EP0263748B1 - Transducteur electro-acoustique - Google Patents

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EP0263748B1
EP0263748B1 EP87402186A EP87402186A EP0263748B1 EP 0263748 B1 EP0263748 B1 EP 0263748B1 EP 87402186 A EP87402186 A EP 87402186A EP 87402186 A EP87402186 A EP 87402186A EP 0263748 B1 EP0263748 B1 EP 0263748B1
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H04R1/2807—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
    • H04R1/283—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements using a passive diaphragm
    • H04R1/2834—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements using a passive diaphragm for loudspeaker transducers

Definitions

  • the present invention relates to a particularly efficient and economical electro-acoustic transducer, comprising a flexible enclosure in the form of a revolution around an axis and two loudspeakers mounted back to back in the axis of the enclosure.
  • the generally parallelepiped shape of the multi-way speakers imposes on the rear wave of the bass speaker, operating in piston, a constraint which causes a prejudicial deformation of the front wave, transmitting only the sound message.
  • this constraint on the rear wave is more or less important depending on the acoustic absorption power of the walls or the degree of sophistication of the vents or baffles intended to weaken the return of the wave.
  • patent US-A-3,978,941 which describes an acoustic enclosure in the form of a rigid cylindrical tube held vertically, comprising an active loudspeaker turned upwards and mounted 15 centimeters from the open upper end of said enclosure, the lower end of said tube having a passage opening which allows the transfer of air from inside the chamber to the outside atmosphere. Because the active speaker is enclosed in the speaker tube, edge effects appear, ruining the omnidirectionality of the diffusion of mid and treble sounds.
  • patent GB-A-2 101 448 which describes an acoustic transducer formed by a set of cylindrical chambers each comprising back to back an active speaker and a passive speaker, mounted axially at the interior of a rigid enclosure, the length of which gives each chamber a particular fundamental resonant frequency, all the chambers being able to reproduce the almost complete range of audible sounds.
  • the transducer advantageously has a cylindrical shape providing a construction convenience contributing to the economy of the system; this particular form is, moreover, entirely suited to another feature of the invention recommending the use of two strictly identical speakers in order to introduce no source of distortions of purely mechanical origin.
  • the cylindrical shape of the speaker is ideal for avoiding the edge effects well known in conventional speakers and therefore totally avoiding diffraction of sounds.
  • transducers according to the invention can be envisaged: one could for example use a passive speaker with a diameter different from that of the active speaker, or else, the enclosure could be frustoconical, or flared on one side, in hyperboloid of revolution etc ... All the tests nevertheless converge towards an optimal solution providing a cylindrical support and similar speakers.
  • the proposed transducer must be suspended vertically, the active loudspeaker being directed upwards and the passive loudspeaker towards the ground at a sufficient distance from the latter.
  • the electro-acoustic transducer consists of a first "active" loudspeaker 1, of external diameter equal to 21 cm and having, in a manner known per se, all the electromechanical arrangements allowing a strip bandwidth between 40 and 18,000 Hertz.
  • This speaker 1 is mounted on a disc 2 with a diameter equal to 25 cm.
  • This disc is preferably produced in a 19 mm thick panel made up of wood chips joined by an epoxy resin.
  • a second "passive" speaker similar to the first speaker 1 is also mounted on a disc 4 identical to the disc 2.
  • the two discs 2 and 4 which are centered on the same axis at a distance of 50 cm from each other, receive on their periphery a sheet 5, of corrugated cardboard for example, coming to wind on the two discs 2 and 4 to which it is fixed by gluing.
  • the grooves of the sheet 5 are arranged along a generatrix of the cylinder 6 thus formed.
  • the flexible wall formed by the sheet 5 is lined with a thickness of about 5 cm of rock wool or synthetic wadding 7.
  • the cylinder 6 is suspended vertically by means of two cords 8 secured to the disc 2, which hooks onto a support 9 in the form of a bracket, so that the "active" loudspeaker 1 is turned towards the ceiling.
  • the same loudspeaker 1 is supplied with power, advantageously using, for example, the cords 8 for supplying the electrical wires 8a from any sound source.
  • the loudspeaker 3 is not connected to any source and it is left free to "work” under the sole stresses of the rear wave of the "active" loudspeaker 1 thereby contributing to its suffocation and therefore to the sound reinforcement of the front wave, with which there is total overlap, at least for the low frequency register.
  • the electro-acoustic transducer thus described and in accordance with the invention, is advantageously decorated on its side wall 10 so as to better integrate into the environment.
  • This same environment also determines the optimal height of the "passive" speaker 3, relative to the ground, by considering a minimum height fixed at 30 cm, so that there is a perfect acoustic coupling between the transducer and the environment.

Description

  • La présente invention concerne un transducteur électro-acoustique particulièrement performant et économique, comportant une enceinte souple en forme de révolution autour d'un axe et deux haut-parleurs montés dos à dos dans l'axe de l'enceinte.
  • La grande majorité des enceintes connues à ce jour, comportent deux, trois et parfois quatre haut-parleurs, savamment connectés entre eux pour tenter de couvrir l'ensemble du spectre de fréquences audibles. Cette conception requiert généralement l'intercalation d'un filtre répartiteur de fréquences entre l'arrivée du signal et les différents haut-parleurs. On sait que, dans ce cas, le filtre altère le message sonore en y introduisant de nombreuses modifications :
    • réduction très sensible de la plage dynamique,
    • réduction du rendement global de l'enceinte,
    • modification de la phase aux fréquences de coupure qui entraîne une augmentation ou une diminution de la puissance acoustique à ces fréquences.
  • Par ailleurs, on connaît aussi les problèmes de disparités de timbre, inévitables entre les différents haut-parleurs qui nuisent à la vérité des sons reproduits.
  • D'autres désagréments ressortent d'enceintes classiques dont tous les haut-parleurs actifs sont montés sur le panneau frontal imposant ainsi à l'ensemble une directivité sonore contraignant l'auditeur à "situer" l'aire d'écoute optimale ou priviligiée, ce qui est incompatible avec le confort d'une audition naturelle, d'autant plus sensible dans le registre des fréquences graves.
  • En outre, la forme généralement parallèlépipédique des enceintes à plusieurs voies impose à l'onde arrière du haut-parleur grave, fonctionnant en piston, une contrainte qui entraîne une déformation préjudiciable de l'onde avant, transmettant seule le message sonore. Naturellement cette contrainte sur l'onde arrière est plus ou moins importante selon le pouvoir d'absorption acoustique des parois ou le degré de sophistication des évents ou des chicanes destinés à affaiblir le retour de l'onde.
  • Une autre conséquence de la forme prismatique des enceintes tient aux rebords de celles-ci sur lesquels les vibrations des haut-parleurs viennent se distordre, ruinant la plupart du temps le caractère omnidiretionnel des mêmes haut-parleurs.
  • On peut noter enfin les classiques observations ou difficultés liées à une ébénisterie traditionnelle pour ce genre d'enceinte : étant généralement mal suspendue, l'enceinte entre fréquemment en résonnance et transmet des vibrations désagréables à l'environnement, ajoutant encore à l'aspect souvent inesthétique de leur caisse en bois, au poids et au coût réellement inacceptable.
  • Dans ce domaine des émetteurs ou transducteurs de son, les recherches ont, de tout temps, passionné amateurs et professionnels ; il n'est donc pas étonnant que de nombreuses solutions aient été proposées pour tenter de réduire les inconvénients cités en préambule.
  • Pour réduire l'encombrement des enceintes, tout en conservant toutes les qualités requises en "haute fidélité", on a pensé, ainsi qu'il est indiqué dans le brevet FR-1- 330 932, remplacer l'unique membrane d'un haut-parleur par deux ou plusieurs membranes se déplaçant en phase dans le même sens et juxtaposées ; ainsi découple-t-on l'onde arrière de l'onde avant. Dans le Brevet FR-1- 510 260, on trouve des tentatives intéressantes pour limiter le "confinement du son" et surtout résoudre l'inacceptable caractère directionnel d'installation classique affectant gravement le diagramme des radiations acoustiques.
  • D'autres propositions sont exposées notamment dans le brevet FR 2 338 616 pour remédier aux distorsions et résonnances créant des perturbations dans l'audition ; il est notamment proposé de remplacer les haut-parleurs frontaux par au moins deux haut-parleurs semblables, disposés en file les uns derrière les autres, dans un support commun, cylindriq ue ou non, dont l'extrémité avant est obturée par l'un des haut-parleurs et l'extrémité arrière par l'autre haut-parleur monté en phase acoustique, c'est-à-dire électriquement en série ou en parallèle selon la disposition de la membrane du haut-parleur arrière.
  • On sait maintenant que ce type de solution reste très partielle ; en effet, tous les inconvénients de directionnalité ou de fréquences de résonnance subsistent et sont même amplifiés par le couplage électrique des haut-parleurs avant et arrière, alors que les améliorations obtenue par ailleurs viennent grever le prix de l'installation.
  • Une amélioration à ces dernières propositions est apportée par le brevet US-A-3 978 941 qui décrit une enceinte acoustique en forme de tube cylindrique rigide maintenue verticalement, comportant un haut-parleur actif tourné vers le haut et monté à 15 centimètres de l'extrémité supérieure ouverte de ladite enceinte, l'extrémité inférieure dudit tube présentant une ouverture de passage qui permet le transfert de l'air de l'intérieur de la chambre à l'atmosphère extérieure. Du fait que le haut-parleur actif est enfermé dans le tube de l'enceinte, il apparaît des effets de bords ruinant l'omnidirectionnalité de la diffusion des sons médiums et aigus.
  • Une première solution à ce problème est apportée par le brevet GB-A-2 101 448 qui décrit un transducteur acoustique formé par un ensemble de chambres cylindriques comportant chacune dos à dos un haut-parleur actif et un haut-parleur passif, montés axialement à l'intérieur d'une enceinte rigide, et dont la longueur procure à chaque chambre une fréquence de résonance fondamentale particulière, l'ensemble des chambres pouvant ainsi reproduire la gamme à peu près complète des sons audibles.
  • La présente invention vise à améliorer les qualités de reproduction des sons du dispositif précédent, en proposant un transducteur plus simple, plus performant et présentant un étonnant rapport qualité-prix ainsi que d'excellentes capacités à s'intégrer dans l'environnement. Dans ce but, l'invention concerne un transducteur électro-acoustique constitué d'une enceinte en forme de révolution autour d'un axe dont chaque extrémité est obturée par un haut-parleur, les deux haut-parleurs étant montés dos à dos dans l'axe de l'enceinte, l'un des haut-parleurs est alimenté par une source d'énergie électrique et, en ce sens, il est dit actif, alors que l'autre haut-parleur est dit passif en ce qu'il ne reçoit aucune alimentation électrique, son mouvement résultant uniquement de l'onde arrière du haut-parleur actif, ce transducteur étant caractérisé en ce que :
    • l'enceinte est maintenue verticalement suivant son axe de révolution,
    • le haut-parleur actif est disposé au-dessus de l'enceinte,
    • l'enveloppe de l'enceinte est constituée d'un matériau souple, connu en soi, insusceptible d'entrer en résonance avec les ondes avant ou arrière desdits haut-parleurs.
  • L'emploi d'une matière souple pour le support des haut-parleurs évite toute résonnance pour l'onde arrière et toute diffraction pour l'onde avant. Naturellement, il importe peu que le support soit réalisé en tel ou tel matériau souple qui dépendra plus de critères d'économie ou d'esthétique : on peut, en effet, considérer tout aussi bien des supports en carton ondulé, qu'en fibre ou en matériau compact ou encore en cuir et même en matériau tissé.
  • Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, le transducteur a avantageusement une forme cylindrique procurant une commodité de construction contribuant à l'économie du système ; cette forme particulière est, en outre, tout à fait adaptée à une autre particularité de l'invention préconisant d'utiliser deux haut-parleurs strictement identiques afin de n'introduire aucune source de distorsions d'origine purement mécanique. Enfin, la forme cylindrique de l'enceinte est idéale pour éviter les effets de bords bien connus dans les enceintes classiques et par conséquent éviter totalement la diffraction des sons.
  • Il est évident que d'autres combinaisons de transducteurs suivant l'invention peuvent être envisagées : on pourrait par exemple utiliser un haut-parleur passif de diamètre différent de celui du haut-parleur actif, ou encore, l'enceinte pourrait être tronconique, ou évasée d'un côté, en hyperboloïde de révolution etc... Tous les essais convergent néanmoins vers une solution optimale prévoyant un support cylindrique et des haut-parleurs semblables.
  • Suivant une autre caractéristique complémentaire de l'invention ,le transducteur proposé doit être suspendu verticalement, le haut-parleur actif étant dirigé vers le haut et le haut-parleur passif vers le sol à une distance suffisante de celui-ci.
  • Naturellement, il sera préféré une suspension parfaitement insusceptible de transmettre des vibrations à l'environnement, utilisée avantageusement pour l'amenée des fils électriques. De cette manière, on réalise un transducteur électro-acoustique "total", idéalement chargé et parfaitement couplé avec la pièce d'écoute qui, de ce fait, intervient beaucoup moins qu'avec des enceintes classiques.
  • Enfin, on a su déterminer qu'en ce qui concerne les dimensions des transducters électro-acoustiques suivant l'invention, il existe une relation tendant à retenir, comme hauteur de l'enceinte, le double du diamètre moyen de la même enceinte et ce pour un volume interne donné.
  • On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé qui est une vue en élévation, partiellement en coupe suivant son axe vertical, d'un transducteur électro-acoustique suivant l'invention.
  • Conformément au dessin, le transducteur électro-acoustique suivant l'invention est constitué d'un premier haut-parleur "actif" 1, de diamètre extérieur égal a 21 cm et présentant, de façon connue en soi, toutes les dispositions électromécaniques autorisant une bande passante comprise entre 40 et 18 000 Hertz. Ce haut-parleur 1 est monté sur un disque 2 de diamètre égal à 25 cm. Ce disque est réalisé de préférence dans un panneau de 19 mm d'épaisseur consitué de copeaux de bois solidarisés par une résine époxy.
  • Un deuxième haut-parleur "passif" semblable au premier haut-parleur 1 est également monté sur un disque 4 identique au disque 2.
  • Les deux disques 2 et 4 qui sont centrés sur le même axe à une distance de 50 cm l'un de l'autre, reçoivent sur leur périphérie une feuille 5, en carton ondulé par exemple, venant s'enrouler sur les deux disques 2 et 4 auxquels elle est fixée par collage. Les cannelures de la feuille 5 sont disposées suivant une génératrice du cylindre 6 ainsi constitué.
  • A l'intérieur du cylindre 6, la paroi souple constituée par la feuille 5 est tapissée d'une épaisseur d'environ 5 cm de laine de roche ou d'ouate synthétique 7.
  • Le cylindre 6 est suspendu verticalement au moyen de deux cordons 8 solidaires du disque 2, venant s'accrocher sur un support 9 en forme de potence, de telle sorte que le haut-parleur "actif" 1 soit tourné vers le plafond. On alimente ce même haut-parleur 1 en utilisant avantageusement, par exemple, les cordons 8 pour l'amenée des fils électriques 8a depuis une source sonore quelconque.
  • Le haut-parleur 3 n'est raccordé à aucune source et on le laisse libre de "travailler" sous les seules sollicitations de l'onde arrière du haut-parleur "actif" 1 contribuant de ce fait à son étouffement et donc au renforcement phonique de l'onde avant, avec laquelle il y a totale superposition, du moins pour le registre des fréquences graves.
  • Le transducteur électro-acoustique, ainsi décrit et conforme à l'invention, est avantageusement décoré sur sa paroi latérale 10 de manière à mieux s'intégrer dans l'environnement. Ce même environnement détermine par ailleurs la hauteur optimale du haut-parleur "passif" 3, par rapport au sol, en considérant une hauteur minimale fixée à 30 cm, de manière qu'il y ait un couplage acoustique parfait entre le transducteur et l'environnement.
  • Il ressort alors une écoute remarquable proche du son "total" donnant l'impression très inattendue d'une audition à l'"intérieur des instruments" et ce, quelle que soit la situation relative de l'auditeur par rapport aux transducteurs.

Claims (7)

  1. Transducteur électro-acoustique constitué d'une enceinte en forme de révolution autour d'un axe dont chaque extrémité est obturée par un haut-parleur, les deux haut-parleurs étant montés dos à dos dans l'axe de l'enceinte, l'un des haut-parleurs (1) est alimenté par une source d'énergie électrique et, en ce sens, il est dit actif, alors que l'autre haut-parleur (3) est dit passif en ce qu'il ne reçoit aucune alimentation électrique, son mouvement résultant uniquement de l'onde arrière du haut-parleur actif (1), ce transducteur étant caractérisé en ce que :
    - l'enceinte (6) est maintenue verticalement suivant son axe de révolution,
    - le haut-parleur actif (1) est disposé au-dessus de l'enceinte (6),
    - l'enveloppe (5) de l'enceinte (6) est constituée d'un matériau souple, connu en soi, insusceptible d'entrer en résonance avec les ondes avant ou arrière desdits haut-parleurs (1,3).
  2. Transducteur électro-acoustique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte (6) est suspendue, par tout moyen insusceptible de transmettre des vibrations ou d'entrer en résonance avec le transducteur, à une hauteur minimale d'environ 30 cm du sol.
  3. Transducteur électro-acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau souple constituant l'enveloppe (5) de l'enceinte (6) est en carton ondulé dont les sens des cannelures suivent les génératrices de l'enceinte (6).
  4. Transducteur électro-acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les deux haut-parleurs (1,3) sont fixés sur des disques rigides (2,4) en matériau simple ou composite, acoustiquement très absorbant, de diamètre légèrement supérieur au diamètre de chaque haut-parleur (1,3), autour desquels s'enroule le matériau souple (5) de l'enceinte (6).
  5. Transducteur électro-acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enceinte de révolution (6) est tronconique.
  6. Transducteur électro-acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la hauteur de l'enceinte (6) est sensiblement égale au double de son diamètre moyen pour un même volume d'enceinte (6).
  7. Transducteur électro-acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le haut-parleur actif (1) est du type électrodynamique à large bande passante d'un diamètre au moins égal à 21 cm.
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