EP0012070A1 - Haut-parleur pneumatique à débit continu de fluide - Google Patents
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/08—Non-electric sound-amplifying devices, e.g. non-electric megaphones
Definitions
- the present invention relates to a fluid acoustic amplification method of any signal but in particular of a spoken message as well as fluid acoustic amplifiers implementing said method.
- the present invention consists on the one hand in the generalization of the process for producing acoustic waves, as disclosed in the above patent, in the transmission of complex and in particular voice messages and on the other hand in the production of the generators noise implementing said method.
- Acoustic generators as described in French patent 10531.690 have the advantage of obtaining a complete modulation of a jet with a very small displacement of the deflecting movable member, therefore a low inertia.
- the use of such generators as loudspeakers is made possible by the incorporation of an electronic transmission and / or amplification circuit supplying the coil of the transducer from signals coming from a microphone or else from a memory.
- i amplification of such signals is performed by a chain to "n" stages: the first stage being formed by the interaction of the movable member of a transducer on a flow fluid under pressure, the successive subsequent stages being constituted by conventional fluid amplifiers operating either with jet deflection or with jet necking.
- the generation of compressed gases is preferably obtained by an assembly of the turbojet type.
- the pneumatic amplification results from the simultaneous action of a battery of "n" identical sirens supplied by a common generator of the turbojet type.
- the claimed loudspeaker applies the principle of partial modulation of a power flow.
- the modulation mode implemented has low inertia while ensuring large modulation amplitudes, that is to say that it simultaneously allows the fidelity of the timbre of the voice to be preserved while ensuring a high level of retransmission with high signal-to-noise ratio
- the flow modulation here consists of flow fluctuations around an average flow which is discharged through the same conduit which transmits the sound waves to the outside.
- This modulation is carried out in a single stage characterized in that the pneumatic circuit and the transducer are separated by a wall: on one side of said wall, the pneumatic circuit comprising a neck extended by a diffuser itself extended by an acoustic horn ; on the other side of the wall, the transducer, the movable element of which controls an annular obstacle which projects, from this wall, in the plane of the neck of the annular nozzle 9, the movable obstacle being linked to said wall by an elastic link continuing .
- the wall may include apertures that allow a flow of fresh air induced by the working fluid flow on the surface of said wall (thus creating an ejector effect of t) such that efficient cooling of the coil is naturally ensured, allowing the use of hot gases as the working fluid.
- the reliability of said coil resulting from perfect insulation of the winding as well as of the conducting elements ensuring its supply and of the winding-electric circuit connection mode which minimizes the stresses due to vibrations of the coil, enables it to withstand large amplitudes.
- loudspeakers require a low pneumatic motor power which can be easily produced by a source of autonomous compressed air and of small size so that such a loudspeaker can be made portable. .
- a wall 1 can be distinguished on either side: on one side, the entire pneumatic circuit 2 and, on the other side, the transducer 30
- the entire pneumatic circuit 2 comprises a nozzle 4 extended by a pavilion 5, this nozzle 4 delimiting with a profiled diffuser 6 an annular duct 7 comprising a neck 8 in the plane of which an annular obstacle 9 is disposed.
- a circular collector 10 is / supplied uniformly from a capacity 11 comprising orifices 12 regularly distributed at its base, said capacity 11 being supplied, by intake duct 13.
- the obstacle 9 movable is connected to the wall 1 by a continuous elastic link 22 (made of elastomer); this wall 1 comprising an outer ring 23 and an inner ring 24.
- the transducer 3 conventionally comprises a permanent magnet 14 delimiting an annular air gap 1'6 in which the electromagnetic coil 17 moves longitudinally, the latter comprising a coil 18 connected to the terminals 19 supplying an electrical signal by conductive strips 21 (see also figure 2).
- Said electrical signal resulting from the transformation of a voice input signal 55 by a microphone 56 or a magnetic recorder 57 and from its amplification in the amplifier 58, is conveyed to the supply terminals 19 by a cable 20.
- the entire transducer can be housed in a cylindrical case 25 which advantageously includes a induced air intake port 26.
- this pneumatic speaker is then as follows. Under the influence of the signal passing through the winding 18, the movable obstacle 9 moves in the plane of the neck 8 and thus modifies the passage section of the power flow around an average flow rate determined by the position at rest, in the absence of a signal, of the obstacle 9 in the plane of the neck 8. The amplitude of the signal to be transmitted being thus modulated by these fluctuations in flow rate, this flow of motor fluid air at the surface of the wall 1 gives rise to on the side of the wall 1 where the transducer 3 is located at a significant induced air current.
- FIG. 2 the characteristic elements of the invention are distinctly represented.
- This induced air flow 27 leaves the electromagnetic control system 3 through orifices 30 regularly formed on the perimeter of the inner ring 24 of the wall 1 and joins the flow of engine air downstream of the neck 8.
- the correct position of the coil 17 in the annular gap 16 of the magnet 14 is advantageously ensured by means of two centering pins: one located at the center 31 of the inner ring 24, the other 32 being located on the outer ring 23.
- the outer 23 and inner 24 rings are applied respectively on a fixed structure 15 on the one hand by means of a plate 33 in the form of a crown and on the other hand by the profiled diffuser 6.
- the movable obstacle 9 has at its lower part a recess in which is housed the coil 18, the supply of which is ensured by conductive strips 21 welded at one of their ends to the last turn 34 winding 18.
- These strips 21 advantageously located inside the coil 17 are embedded in the structure thereof and in the annular seal 22 and connected at the other end to a terminal 19 for arrival of the supply signal , - - - so that on the one hand the slats 21 cannot have, during operation, any contact with the metal elements of the transducer 3 and that on the other hand the stresses exerted on the weld are reduced to a minimum.
- the pneumatic loudspeaker as described in FIGS. 1 and 2 is particularly efficient: the efficiency obtained considered in its ratio (acoustic power / pneumatic power) can reach 15% in subsonic regime with a signal / noise ratio of the order 25 dB.
- this loudspeaker delivers a power of 300 watts acoustic (measured in free field ) with a signal / noise ratio of the order of 20 dB, the efficiency in this case being of the order of 8%.
- the induced air flow is then about 10 g / s.
- the fluid amplifier shown in FIGS. 3 and 3A constitutes a high power noise generator. It comprises a single-flow turbojet engine 36 from which secondary flows are taken, supplying fluid amplifiers arranged in a chain.
- a first withdrawal 37 is carried out upstream of the combustion chamber 38 9 the flow thus withdrawn feeds a substantially annular conduit 39 o
- an annular obstacle 9 controlled by a transducer 3 supplied by the input signal.
- the jet of fluid thus withdrawn is collected in a capacity 40 to open into the air in the direction of arrow 41.
- the jet For another position of l obstacle 9 in the outlet orifice of the conduit 39, the jet enters a conduit 42 which then delivers a control jet through an orifice 43 for a second power flow, also drawn off on the main flow 36 and supplying a conduit annular 44, from a withdrawal pipe 45.
- the second power flow is diverted alternately in the ducts 46 and 47.
- the duct 46 evacuates the jet dang a / capacity or to the atmosphere according to arrow 48, while the conduit 47 delivers, through an orifice 49, a control jet (fluidic signal) for the main flow 36. Depending on the absence or presence of fluidic signal, this then escapes either through the exhaust conduit 50 either via conduit 51 via a grid of blades 520
- FIG. 4 schematically represents a battery 53 of five identical acoustic generators 59 which can comprise a single
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un procédé d'amplification acoustique fluide d'un signal quelconque mais en particulier d'un message parlé ainsi que des amplificateurs acoustiques fluides mettant en oeuvre ledit procédé.
- Le principe d'amplification acoustique (fluide) d'un signal quelconque par un jet de puissance est bien connu en soi et il est exploité essentiellement par deux techniques très différentes. L'une consiste à utiliser un jet à débit cônstant:c'est en particulier le procédé divulgué dans le brevet français 105310690 utilisant le principe de déviation de jet ; dans l'autre technique le débit de puissance du jet est variable : c'est le cas des sirènes classiques où on module la section de passage d'un écoulement de fluide à l'aide d'un organe d'adaptation, cette variation de débit étant réalisée généralement d'une manière discontinue entre une valeur maximale et une valeur minimale.
- Si ces deux techniques ont conduit jusqu'à présent à des résultats comparables quant au niveau de la puissance acoustique délivrée (égale ou supérieure à 20000 watts), leurs performances sont très différentes quant à leur plage de fonctionnement en fréquence. Dans le cas des sirènes classiques la limite supérieure de cette plage n'atteint pas 500 Hz, cette limitation étant inhérente au mode de modulation du débit de fluide qui présente une grande inertie et engendre un bruit de fond important. De tels systèmes appliquant la technique décrite ci-dessus ne peuvent convenir pour la réalisation d'un haut-parleur pneumatique car celle-ci exige que :
- - d'une part la plage de fonctionnement en fréquence couvre le spectre de la parole c'est-à-dire l'intervalle 300 - 3000Hz;
- - d'autre part le rapport signal/bruit, qui traduit ici la clarté ou l'intelligibilité du signal transmis, ne doit pas être inférieur à 10 dB pour toute la plage de fonctionnement ci-dessus.
- La présente invention consiste d'une part dans la généralisation du procédé de production d'ondes acoustiques, tel que divulgué dans le brevet ci-dessus, à la transmission de messages complexes et en particulier vocaux et d'autre part dans la réalisation des générateurs de bruit mettant en oeuvre ledit procédé. Les générateurs acoustiques tels que décrits dans le brevet français 10531.690 présentent l'avantage d'obtenir une modulation complète d'un jet avec un très faible déplacement de l'organe mobile déviateur,donc une faible inertie. L'utilisation de tels générateurs comme haut- parleurs est rendue possible par l'incorporation d'un circuit électronique de transmission et/ou d'amplification alimentant la bobine du transducteur à partir de signaux provenant d'un microphone ou bien d'une mémoire d' informations
- Suivant une première forme de réalisation de l'invention,liamplification de tels signaux est réalisée par une chaîne à "n" étages : le premier étage étant constitué par l'interaction de l'élément mobile d'un transducteur sur un écoulement de fluide sous pression, les étages suivants successifs étant constitués par des amplificateurs fluides classiques fonctionnant indifféremment à déviation de jet ou à striction par jet. Pour l'obtention de puissances très importantes et afin d'obtenir un ensemble compact, la génération de gaz comprimés est de préférence obtenue par un ensemble du type turboréacteur.
- Suivant une seconde forme de réalisation,l'amplification pneumatique résulte de l'action simultanée d'une batterie de "n" sirènes identiques alimentées par un générateur commun du type turboréacteur.
- Suivant une forme de réalisation privilégiée de l'invention,le haut-parleur revendiqué applique le principe de la modulation partielle d'un débit de puissance.
- Le mode de modulation mis en oeuvre présente une faible inertie tout en assurant des amplitudes de modulation importantes, c'est-à-dire qu'il permet simultanément de conserver la fidélité du timbre de la voix tout en assurant un haut niveau de retransmission avec un fort rapport signal/bruit de fondo
- La modulation de débit consiste ici en des fluctuations de débit autour d'un débit moyen qui est évacué par le même conduit qui transmet les ondes sonores à l'extérieur. Cette modulation est réalisée en un seul étage caractérisé en ce que le circuit pneumatique et le transducteur sont séparés par une paroi: d'un c8té de ladite paroi, le circuit pneumatique comprenant un col prolongé par un diffuseur lui-même prolongé par un pavillon acoustique; de l'autre côté de la paroi,le transducteur dont l'élément mobile commande un obstacle annulaire qui fait saillie, à partir de cette paroi, dans le plan du col de la tuyère annulaire9 l'obstacle mobile étant lié à ladite paroi par une liaison élastique continue.. En outre, cette paroi peut comporter des orifices qui laissent passer un écoulement d'air frais induit par l'écoulement de fluide moteur à la surface de ladite paroi (créant ainsi un effet dtéjecteur) de telle sorte qu'un refroidissement efficace de la bobine est assuré naturellement,permettant l'utilisation de gaz chauds comme fluide moteur.
- D'autre part,la fiabilité de ladite bobine résultant d'un isolement parfait du bobinage ainsi que des éléments conducteurs assurant son alimentation et du mode de liaison bobinage-circuit électrique qui réduit au minimum les contraintes dues aux vibrations de la bobine, lui permet de supporter des amplitudes importantes.
- Une autre caractéristique importante de tels haut- parleurs est qu'ils nécessitent une faible puissance pneumatique motrice qui peut être aisément produite par une source d'air comprimé autonome et de faible encombrement de telle sorte qu'un tel haut-parleur puisse être rendu portatif.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, trois formes de mise en oeuvre du procédé selon l'inventiono
- La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tel haut-parleur; la figure 2 représente une coupe axiale d'une vue de détail des éléments caractéristiques de l'invention; la figure 3 représente une coupe axiale partielle d'un turboréacteur à simple flux alimentant deux étages d'amplification;
- la figure 3A représente une coupe axiale d'une vue de détail du deuxième étage d'amplification; la figure 4 représente schématiquement une "batterie de cinq sirènes identiques alimentées à partir d'un turboréacteur.
- Sur la figure 1,on distingue de part et d'autre d'une paroi 1:d'un côté, l'ensemble du circuit pneumatique 2 et, de l'autre côté,le transducteur 30
- L'ensemble du circuit pneumatique 2 comprend une tuyère 4 prolongée par un pavillon 5, cette tuyère 4 délimitant avec un diffuseur 6 profilé un conduit annulaire 7 comportant un col 8 dans le plan duquel est disposé un obstacle 9 annulaire. A l'amont de ce col 8, un collecteur circulaire 10est/alimenté uniformément à partir d'une capacité 11 comportant des orifices 12 répartis régulièrement à sa base, ladite capacité 11 étant alimentée, par conduit d'admission 13. L'obstacle 9 mobile est relié à la paroi 1 par une liaison 22 élastique continue (en élastomère); cette paroi 1 comportant une couronne extérieure 23 et une couronne intérieure 24.
- Le transducteur 3 comprend classiquement un aimant permanent 14 délimitant un entrefer annulaire 1'6 dans lequel se déplace longitudinalement la bobine électromagnétique 17, celle-ci comportant un bobinage 18 relié aux bornes 19 d'alimentation d'un signal électrique par des lamelles conductrices 21 (voir aussi figure 2).
- Ledit signal électrique, résultant de la transformation d'un signal d'entrée vocal 55 par un micro 56 ou un enregistreur magnétique 57 et de son amplification dans l'amplificateur 58, est acheminé vers les bornes d'alimentation 19 par un câble 20.
- L'ensemble du transducteur pourra être logé dans un bottier 25 cylindrique qui comporte avantageusement un orifice 26 d'aspiration d'air induit 27.
- Le fonctionnement de ce haut-parleur pneumatique est alors le suivant. Sous l'influence du signal parcourant le bobinage 18, l'obstacle mobile 9 se déplace dans le plan du col 8 et modifie ainsi la section de passage de l'écoulement de puissance autour d'un débit moyen déterminé par la position au repos, en l'absence de signal, de l'obstacle 9 dans le plan du col 8. L'amplitude du signal à transmettre étant ainsi modulée par ces fluctuations de débita cet écoulement d'air fluide moteur à la surface de la paroi 1 donne naissance du côté de la paroi 1 où se trouve le transducteur 3 à un courant d'air induit important.
- Sur la figure 2 sont représentés distinctement les éléments caractéristiques de l'inventiono On peut distinguer en particulier le trajet de l'air induit 27 dans sa partie aval : celui-ci passe tout d'abord dans l'entrefer 16 de l'aimant annulaire dans lequel se meut la bobine 17 et de part et d'autre de celle-ci. Des orifices 29 pratiqués régulièrement sur le périmètre de celle-ci en égalisant les pressions de part et d'autre de la paroi de la bobine 17 permettent en même temps un écoulement à l'intérieur et à l'extérieur de ladite bobine 17. Cet écoulement d'air induit 27 sort du système électromagnétique de commande 3 par des orifices 30 pratiqués régulièrement sur le périmètre de la couronne intérieure 24 de la paroi 1 et rejoint l'écoulement d'air moteur à l'aval du col 8.
- La position correcte de la bobine 17 dansl'entrefer 16 annulaire de l'aimant 14, est assurée avantageusement par l'intermédiaire de deux pions de centrage : l'un situé au centre 31 de la couronne intérieure 24, l'autre 32 étant situé sur la couronne extérieure 23. Les couronnes extérieure 23 et intérieure 24 sont appliquées respectivement sur une structure fixe 15 d'une part par l'intermédiaire d'un plateau 33 en forme de couronne et d'autre part par le diffuseur profilé 6.
- Sur cette même figure on peut remarquer que l'obstacle 9 mobile comporte à sa partie inférieure un évidement dans lequel est logé le bobinage 18 dont l'alimentation est assurée par des lamelles conductrices 21 soudées à une de leurs extrémités à la dernière spire 34 du bobinage 18. Ces lamelles 21 situées avantageusement à l'intérieur de la bobine 17 sont noyées dans la structure de celle-ci et dans le joint annulaire 22 et reliées à l'autre extrémité à une borne 19 d'arrivée du signal d'alimentation,de - - - sorte que d'une part les lamelles 21 ne peuvent avoir, en cours de fonctionnement, aucun contact avec les éléments métalliques du transducteur 3 et que d'autre part les sollicitations exercées sur la soudure sont réduites au minimum.
- Le haut-parleur pneumatique tel que décrit à travers les figures 1 et 2 est particulièrement performant : le rendement obtenu considéré dans son rapport (puissance acoustique/puissance pneumatique) peut atteindre 15% en régime subsonique avec un rapport signal/bruit de l'ordre de 25 dB.
- Pour une pression génératrice effective de 1,5 bar et un débit de 60 g/s et pour une puissance électrique de l'ordre de 150 watts en bruit blanc, ce haut-parleur délivre une puissance de 300 watts acoustique (mesurée en champs libre) avec un rapport signal/bruit de l'ordre de 20 dB, le rendement dans ce cas étant de l'ordre de 8%. Le débit d'air induit est alors de 10 g/s environ. On constate d'autre part, toutes choses étant égales par ailleurs, que la puissance acoustique varie approximativement linéairement avec la puissance électrique d'une part et avec la puissance pneumatique d'autre part.
- L'amplificateur fluide représenté sur les figures 3 et 3A constitue un générateur de bruit de forte puissance. Il comprend un turboréacteur 35 à simple flux 36 sur lequel sont prélevés des débits secondaires alimentant des amplificateurs fluidiques disposés en chaîne. Un premier soutirage 37 est effectué à l'amont de la chambre de combustion 389 le débit ainsi soutiré alimente un conduit sensiblement annulaire 39o A l'orifice de sortie de ce conduit est disposé un obstacle annulaire 9 commandé par un transducteur 3 alimenté par le signal d'entrée. Pour une certaine position de l'obstacle 9 dans l'orifice de sortie du conduit annulaire 39,le jet de fluide ainsi soutiré est collecté dans une capacité 40 pour déboucher à l'air libre suivant la flèche 41. Pour une autre position de l'obstacle 9 dans l'orifice de sortie du conduit 39, le jet pénètre dans un conduit 42 qui délivre alors un jet de commande à travers un orifice 43 pour un second débit de puissance, soutiré également sur le flux principal 36 et alimentant un conduit annulaire 44, à partir d'un conduit 45 de soutirage. A l'orifice de sortie 43 du conduit annulaire 44, le second débit de puissance est dévié alternativement dans les conduits 46 et 47. Le conduit 46 évacue le jet dang une/capacité ou à l'ambiance suivant la flèche 48, alors que le conduit 47 délivre, à travers un orifice 49,un jet de commande (signal fluidique) pour le flux principal 36. Suivant l'absence ou la présence de signal fluidique, celui-ci s'échappe alors soit par le conduit d'échappement 50 soit par le conduit 51 par l'intermédiaire d'une grille d'aubes 520
- Le mode de réalisation selon la figure 4 représente schématiquement une batterie 53 de cinq générateurs acoustiques identiques 59 pouvant comporter un seul
Claims (10)
caractérisé en ce que le circuit pneumatique dans lequel s'écoule le fluide sous pression comporte un col sonique dans le plan duquel s'effectue le mouvement de l'obstacle provoquant ainsi des fluctuations de débit autour d'un débit moyen déterminé par la position au repos, en l'absence de signal, de l'obstacle à l'intérieur du circuit pneumatique.
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