EP0331566B1 - Guide d'onde sonore cylindrique - Google Patents

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EP0331566B1
EP0331566B1 EP89400530A EP89400530A EP0331566B1 EP 0331566 B1 EP0331566 B1 EP 0331566B1 EP 89400530 A EP89400530 A EP 89400530A EP 89400530 A EP89400530 A EP 89400530A EP 0331566 B1 EP0331566 B1 EP 0331566B1
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orifice
waveguide
waveguide according
outlet
fact
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EP89400530A
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Christian Heil
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Heil Acoustics
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • 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
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • 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
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/34—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means
    • H04R1/345—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means for loudspeakers

Definitions

  • the present invention relates to the optimization of acoustic couplings between neighboring electroacoustic transducers, over the whole extent of their frequency spectrum, by means of a particular waveguide.
  • the purpose of this waveguide is to transform an isophase circular plane wave surface (loudspeaker membrane or compression chamber outlet) into an isophase rectangular plane wave surface.
  • the alignment of several rectangular surfaces thus formed constitutes an isophase flat ribbon from which a coherent cylindrical progressive wave can emerge.
  • Several transducers thus coupled generate a coherent cylindrical wave while these same transducers without the waveguide of the invention generate as many spherical traveling waves interfering with each other.
  • the sound waveguide has a circular or annular input and a rectangular output so that the propagation time of the wave between input and output is constant, whatever the acoustic path taken.
  • the conduit between the inlet orifice and the outlet area has a passage evoking the general shape of a sheet.
  • the so-called sheet form is obtained by deformation of the walls of the conduit or by incorporation of one or more bodies internal to the conduit, or both by deformation of the walls of the conduit and by incorporation of one or more bodies internal to said conduit.
  • the small internal body has various shapes and is made up of several elements.
  • This body may have the general appearance of a flattened pyramid, or of a flattened cone, the point of which penetrates into the entry orifice, and the other end of which is bevelled so that its edge is flush with the outlet area of the conduit along the axis of said outlet.
  • the diffuser is designed to work with several speakers and several waveguides.
  • the oblong areas of the outlet orifices are all in one plane and in line with one another.
  • the waveguide shown "in Fig. 1 is made up of three elements 1, 2, 3.
  • Elements 1 and 2 are symmetrical along a vertical plane and constitute shells between which the internal body 3 is fixed.
  • Each shell has a rear flange 4 or 4 ′ and a front flange 6 or 6 ′ joined by a spacer plate 5 or 5 ′,
  • the flanges 4-4 ′ coming in extension of one another, and it is the same for the flanges 6, 6 ′ which leave between them a slot 9 formed by the notches 8, 8 ′.
  • the hollow parts 7 and 7 ′ form a housing for the element 3.
  • the rear flanges 4,4 ′ have a small circular notch 10 10 ′ facing each other after assembly to determine the inlet orifice 11.
  • Fig. 4 shows the case of a guide provided for loudspeaker with compression chamber, and the orifice 11, of a relatively small surface area, reveals the tip 12 of the internal body 3 which will be described later in detail.
  • Fig. 5 shows the case of a waveguide provided for a speaker with an annular diaphragm.
  • the orifice 11 ′ has a larger surface area than in the previous case.
  • Fig. 6 shows the front flange 6 and 6 ′ with their notch 8, 8 ′ determining the slot 9 leaving the body 3 ending on this side with an edge 14.
  • Figs. 2 and 3 we see a waveguide fixed on a loudspeaker 15 and provided with a horn 16.
  • a continuous passage bearing the references 16 to 18 ′. This passage surrounds the body 3 on all sides, and has an almost constant width.
  • the internal body 3 has the general shape of a cone 19, the base of which is bevelled to half its height to determine two areas 20, 21 determining the edge 14.
  • the body 3 is fixed by any known means.
  • Fig. 9 we see a single tongue 22, but there is a symmetrical tongue, and during assembly the two tongues are sandwiched between the plates 5 and 5 ′.
  • the waveguide is made of rigid material (metal, plastic, resin) by molding. As explained above, it consists of three parts, the central part is sandwiched between two identical external parts which determine the walls of the waveguide and include the flanges for fixing to the loudspeaker at the entrance, at flag at the exit. These three parts are assembled by gluing, welding or screwing.
  • the shapes of the internal body and of the housing are such that all the shortest paths from the inlet to the outlet are all the same length, or very similar lengths.
  • the propagation time of the sound wave is constant through the guide.
  • the said waveguide makes it possible to transform the circular isophase wave plane generated by the membrane of a loudspeaker or the orifice of a compression chamber into a rectangular isophase wave plane.
  • the dimensions of the rectangular plane in question are calibrated so that the emerging sound wave propagates in quasi-cylindrical mode.
  • the stacking of several loudspeakers with waveguides in the height direction, the L side being vertical has the effect of generating a flat isophase ribbon from which a coherent cylindrical wave can emerge. Optimal coupling between the speakers is thus achieved.

Description

  • La présente invention concerne l'optimisation des couplages acoustiques entre transducteurs électroacoustiques voisins, sur toute l'étendue de leur spectre de fréquence, au moyen d'un guide d'onde particulier. Ce guide d'ondes a pour but de transformer une surface d'onde plane circulaire isophase (membrane de haut-parleur ou sortie de chambre à compression) en une surface d'onde plane rectangulaire isophase. L'alignement de plusieurs surfaces rectangulaires ainsi formées constitue un ruban plan isophase d'où peu émerger une onde progressive cylindrique cohérente. Plusieurs transducteurs ainsi couplés génèrent une onde cylindrique cohérente alors que ces mêmes transducteurs sans le guide d'onde de l'invention génèrent autant d'ondes progressives sphériques interférant les unes avec les autres.
  • On connaît par le document US-A-4.718.517 un haut-parleur ayant un dispositif de couplage avec une sortie rectangulaire et comportant en outre une pièce de phase. Ce système est inapte à générer une onde cylindrique cohérente.
  • On connaît par le document US-A-3.980.829 un guide d'onde comportant une pluralité d'orifices de sortie et destiné à être placé devant un panneau électrostatique utilisé en haute fidélité pour en diminuer la directivité. L'orifice d'entrée du guide d'onde est rectangulaire. Ce guide ne peut être utilisé avec des haut-parleurs ou chambres de compression de forme circulaire ou annulaire et est inadapté à la sonorisation de forte puissance.
  • D'une manière générale, l'invention est définie dans les revendications 1 à 3. Ainsi, le guide d'ondes sonores comporte une entrée circulaire ou annulaire et une sortie rectangulaire de telle manière que le temps de propagation de l'onde entre entrée et sortie soit constant, quel que soit le chemin acoustique emprunté.
  • Les autres revendications définissent des caractéristiques propres à un exemple de réalisation.
  • Selon une caractéristique de cet exemple, le conduit entre l'orifice d'entrée et l'aire de sortie comporte un passage évoquant la forme générale d'une nappe.
  • La forme dite en nappe est obtenue par déformation des parois du conduit ou par incorporation d'un ou plusieurs corps internes au conduit, ou à la fois par déformation des parois du conduit et par incorporation de un ou plusieurs corps internes audit conduit.
  • Le corps interne petit présenter diverses formes et être constitué en plusieurs éléments. Ce corps peut présenter l'aspect général d'une pyramide aplatie, ou d un cône aplati dont la pointe pénètre dans l'orifice d'entrée, et dont l'autre extrémité est biseautée de façon à ce que son arête affleure l'aire de sortie du conduit suivant l'axe de la dite sortie.
  • Le diffuseur est prévu pour fonctionner avec plusieurs haut-parleurs et plusieurs guides d'ondes. Dans ce cas les aires oblongues des orifices de sorties sont toutes dans un plan et dans le prolongement les unes des autres.
  • Pour mieux faire comprendre l'invention, il est donné ci-après un exemple de réalisation d'un guide d'ondes représenté par les dessins annexés dans lesquels
    • Fig. 1 est une vue en perspective d'un diffuseur,
    • Fig. 2 est une coupe axiale horizontale
    • Fig. 3 est une coupe axiale verticale
    • Fig. 4 est une vue arrière du guide pour haut-parleur à chambre de compression,
    • Fig. 5 est une vue arrière pour haut-parleur à diaphragme annulaire,
    • Fig. 6 est une vue avant,
    • Fig. 7 est une coupe suivant VII-VII de la Fig. 5,
    • Fig. 8 est une coupe suivant VIII-VIII de la Fig. 5,
    • Fig. 9 montre la forme du corps interne,
    • Fig. 10 est une vue de côté du corps interne,
    • Fig. 11 est une vue de dessus du corps interne,
    • Fig. 12 est une vue de face du corps interne.
  • Le guide d'onde représenté" en Fig. 1 est formé de trois éléments 1, 2, 3.
  • Les éléments 1 et 2 sont symétriques suivant un plan vertical et constituent des coques entre lesquelles est fixé le corps interne 3, Chaque coque comporte un flasque arrière 4 ou 4′ et un flasque avant 6 ou 6′ réunis par une plaque entretoise 5 ou 5′, les flasques 4-4′ venant en prolongement l'un de l'autre, et il en est de même pour les flasques 6, 6′ qui laissent subsister entre-eux une fente 9 formée par les échancrures 8, 8′. Les parties creuses 7 et 7′ forment un logement pour l'élément 3.
  • Les flasques arrières 4,4′ comportent une petite échancrure circulaire 10 10′ se faisant face après assemblage pour déterminer l'orifice d'entrée 11.
  • La Fig. 4 montre le cas d'un guide prévu pour haut-parleur à chambre de compression, et l'orifice 11, d'une superficie relativement faible, laisse voir la pointe 12 du corps interne 3 qui sera plus loin décrit en détail.
  • La Fig. 5 montre le cas d'un guide d'onde prévu pour un haut-parleur à diaphragme annulaire. L'orifice 11′ est d'une superficie plus grande que dans le cas précédent. On voit en 13 l'extrémité d'un autre corps interne. La Fig. 6 montre les flasque avant 6 et 6′ avec leur échancrure 8, 8′ déterminant la fente 9 laissant le corps 3 se terminer de ce côté par une arête 14.
  • Sur les Fig. 2 et 3 on voit un guide d'onde fixé sur un haut-parleur 15 et muni d'un pavillon 16. On voit qu'entre le corps 3 et un logement 7, 7′ subsiste un passage continu portant les références 16 à 18′. Ce passage entoure le corps 3 de tous les côtés, et comporte une largeur à peu près constante.
  • Le corps 3 et la paroi du logement 7, 7′ ont des formes et dimensions compatibles pour laisser passer entre eux une nappe fluide dans le conduit prévu à cet effet. Dans l'exemple de réalisation présenté :
    • O =
    35mm, diamètre de l'orifice de sortie de la chambre de compression,
    a =
    50°, angle du cône (entrée) et du biseau (sortie),
    I =
    30mm, largeur de l'orifice rectangulaire de sortie,
    L =
    220mm, hauteur de l'orifice rectangulaire de sortie,
    A =
    112mm, demi-longueur du dispositif.
  • Il est bien entendu que ces dimensions ne sont pas limitatives, mais données simplement à titre documentaire pour illustrer l'exemple donné.
  • Le corps interne 3 a la forme générale d'un cône 19 dont la base est biseautée jusqu'à la moitié de sa hauteur pour déterminer deux plages 20,21 déterminant l'arête 14. Le corps 3 est fixé par tout moyen connu. Sur la Fig. 9 on voit une seule languette 22, mais il existe une languette symétrique, et lors du montage les deux languettes sont prises en sandwich entre les plaques 5 et 5′.
  • Le guide d'onde est réalisé en matériau rigide (métal, plastique, résine) par moulage. Ainsi qu'exposé précédemment, il est constitué de trois pièces, la pièce centrale est prise en sandwich entre deux pièces identiques extérieures qui déterminent les parois du guide d'onde et comprennent les flasques de fixation au haut-parleur à l'entrée, au pavillon à la sortie. Ces trois pièces sont assemblées par collage, soudure ou vissage.
  • Les formes du corps interne et du logement sont telles que tous les chemins les plus courts pour aller de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie ont tous la même longueur, ou des longueurs très voisines. Au cours du fonctionnement le temps de propagation de l'onde sonore est constant à travers le guide.
  • Ainsi le dit guide d'onde permet de transformer le plan d'onde circulaire isophase généré par la membrane d'un haut-parleur ou l'orifice d'une chambre à compression en un plan d'onde isophase rectangulaire. Les dimensions du plan rectangulaire en question sont calibrées de manière à ce que l'onde sonore émergente se propage en mode quasi cylindrique.
  • Les paramètres d'optimisation d'un guide sont les suivantes :
    • soit (f1, f2) avec f2 > f1, l'intervalle de fréquence sur lequel le guide doit être efficace et (λ₁, λ₂) les longueurs d'ondes associées,
    • soit 1 et L respectivement les largeur et longueur du rectangle de sortie du guide, L étant le côté vertical, 1 le côté horizontal.
  • Dans une propagation en mode cylindrique, l'axe du cylindre étant vertical, pour que le rectangle de sortie soit un plan isophase, il faut que les conditions suivantes soient remplies :
    • i =
    largeur du conduit <λ₂
    ii =
    a≦30°
    iii =
    soit δ l'écart maximal entre les différents chemins acoustiques possibles dans le guide, il faut δ ≦ λ2/4

       Pour que la propagation soit effectivement cylindrique le long de l'axe vertical, il faut que :
    iv :
    L> quelques λ₁
    v :
    l ≦ λ₂

       Le domaine de prédilection d'utilisation des diffuseurs selon l'invention est celui de la sonorisation professionnelle des salles ou des espaces en plein air qui requièrent un grand nombre de haut-parleurs juxtaposés.
  • L'empilement de plusieurs haut-parleurs avec guides d'onde dans le sens de la hauteur, le côté L étant vertical a pour effet de générer un ruban plan isophase d'où peut émerger une onde cylindrique cohérente. Un couplage optimal entre les haut-parleurs est ainsi réalisé.

Claims (11)

  1. Guide d'onde, pour la transmission d'ondes acoustiques de longieur minimale (λ₂) prédéterminée, s'adaptant à la sortie d'un transducteur électroacoustique, comportant un passage continu reliant une entrée amont, constituant l'extrémité du guide d'onde la plus proche dudit transducteur, à une sortie aval, constituant l'extrémité opposée du guide d'onde, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée (11, 11') a une forme circulaire ou annulaire, l'orifice de sortie est constitué par un orifice rectangulaire plan et oblong (9), le passage (16, 17, 18, 18') les reliant, guidant les ondes émises par ledit transducteur, et en ce que, dans les trois dimensions, les trajets d'onde dans le passage entre tout point de l'orifice d'entrée amont et tout point de l'orifice de sortie aval sont de longueurs pratiquement égales, de telle sorte que le guide d'onde transforme une surface d'onde plane, circulaire et isophase à l'entrée en une surface d'onde plane, rectangulaire et isophase à la sortie.
  2. Guide d'onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart maximal (6) entre les différents chemins acoustiques possibles entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie dans le guide est tel que : δ≦λ₂/4, λ₂ étant la longueur d'onde minimale transmise.
  3. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce que la largeur de l'orifice plan et oblong de sortie est inférieure ou égale à la longueur d'onde minimale transmise (λ₂).
  4. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une coque externe (1, 2) à l'intérieur de laquelle est agencé un corps interne (3), le corps interne étant agencé de manière à dégager entre sa surface extérieure et sa surface interne de la coque externe ledit passage continu, pour la propagation des ondes.
  5. Guide d'onde selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est formé de trois éléments, que les deux premiers éléments (1, 2) sont symétriques suivant un plan vertical et constituent des demi-coques externes entre lesquelles est fixé ledit corps interne (3), chaque coque comportant un flasque arrière (4 ou 4') et un flasque avant (6 ou 6') réunis par une plaque entretoise (5 ou 5') partiellement déformée pour déterminer le logement de l'élément interne (3).
  6. Guide d'onde selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les flasques arrières (4 et 4') sont placés en prolongement l'un de l'autre, qu'ils comportent chacun une échancrure circulaire (10, 10') se faisant face après assemblage pour déterminer l'orifice d'entrée (11).
  7. Guide d'onde selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les flasques avants (6 et 6') comportant chacun une échancrure (8, 8') rectangulaire, se faisant face après assemblage, pour déterminer ledit orifice de sortie (9).
  8. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le corps interne présente, en coupe axiale horizontale, la forme d'un quadrilatère symétrique par rapport à un axe s'étendant entre une pointe du corps, affleurant la surface de l'orifice circulaire d'entrée, au centre du cercle, et une arête, orientée parallèlement à l'orifice de sortie et affleurant l'aire de ce dernier et présente, en coupe axiale verticale, une forme triangulaire.
  9. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que le corps interne présente, en coupe axiale horizontale, une forme géométrique à cinq côtés droits, cette forme étant symétrique par rapport à un axe s étendant entre le centre des cercles constituant l'orifice annulaire d'entrée, et une arête dudit corps, s'étendant à la verticale et affleurant l'aire de l'orifice de sortie, et présente, en coupe axiale verticale, une forme trapézoïdale, dont la grande base est constituée par ladite arête et la petite base correspond au diamètre de l'orifice annulaire d'entrée.
  10. Guide d'onde selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que le corps interne (3) est fixé à l'intérieur de la coque externe à l'aide de languettes (22) parallèles à son axe et permettant de le maintenir régulièrement espacé des parois internes de la coque externe pour former ledit passage continu.
  11. Diffuseur comportant plusieurs guides d'onde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les guides d'onde sont montés en ligne (chacun à la sortie d'un transducteur électroacoustique) de façon que les aires rectangulaires des orifices de sortie (9) se trouvent toutes dans un même plan et dans le prolongement les unes des autres.
EP89400530A 1988-02-29 1989-02-24 Guide d'onde sonore cylindrique Expired - Lifetime EP0331566B1 (fr)

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FR8802481A FR2627886B1 (fr) 1988-02-29 1988-02-29 Guide d'onde sonore cylindrique

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EP0331566A1 EP0331566A1 (fr) 1989-09-06
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