mettre les filtres pairs d'un côté et les filtres impairs de l'autre.
La disposition géométrique de diffé rents filtres ou de groupes de filtres est très importante. On peut disposer et orienter dans l'espace les émetteurs des différentes gammes partielles de façon à obtenir le meil- leur effet artistique ou une meilleure répar tition de l'émission. On obtient ainsi plu sieurs émetteurs qu'on peut rendre plus ou moins directifs en utilisant éventuellement des écrans réfléchissants, des pavillons com binés avec des résonateurs qui émettent le son dans toutes les directions. La combinai son de ces moyens permet 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 plusieurs haut-parleurs actuels.
Les filtres acoustiques à appliquer peu vent être de toute nature. On peut, par exemple, les constituer par des masses d'air plus ou moins confiné dont on utilise l'iner tie et l'élasticité afin de réaliser, comme dans les filtres électriques, la sélection dé sirée des fréquences. De tels filtres ont fait l'objet de plusieurs études, et les techniciens en connaissent les formes de réalisation.
Pour élargir ou pour modifier dans le sens désiré la bande d'un filtre acoustique de ce genre, on peut introduire, en série avec les canaux qui le constituent, des cavités sphé riques ou de formes différentes, suivant un procédé connu, Certains parmi les filtres peuvent être remplacés par des pavillons exponentiels fonctionnant comme filtre passe-haut. Par pavillons exponentiels on entend ici des pavillons dont le diamètre varie suivant la loi:<I>D</I> = Xa, <I>D</I> étant le diamètre, X la longueur de l'axe du pavillon et a une constante.
On peut, d'autre part, agir sur les cons tantes caractéristiques des filtres en y in troduisant des masses vibrantes sous forme de diaphragmes, parois mobiles, etc. dont on peut proportionner l'inertie et l'élasticité: ces procédés sont également connus dans la technique des filtres acoustiques.
On peut enfin appliquer le cas particu lier on chacun _ des deux filtres est constitué par un groupe de résonateurs à bande étroite, disposés à des distances appropriées de l'excitateur, distances qui théoriquement doivent correspondre au quart de la longueur d'onde du son fondamental que le résona teur renforce ou à son multiple impair.
Si ces résonateurs sont constitués par des tubes cylindriques, la longueur 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 résonateur voisins, on peut 1-'établir comme dans le cas de circuits élec triques accordés (fig. 5).
Si 1f est la courbe de résonance d'un tube accordé sur la fréquence f1 et N la courbe correspondante du résonateur voisin accordé sur la fréquence f2, la courbe résul tante est représentée, comme on le sait, par L. On peut réduire à volonté les ondula tions de la courbe L en réduisant suffisam ment l'intervalle<B><I>f l,</I></B> f 2 ou en choisissant l'amortissement approprié ou bien en agis- saut sur ces deux facteurs à la fois.
On peut également agir sur les diamètres des résonateurs élémentaires et modifier leur nombre pour chaque fréquence en vue d'ob tenir la courbe résultante de la forme dé sirée.
Les intervalles entre les fréquences de fonctionnement des filtres sont choisis en vue de réduire les ondulations de la courbe résultante de sensibilité en dessous de quel ques décibels, en vue de rendre ces ondula tions imperceptibles à l'oreille.
Pour ne pas augmenter démesurément le nombre de résonateurs élémentaires, on peut admettre une certaine ondulation de la courbe L en acceptant pour la différence maximum, représentée par a sur la fig. 5, entre les ordonnées de la courbe résultante de sensibilité la valeur de deux décibels par exemple.
Dans le cas de filtres de construction différente laissant passer des bandes plus larges, on peut également réaliser des mo difications désirées dans la qualité du son reproduit en incorporant soit -dans les cham bres de compression, soit dans les filtres eux-mêmes des organes d'amortissement pou vant être constitués par exemple par des chicanes ou par des matières absorbant les vibrations, et destinés à réduire les ondula tions de la courbe résultante de sensibilité. Les organes d'amortissement peuvent être réglables par variation de leurs dimensions, de leurs tensions mécaniques ou de leur em placement.
On peut enfin prévoir dans cer tains cas des couplages mécaniques ou pneu matiques plus ou moins serrés entre les diffé rents filtres ainsi qu'entre les deux comparti ments, en vue de modifier dans le sens dé siré la forme de la courbe de sensibilité de l'ensemble.
En ce qui concerne la forme et les dimen sions des deux chambres 2 et 3 sur lesquel les agissent les deux faces du diaphragme vibrant, l'inventeur 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 (fig. 1) correspond un volume optimum de ces cavités. Pour faci liter le réglage de ce volume, on peut pré voir des parois mobiles, de façon à effectuer ce réglage au cours du fonctionnement de l'appareil: on confère ainsi au son l'inten sité voulue et le timbre désiré.
Les parois des cavités 2 et 3 peuvent se déplacer paral lèlement à elles-mêmes ou bien tourner au tour d'articulations appropriées afin de don ner- à ces cavités 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'emplace ment des différents filtres et résonateurs.
La fig. 14 représente une forme d'exécu tion du dispositif comportant les moyens de réglage indiqués ci-dessus. Les résonateurs à fréquences aiguës 7 sont disposés dans la. paroi mobile 6; chacun d'eux peut coulisser dans cette paroi pour que son extrémité in férieure se trouve à la distance optimum du diaphragme 1.
Les résonateurs 8 à basse fréquence sont placés sur la chambre 3 dont les parois 11 et 14 sont inclinées de façon à mieux réflé chir le son. La paroi 12 est mobile de fa- çon à permettre le réglage optimum du vo lume de la cavité 3.
Pour mieux accorder certains résonateurs, on peut les munir de prolongements régla bles 10. Enfin, pour régler le degré de cou plage entre le résonateur 8 et la chambre 3, on peut prévoir à la. base du résonateur un orifice 9 dont on peut modifier les dimen sions et la forme.
On obtient ainsi une reproduction très fidèle de sons complexes et même des vi- hiations non stationnaires, on peut égale ment compenser les déformations qui appa raissent dans leur reproduction par certai nes particularités des organes d'enregistre ment, des amplificateurs, des lecteurs, etc.
D'autre part, lorsqu'il s'agit de reproduire des partitions complexes, la disposition espa cée des différents émetteurs qui rayonnent (les gammes différentes produit une impres sion très favorable et permet de suivre beau coup plus facilement chaque instrument de l'orchestre, par exemple. que dans le cas d'un seul émetteur.
En fonctionnement, les dispositifs décrits se comportent comme des ensembles de plu sieurs émetteurs espacés, plus ou moins exempts de propriétés directives et rayon nant les sons dans tous les sens. Etant donné que chacun d'eux émet une gamme différente, l'écran acoustique des haut-par leurs actuels, peut être supprimé sans qu'on constate aucune interférence entre les sons émis par les deux faces du diaphragme. Enfin, en dimensionnant convenablement des filtres élémentaires, on arrive à réaliser la suppression des irrégularités de la courbe de sensibilité résultante à laquelle on peut don ner la forme désirée.