FR2890481A1 - Lentille acoustique convergente unicellulaire - Google Patents

Abstract

Lentille acoustique convergente unicellulaire destinée à réduire la courbure du front d'onde émanant d'un guide d'onde de type conique aplati.L'invention concerne le domaine de la sonorisation et permet le couplage d'enceintes acoustiques adjacentes entre elles sans interférences tout en réduisant au minimum la distorsion et évitant la diffraction.Cette lentille est uniquement constituée de deux carènes superposées (5,6) formant un unique couloir mince non diviseur de forme géométrique définie, telle que la courbure du front de l'onde qui le parcourt se voit modifiée par la différence de longueur des chemins qu'il présente entre son entrée et sa sortie, ces chemins étant plus longs dans l'axe central du couloir que sur ses bords, le front de l'onde sonore la traversant restant monolithique.

Description

Domaine de l'invention:

Cette invention concerne le domaine de la sonorisation de moyenne et grande envergure.

Pour obtenir une zone de couverture sonore importante, on est amené à multiplier le nombre d'enceintes de diffusion. Les transducteurs équipant chaque enceinte agissent comme des sources ponctuelles. Bien que situées dans un même plan ces sources adjacentes ont, du fait de leurs dimensions physiques, leurs centres acoustiques distants au minimum du diamètre des transducteurs. Ces centres acoustiques n'étant pas physiquement confondus, la juxtaposition des transducteurs crée des zones interférentielles augmentant avec la fréquence. Le couplage de ce type d'enceinte n'est donc pas parfait aux fréquences élevées surtout lorsque les dimensions physiques des transducteurs sont supérieures à la longueur d'onde la plus petite à transmettre.

Etat actuel de la technologie: Dans les systèmes de sonorisation, la technique de plus en plus répandue visant à modeler la forme du front d'une onde sonore, afin de coupler des sources sans interférences, nécessite une pièce de mise en phase telle que: guide d'onde (a), chambre acoustique (b) ou réflecteur acoustique (gc). Ces techniques bien qu'efficaces présentent l'inconvénient de ne pas préserver l'homogénéité ni l'intégrité du front de l'onde acoustique, étant diviseuses et fractales.

(a)Le rôle du guide d'onde consiste à modifier le trajet entrée/sortie de circulation de l'onde sonore par introduction dans un conduit conique d'un corps solide et pointu directement devant la chambre de compression obligeant le front d'onde circulaire plat et isophase issu de la chambre de compression à s'empaler sur ce dernier, le mode de propagation devenant ainsi annulaire avec pour conséquence le doublement de la surface de contact par rapport à un guide d'onde ordinaire de type conique aplati d'où une perte significative de rendement dans les hautes fréquences. Ce phénomène ne peut être corrigé que par une énergique égalisation dans les hautes fréquences avant amplification, ce qui réduit alors la marge dynamique aussi appelée headroom.

(b)Une chambre sonore constituée par une cavité comportant deux fenêtres opposées, est entravée par un corps solide et tranchant, plus épais au centre à la manière des ailes d'avion, divisant ainsi le flux de l'onde sonore en plusieurs chemins imposant des angles différents selon que ces chemins passent au centre ou sur les côtés de la chambre. Afin de minimiser les pertes de guidage dues au fait que les angles d'attaque d'un tel corps solide diffèrent sur toute la largeur du front d'onde on est amené à fragmenter ce dernier en une pluralité de conduits matérialisés et divisés par des lamelles alvéolaires. Ces cloisonnements et ces divisions créés sur le front de l'onde acoustique perturbent la réponse fréquentielle, obligeant à augmenter électriquement l'amplitude des hautes fréquences de façon drastique. Ceci est en partie dû au fait que l'introduction de corps internes dans la cavité acoustique augmente la surface de contact avec le front d'onde. Ce défaut est comparable par analogie, à un trompettiste, qui, pour émettre un son avec une trompette bouchée, doit augmenter la pression et l'énergie à l'entrée de l'instrument. De la distorsion par harmoniques est alors perceptible ainsi qu'une réduction significative de la bande passante, ce qui, contrairement dans ce cas, est précisément l'effet recherché.

(c)Une autre alternative se base sur le principe de la réflexion de l'onde sonore sur la surface d'un miroir hyperbolique qui modifie par réflexion la direction générale de l'onde émise par le transducteur acoustique. Ce procédé génère des distorsions et des déphasages dus à la diffraction et ce, notamment, dans les longueurs d'onde voisines de l'ouverture du conduit primaire.

Autre inconvénient: Le centrage des dispositifs décrits précédemment nécessite une grande précision. Toute erreur de positionnement des parties constitutives de ces dispositifs provoque des sauts de phase qui altèrent la réponse impulsionnelle et tonale.

De plus ces procédés recourent à des pièces de guidage complexes et volumineuses qui occupent une place importante à l'intérieur des ébénisteries augmentant le poids et la taille de celles-ci.

But de l'Invention L'invention porte sur une lentille acoustique convergente unicellulaire permettant le transit d'un front d'onde monolithique, prévue pour se raccorder d'une part à la sortie d'un guide d'onde primaire de forme globalement triangulaire et aplatie et d'autre part à l'entrée d'un pavillon. Cet ensemble, guide d'onde primaire, lentille acoustique et pavillon constituant ce que nous nommons: le dispositif acoustique.

Le but du dispositif acoustique est de pouvoir juxtaposer plusieurs éléments ainsi constitués de guides d'ondes, de pavillons et de lentilles afin de reconstituer un unique front d'onde torique continu et dépourvu d'interférences. Ainsi plusieurs dispositifs acoustiques inclus dans plusieurs enceintes acoustiques adjacentes permettent d'obtenir un couplage équivalent à une seule enceinte de plus grande dimension. On peut ainsi réaliser des enceintes acoustiques de forme trapézoïdale dont l'angle de dispersion dans le plan de la lentille est égal à l'angle d'ouverture de l'ébénisterie.

Description et fonctionnement de la lentille acoustique (Fig.2) Le rôle de la lentille acoustique convergente unicellulaire consiste à modifier la directivité d'une onde sonore émise par un haut-parleur (1) ayant traversé un guide d'onde primaire (2), en augmentant le rayon de courbure de son front d'onde. Cette lentille s'intercale entre un guide d'onde primaire (2) de type conique aplati et le pavillon (4) chargé de l'adaptation d'impédance. Les caractéristiques fort connues de ce type de guide d'onde primaire ont déjà fait l'objet d'une littérature abondante et ont déjà été largement décrites par le passé. Le rayon apparent de courbure du front d'onde émergeant de la lentille acoustique, devient alors supérieur au rayon de courbure entrant dans la lentille.

La lentille acoustique (Fig.5) est constituée de deux carènes superposées (5,6) créant un unique couloir mince et non diviseur. Ces deux carènes forment une matrice et un poinçon dont l'écartement est constant et dont la forme générale s'apparente à une dune. Le relief de ces carènes est calculé de façon à créer des longueurs de trajet inégales selon que ce trajet passe plus ou moins près du centre de la lentille acoustique (Figure 6). Le conduit acoustique ainsi obtenu permet le passage de l'onde sonore qui conserve tout au long du transit un front homogène et monolithique. Cette lentille présente un trajet entrée/sortie plus long en son axe (F,E,G) Fig.6 et plus court sur les côtés (A,B) et (C,D) sans sectionner ni diviser le flux ondulatoire.

Par l'allongement du trajet en son centre E (Fig.6), la lentille crée un retard At maximum en (F,E,G) et nul sur les bords (A,B) et (C, D) . L'effet obtenu est une réduction de la courbure du front d'onde. Le 2890481 4 centre acoustique apparent du dispositif recule en U point de convergence des ébénisteries, permettant d'obtenir un front d'onde cohérent issu de plusieurs dispositifs acoustiques adjacents.

Cette lentille acoustique est constituée par des carènes dont la géométrie est obtenue par biseautage sur les deux extrémités d'une portion longitudinale d'un tronc de cône ou de cylindre.

Cette lentille acoustique peut également être constituée par des carènes souples et partiellement déformables lui conférant ainsi une géométrie variable qui permet d'ajuster l'angle de courbure du front d'onde désiré.

La lentille acoustique peut aussi être réalisée de façon telle que le rayon de courbure du front d'onde obtenu tend vers l'infini générant une source quasi linéique.

Particularités et avantages La particularité de cette lentille asymétrique par rapport au plan de propagation de l'onde est qu'elle présente un canal unique non diviseur pour conserver un front d'onde homogène tout en minimisant sa surface de contact avec les parois du conduit acoustique dans le but de réduire les pertes de rendement acoustique et la distorsion par diffraction.

L'avantage de cette lentille acoustique est qu'elle impose des angles strictement identiques au front d'onde sonore quelque soit le trajet emprunté entre entrée et sortie sans diviser ni fractionner le front de l'onde. L'efficacité de la chambre de compression est alors maintenue jusque dans les hautes fréquences en tous points de la fenêtre de sortie.

On obtient une marge dynamique supérieure et une distorsion réduite. L'égalisation quant à elle se limite alors à une simple correction de type roll-off propre aux pavillons à directivité constante.

La superposition des carènes ne requiert pas de dispositif particulier de centrage, celles-ci s'emboîtant l'une sur l'autre par les bords du conduit.

L'encombrement réduit du dispositif ainsi que sa faible masse lui permet une intégration aisée dans une enceinte acoustique Forme et dimension préférées: La construction d'une telle lentille est simple à réaliser, ne comprenant que deux pièces (5 et 6) qui ne présentent pas de difficulté de centrage. Elle peut être réalisée par l'homme de l'art par divers procédés dont le moulage en résine des deux parties ou par emboutissage de matériaux tels que PVC, Plastiques ou métaux malléables épais. Les dessins accompagnant l'invention permettent de mieux en saisir le principe.

Description géométrique d'une carène: elle est constituée par un fragment longitudinal d'enveloppe tronconique, biseauté à ses deux extrémités générant deux facettes demi elliptiques qui tendent à se joindre par leurs sommets au centre de la lentille.

Note: Pour que la lentille fonctionne de façon optimale, la distance maximum d'espacement entre les carènes (cf. la hauteur des joues (9)) doit être inférieure ou égale à la longueur d'onde la plus courte à transmettre.

Description des dessins

La Figure 1 est une vue schématique montrant l'intérieur du conduit 20 d'un tel dispositif acoustique: (1) La chambre de compression. - (2)Le guide d'onde primaire de type conique aplati - (3)La lentille acoustique convergente - (4)Le pavillon.

La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale ainsi qu'une vue de dessus du dispositif acoustique. La présente invention porte uniquement sur la lentille acoustique notée (3).

La Figure 3 comporte deux vues de la lentille acoustique en 30 perspective: a) la sortie, b) l'entrée.

La Figure 4 présente la sortie (c) et l'entrée (d) de la lentille acoustique.

La Figure 5 est une vue de 3i4 face de la lentille acoustique. Celle-ci est formée de deux carènes; la carène inférieure (5) et la carène supérieure (6). Toutes deux sont pourvues de flasques de fixation (7) percées de trous (8) qui permettent leur fixation respectivement au guide d'onde primaire (deux trous) et au pavillon de sortie 2890481 -6 (trois trous). L'assemblage des carènes est réalisé par emboîtement et collage sur leur tranche des joues latérales de maintient (9).

La Figure 6 montre en traits gras une vue de dessus schématisée d'une enceinte munie du dispositif acoustique. L'arc en pointillés (B,K,D) de centre 0 (source acoustique) correspond au front d'onde tel qu'il serait sans lentille alors que l'arc en trait plein (B,J,D) correspond à celui du front d'onde de centre U (point de convergence des ébénisteries des enceintes adjacentes). La fonction retard induite At et donc la courbure du front d'onde sont liés à la hauteur du point E, centre de la lentille par rapport au plan de référence (A,B,C,D). Plus la hauteur du point E est importante, plus le retard induit At l'est aussi. En dessous, les trajets (O,A,B) et (O,F,E,G,J) sont représentés dépliés pour mettre en évidence la différence (J,K) =(O,B)-(O,J). Le centre acoustique apparent se situe en U alors que la source de l'onde sonore se situe en O. L'effet de convergence est ainsi obtenu sans fractionner le front d'onde.

Claims (5)

Revendications

1. Une lentille acoustique convergente unicellulaire (3) prévue pour être insérée entre un guide d'onde primaire de type conique aplati (2) et un pavillon (4) à gorge rectangulaire, constituée par la superposition parallèle de deux carènes dont le relief évoque celui d'une dune; ladite lentille ayant la particularité de transiter une onde sonore monolithique à travers un conduit à clairance constante, présentant une longueur de trajet selon l'axe entrée-sortie plus grande en son centre et plus courte sur les côtés réduisant ainsi la courbure du front de l'onde la traversant.

2. Lentille acoustique selon la revendication N 1, constituée par des carènes dont la géométrie est obtenue par biseautage sur les deux extrémités d'une portion longitudinale d'un tronc de cône.

3. Lentille acoustique selon les revendications N 1 ou 2 formée par des carènes souples et déformables permettant d'ajuster l'angle de courbure du front d'onde désiré.

4. Lentille acoustique selon les revendications N 1, 2 ou 3 dont le rayon de courbure du front d'onde obtenu tend vers l'infini générant une source quasi linéique.

5. Lentille acoustique selon les revendications N 1,3 ou 4 constituée par des carènes dont la géométrie est obtenue par biseautage sur les deux extrémités d'une portion longitudinale de cylindre.