La présente invention a pour objet une enceinte munie de haut-parleurs constituée de deux sous-enceintes juxtaposées.
La création des enceintes pour haut-parleurs se heurte à deux problèmes qui sont, I'un, la suppression des résonances du boîtier, et l'autre, la caractéristique de la diffusion pour obtenir une reproduction naturelle de la musique. Les enceintes pour haut-parleur ont toujours une ou plusieurs résonances qui favorisent une partie du spectre sonore et déforment le message à transmettre.
Pour amortir la principale de ces résonances on utilise plusieurs méthodes dont les plus courantes sont le radiateur passif , I'adjonction d'un matériel absorbant à l'intérieur de l'enceinte, et la mise en contre-phase, à la fréquence de résonance. de deux haut-parleurs.
La première de ces méthodes connaît des réponses transitoires difficiles dans la région des sons graves, et son rendement dépend énormement de la position de l'enceinte dans le local d'écoute. La seconde a l'avantage d'absorber la résonance mais aussi le désavantage de supprimer les fréquences inférieures à celle de la résonance. Enfin la troisième méthode exige du haut-parleur médial de maintenir l'herméticité de la paroi qui le supporte et cela jusqu'aux fréquences les plus basses. Un tel système entraîne, pour le haut-parleur médial, un grand risque de distorsion par intermodulation.
Concernant la caractéristique de diffusion, on sait que, dans une salle de concert, une petite portion des sons seulement parvient à l'auditeur sans avoir été réfléchie par au moins une paroi. Plusieurs enceintes pour haut-parleurs ont été construites dans cette optique et ne diffusent qu'une partie de leur message dans la direction de l'auditeur.
Les unes (voir fig. 1) diffusent une partie des sons contre la paroi à laquelle elles sont adossées. Pour ces systèmes, la distance entre la paroi et l'enceinte est alors des plus critiques.
Lorsque l'enceinte est trop éloignée de la paroi on perd l'effet de volume sonore et lorsqu'elle est trop près cela favorise des ondes stationnaires qui donnent un effet de boîte . Une meilleure solution est apportée par les enceintes utilisant le plafond comme réflecteur (voir fig. 2). Dans ce cas la distance entre le haut-parleur et le réflecteur est généralement plus grande et les obstacles moins nombreux. La partie du son émise dans la direction de l'auditeur provient soit d'un hautparleur supplémentaire soit d'un réflecteur.
Des formes d'exécution de l'enceinte objet de la présente invention sont décrites ci-après à titre d'exemple, en référence au dessin schématique annexé dans lequel:
Les fig. 1 et 2 illustrent des dispositions connues.
La fig. 3a représente en perspective une première forme d'exécution dont la figure 3b représente une coupe.
La fig. 4 schématise la disposition des haut-parleurs médial et aigu, vue de dessus, avec la possibilité qu'une partie des sons soit émise latéralement puis réfléchie en direction de l'auditeur.
Les fig. 5a et 5b montrent comment on peut doser la quantité des sons émis dans la direction de l'auditeur, par rotation de l'enceinte.
La fig 6 représente en perspective une deuxième forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue selon fig. 6, avec arrachement.
La fig. 8 est une perspective en détail de la partie supérieure de la fig. 6.
Ces exemples rappelent la troisième méthode pour supprimer la résonance fondamentale de l'enceinte, mais ne présentent pas les inconvénients cités.
L'enceinte est divisée en deux parties d, dy, par une paroi sur laquelle est placé un haut-parleur. Ce haut-parleur est de grand diamètre et il est destiné à reproduire les sons graves. Sur la surface supérieure de l'enceinte se trouvent deux hautparleurs, médial et aigu. destinés à reproduire les sons médium et aigus. On peut donc décrire cette enceinte comme un empilement de deux sous-enceintes.
Le haut-parleur médial diffuse des deux côtés de la surface supérieure de l'enceinte. II peut s'agir par exemple d'un hautparleur à cône. Les ons reproduits par le haut-parleur grave se propagent d'abord dans la sous-enceinte supérieure, puis en sortent par une ouverture pratiquée dans la dite sous-enceinte.
De cette façon ils peuvent atteindre l'auditeur.
Considérons un instant les deux sous-enceintes indépendemment l'une de l'autre. Chacune d'elles a un pic principal de résonance qui, parcequ'il est déterminé par la forme et les dimensions du boîtier. peut être centré sur une certaine fréquence.
Dans l'enceinte ici décrite deux pics principaux de résonance, correspondant chacun à une des sous-enceintes considérée séparément. sont centrés environ sur la même fréquence fr. Le haut-parleur grave est chargé. par filtrage, de reproduire les sons depuis le bas de spectre sonore jusqu'à une fréquence de coupure, notée fc. Les haut-parleurs médial et aigu sont chargés, également par filtrage. de restituer les sons depuis la fréquence de coupure F jusqu'à l'extrémité aiguë du spectre sonore. Le filtrage ne permet pas une coupure absolument nette, ce qui veut dire qu'autour de fc se trouve une zone de recouvrement dans laquelle le haut-parleur grave et le hautparleur médial travaillent simultanément.
Dans l'enceinte ici décrite la fréquence fc coïncide avec la fréquence fr. c'est-à-dire que le recoupement des haut-parleurs grave et médial a lieu dans la région des pics principaux de résonance centrés sur fr. Exprimé autrement. cela veut dire que. dans la région des pics principaux de résonance, deux haut-parleurs, I'un dans la sous-enceinte supérieure et l'autre dans la sous-enceinte inférieure. agissent simultanément.
Nous allons montrer que ce procédé permet d'atténuer et même de supprimer tour rendement excessif de l'enceinte dans la région autour de la fréquence fr, et ceci sans contraintes importantes du haut-parleur grave sur le haut-parleur médial, ou du haut-parleur médial sur le haut-parleur grave. Le fait que ce procédé n'impilîque pas de forts contraintes entre les haut-parleurs grave et médial entraîne une diminution notoire des distorsions par intermodulation.
Considérons tout d'abord la sous-enceinte supérieure, en régime stationnaire. Pour comprendre les avantages de l'enceinte décrite imaginons que le haut-parleur grave soit supprimé et remplacé par une paroi pleine. et supposons que le pic principal de résonance de la sous-enceinte supérieure soit dû essentiellement au parallélisme entre la paroi supérieure et la paroi médiane. Sous ces hypothèses. le pic principal de résonance dépend du fait que la plaque médiane correspond à un noeud pour les ondes stationnaires possibles.
La fréquence de résonance la plus basse. yl. est donnée par
v
vi = -
d
où v = vitesse du son
d = distance entre les surfaces supérieure et médiane
La forme et les dimensions de la sous-enceinte supérieure sont étudiées pour que v l soit approximativement égal à fr.
Dans l'enceinte décrite. la paroi médiane est remplacée par un système actif qui correspond à un ventre dans la théorie des ondes stationnaires.
Selon le mouvement relatif des membranes des haut-parleurs grave et médial, la fréquence de résonance la plus basse possible, V2 est alors donnée par
v V = - Si les membranes des haut-parleurs grave et médial
d se meuvent dans le meme sens ou v
V = - Si les membranes des haut-parleurs grave et médial
2d se meuvent en sens inverse l'une de l'autre.
Or, primo, le haut-parleur grave n'a plus qu'une action très faible à la fréquence V2, au moins deux fois supérieure à la fréquence
Cll fr, et secundo, on suppose que la sous-enceinte supérieure a un rendement normal à la fréquence V2. Cela veut dire que le pic principal de résonance de la sous-enceinte supérieure est quasiment supprimé.
Examinons maintenant le cas de la sous-enceinte inférieure.
Considérons-la tout d'abord indépendamment de la sousenceinte supérieure. Supposons de plus que son pic principal de résonance soit dû au parallélisme entre la paroi médiane et la surface inférieure de l'enceinte. Supposons encore que son pic principal de résonance coïncide avec sa plus basse fréquence de résonance possible. Il est alors clair que la fréquence fr est une fonction de la distance d'entre la paroi médiane et la surface inférieure. Par contre, si les deux sousenceintes sont empilées (voir fig. 3b), la fréquence du pic principal de résonance de la sous-enceinte inférieure peut être modifiée. Elle dépend alors non seulement de d mais encore de d, la distance entre la paroi médiane et la surface supérieure.
On peut facilement choisir d et d pour qu'alors la fréquence minimum de résonance du système complet, provoquée par le haut-parleur grave. se situe au dessus de fr donc de fc. Comme le haut-parleur médial n'a qu'une influence très faible sur cette résonance, on en déduit que le picprincipalderéso- nance de la sous-enceinte inférieure est supprime.
En résumé, L'enceinte décrite est composée de deux sousenceintes qui, toutes les deux, ont un rendement excessif au voisinage d'une fréquence fr lorsque'elles sont séparées l'une de l'autre. La juxtaposition de ces deux sous-enceintes permet l'atténuation, voire la suppression, de ces pics de résonance.
Grâce à l'ouverture pratiquée dans la sous-enceinte supérieure, les contraintes du haut-parleur grave sur le haut-parleur médial, et vice-versa, restent minimes. Les distorsions par intermodulation en sont fortement diminuées. Les qualités et les caractéristiques de l'enceinte, objet de la présente invention, ne sont absolument pas affectées si l'enceinte n'est pas placée verticalement. La position verticale n'a été donnée qu'en exemple dans la présente description.
Cependant la position verticale convient mieux si l'on veut donner une solution élégante au problème de la diffusion naturelle des sons.
Dans une salle de concert, la plupart des sons n'atteignent l'oreille de l'auditeur qu'après avoir été réfléchis sur les parois.
Seule une petite fraction (estimée à 10% environ) des sons vont directement de la source à l'auditeur. Cette fraction comprend principalement des sons médium et aigus.
L'enceinte disposée verticalement est une source de sons indirects, réfléchis en particulier par le plafond puis par les autres surfaces du local d'écoute. Elle est également une source de sons directs, de la façon suivante. Le haut-parleur médial diffuse ses sons de chaque côté de la surface supérieure de l'enceinte. On choisit un haut-parleur aigu ayant la même caractéristique (par exemple un haut-parleur à cône). Une partie des sons diffusés à l'intérieur de la sous-enceinte supérieure, par les haut-parleurs médial et aigu, se propage parallèlement à la surface supérieure, puis est réfléchie par une paroi latérale de la sous-enceinte supérieure, comme le montre la figure 4. De cette façon, une partie des sons produits par les haut-parleurs médial et aigu atteint la zone d'audition sans réflexion sur les parois du local d'écoute.
Cette façon d'obtenir des sons directs a l'avantage de permettre un dosage facile du rapport son direction indirect, comme le montrent les figures 5a et 5b. Il suffit de tourner l'enceinte par rapport à l'auditeur.
La paroi latérale servant de réflecteur peut être recouverte de matière quelconque, lisse ou granuleuse, ou bien présenter des facettes, pour modifier et améliorer la diffusion directe.
Les figures 6 à 8 représentent une autre forme d'exécution de l'enceinte, objet de l'invention- La figure 6 représente l'enceinte vue de l'extérieur.
On y remarque une ouverture dans la sous-enceinte inférieure. Cette ouverture permet en premier lieu de diminuer les contraintes sur le haut-parleur grave (ouverture dite de décompression), et, en second lieu. elle peut servir à l'application de la méthode du bass-reflex.
La figure 7 représente la construction intérieure.
La figure 8 est un détail de la sous-enceinte supérieure dont le sommet a été enlevé. Une découpe de la paroi latérale permet de montrer comment un miroir est utilisé comme réflecteur et comment est disposé un matériau d'amortissement.
The present invention relates to an enclosure provided with loudspeakers consisting of two juxtaposed sub-speakers.
The creation of loudspeaker enclosures comes up against two problems which are, one, the suppression of the resonances of the housing, and the other, the characteristic of the diffusion in order to obtain a natural reproduction of the music. Loudspeaker enclosures always have one or more resonances which favor part of the sound spectrum and distort the message to be transmitted.
To damp the main of these resonances, several methods are used, the most common of which are the passive radiator, the addition of an absorbing material inside the enclosure, and the counter-phase, at the resonance frequency. . two speakers.
The first of these methods experiences difficult transient responses in the bass region, and its performance is highly dependent on the position of the loudspeaker in the listening room. The second has the advantage of absorbing resonance but also the disadvantage of suppressing frequencies lower than that of resonance. Finally, the third method requires the mid-point loudspeaker to maintain the hermeticity of the wall which supports it, and that up to the lowest frequencies. Such a system entails, for the medial loudspeaker, a great risk of distortion by intermodulation.
Regarding the diffusion characteristic, it is known that, in a concert hall, only a small portion of the sounds reach the listener without having been reflected by at least one wall. Several loudspeaker enclosures have been built with this in mind and only broadcast part of their message in the direction of the listener.
Some (see fig. 1) diffuse some of the sounds against the wall to which they are leaned. For these systems, the distance between the wall and the enclosure is then most critical.
When the enclosure is too far from the wall, the effect of sound volume is lost and when it is too close, this promotes standing waves which give a box effect. A better solution is provided by speakers using the ceiling as a reflector (see fig. 2). In this case the distance between the loudspeaker and the reflector is generally greater and the obstacles fewer. The part of the sound emitted in the direction of the listener comes either from an additional loudspeaker or from a reflector.
Embodiments of the enclosure that is the subject of the present invention are described below by way of example, with reference to the appended schematic drawing in which:
Figs. 1 and 2 illustrate known arrangements.
Fig. 3a shows in perspective a first embodiment of which FIG. 3b shows a section.
Fig. 4 shows schematically the arrangement of the mid-range and treble loudspeakers, seen from above, with the possibility that some of the sounds are emitted laterally and then reflected in the direction of the listener.
Figs. 5a and 5b show how the quantity of sounds emitted in the direction of the listener can be measured by rotating the enclosure.
FIG 6 shows in perspective a second embodiment.
Fig. 7 is a view according to FIG. 6, with tear-off.
Fig. 8 is a detailed perspective of the upper part of FIG. 6.
These examples recall the third method for eliminating the fundamental resonance of the enclosure, but do not have the aforementioned drawbacks.
The enclosure is divided into two parts d, dy, by a wall on which is placed a loudspeaker. This loudspeaker is of large diameter and it is intended to reproduce bass sounds. On the upper surface of the enclosure are two speakers, medial and treble. intended to reproduce medium and high sounds. We can therefore describe this enclosure as a stack of two sub-speakers.
The middle speaker diffuses on both sides of the top surface of the enclosure. It may for example be a cone loudspeaker. The ons reproduced by the bass loudspeaker first propagate into the upper sub-enclosure, then exit through an opening made in said sub-enclosure.
This way they can reach the listener.
Consider for a moment the two sub-speakers independently of each other. Each of them has a main resonance peak which, because it is determined by the shape and dimensions of the case. can be centered on a certain frequency.
In the enclosure described here two main resonance peaks, each corresponding to one of the sub-speakers considered separately. are centered approximately on the same frequency fr. The woofer is charged. by filtering, to reproduce the sounds from the bottom of the sound spectrum to a cutoff frequency, denoted fc. The mid and high speakers are loaded, also by filtering. to restore sounds from the cutoff frequency F to the high end of the sound spectrum. The filtering does not allow an absolutely clean cutoff, which means that around fc there is an overlap zone in which the bass speaker and the mid speaker work simultaneously.
In the enclosure described here, the frequency fc coincides with the frequency fr. that is, the crossover of the bass and mid drivers takes place in the region of the main resonance peaks centered on fr. Expressed otherwise. this means that. in the region of the main resonance peaks, two loudspeakers, one in the upper sub-enclosure and the other in the lower sub-enclosure. act simultaneously.
We will show that this process makes it possible to attenuate and even eliminate the excessive efficiency of the loudspeaker in the region around the frequency fr, and this without significant constraints of the bass speaker on the middle speaker, or of the top speaker. -medial speaker on the woofer. The fact that this method does not impose strong constraints between the bass and mid-range loudspeakers results in a noticeable reduction in distortions by intermodulation.
Let us first consider the upper sub-enclosure, in a steady state. To understand the advantages of the enclosure described imagine that the bass speaker is removed and replaced by a solid wall. and suppose that the main resonance peak of the upper sub-enclosure is mainly due to the parallelism between the upper wall and the middle wall. Under these assumptions. the main resonance peak depends on whether the middle plate corresponds to a node for possible standing waves.
The lowest resonant frequency. yl. is given by
v
vi = -
d
where v = speed of sound
d = distance between upper and middle surfaces
The shape and dimensions of the upper sub-enclosure are designed so that v l is approximately equal to fr.
In the enclosure described. the middle wall is replaced by an active system which corresponds to a belly in the theory of standing waves.
According to the relative movement of the membranes of the bass and mid-range loudspeakers, the lowest possible resonant frequency, V2 is then given by
v V = - If the membranes of the bass and midrange speakers
d move in the same direction or v
V = - If the membranes of the bass and midrange speakers
2d move in the opposite direction to each other.
However, first of all, the bass speaker only has a very weak action at the frequency V2, at least twice the frequency.
Cll fr, and second, it is assumed that the upper sub-enclosure has normal efficiency at frequency V2. This means that the main resonance peak of the upper sub-speaker is almost suppressed.
Now let's take a look at the case of the lower sub-enclosure.
Let us first consider it independently of the upper sub-enclosure. Suppose further that its main resonance peak is due to the parallelism between the middle wall and the lower surface of the enclosure. Suppose again that its main resonant peak coincides with its lowest possible resonant frequency. It is then clear that the frequency fr is a function of the distance between the middle wall and the lower surface. On the other hand, if the two sub-enclosures are stacked (see fig. 3b), the frequency of the main resonant peak of the lower sub-enclosure can be changed. It then depends not only on d but also on d, the distance between the median wall and the upper surface.
One can easily choose d and d so that then the minimum resonant frequency of the complete system, caused by the woofer. is located above fr therefore fc. As the middle loudspeaker has only a very slight influence on this resonance, it can be deduced that the main resonance peak of the lower sub-loudspeaker is suppressed.
In summary, the enclosure described is composed of two sub-enclosures which, both, have an excessive efficiency in the vicinity of a frequency fr when they are separated from each other. The juxtaposition of these two sub-speakers allows the attenuation, or even the elimination, of these resonance peaks.
Thanks to the opening made in the upper sub-enclosure, the constraints of the woofer on the mid-driver, and vice versa, remain minimal. Intermodulation distortions are greatly reduced. The qualities and characteristics of the enclosure, object of the present invention, are absolutely not affected if the enclosure is not placed vertically. The vertical position has only been given as an example in the present description.
However, the vertical position is more suitable if we want to give an elegant solution to the problem of the natural diffusion of sounds.
In a concert hall, most sounds only reach the listener's ear after being reflected off the walls.
Only a small fraction (estimated at around 10%) of sounds go directly from the source to the listener. This fraction consists mainly of medium and high tones.
The loudspeaker arranged vertically is a source of indirect sound, reflected in particular by the ceiling and then by the other surfaces of the listening room. It is also a source of direct sounds, as follows. The midrange speaker diffuses its sounds from either side of the top surface of the speaker. We choose a high-pitched loudspeaker having the same characteristic (for example a cone loudspeaker). Some of the sound diffused inside the upper sub-speaker, through the mid and tweeter speakers, propagates parallel to the upper surface, then is reflected by a side wall of the upper sub-speaker, as shown. FIG. 4. In this way, part of the sounds produced by the mid-range and high-pitched loudspeakers reach the hearing zone without reflection on the walls of the listening room.
This way of obtaining direct sounds has the advantage of allowing easy dosing of the indirect direction sound ratio, as shown in Figures 5a and 5b. Just turn the speaker in relation to the listener.
The side wall serving as a reflector can be covered with any material, smooth or granular, or else have facets, to modify and improve the direct diffusion.
Figures 6 to 8 show another embodiment of the enclosure, object of the invention. Figure 6 shows the enclosure seen from the outside.
There is an opening in the lower sub-enclosure. This opening makes it possible first of all to reduce the stresses on the bass loudspeaker (so-called decompression opening), and, secondly. it can be used for the application of the bass-reflex method.
Figure 7 shows the interior construction.
Figure 8 is a detail of the upper sub-enclosure with the top removed. A cutout in the side wall shows how a mirror is used as a reflector and how a damping material is arranged.