FR3090207A1 - ACOUSTIC DEVICE GENERATING IMPROVED SOUND - Google Patents
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Abstract
Dispositif acoustique comportant une structure comprenant une surface (1) apte à être mise en vibration en au moins une zone contrôlée de sorte à émettre un son, et des actionneurs(A1, A2, A3, A4, A5) aptes à provoquer une déformation à la surface au niveau de zones contrôlées (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) de sorte à la mettre en vibration, des moyens de contrôle (6) des actionneurs (A1, A2, A3, A4, A5) configurés pour envoyer des signaux de contrôle audits actionneurs (A1, A2, A3, A4, A5), comprenant des moyens de calcul (8) desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d’un son à générer, des signaux de contrôle audits actionneurs (A1, A2, A3, A4, A5), de sorte à mettre au moins une partie des zones contrôlées (Z1, Z2, Z3, , Z5) en vibration et à émettre le son donné, et compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes. Figure pour l’abrégé : 1A.Acoustic device comprising a structure comprising a surface (1) capable of being vibrated in at least one controlled area so as to emit a sound, and actuators (A1, A2, A3, A4, A5) capable of causing deformation to the surface at the level of controlled zones (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) so as to set it in vibration, control means (6) of the actuators (A1, A2, A3, A4, A5) configured to send control signals for said actuators (A1, A2, A3, A4, A5), comprising means (8) for calculating said control signals, said means for calculating implementing a reverse filtering operation, so as to send, from of a sound to be generated, actuator control control signals (A1, A2, A3, A4, A5), so as to set at least part of the controlled zones (Z1, Z2, Z3,, Z5) in vibration and at emit the given sound, and at least partially compensate for the distortion, reverberation and propagation of the waves. Figure for abstract: 1A.
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : DISPOSITIF ACOUSTIQUE GÉNÉRANT UN SON AMÉLIORÉTitle of the invention: ACOUSTIC DEVICE GENERATING IMPROVED SOUND
[0001 ] DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURETECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
[0002] La présente invention se rapporte à un dispositif acoustique, par exemple un hautparleur, générant un son amélioré.The present invention relates to an acoustic device, for example a speaker, generating an improved sound.
[0003] On cherche à réaliser des dispositifs acoustiques générant un son en utilisant des surfaces planes, des surfaces en trois dimensions, par exemple de surfaces complexes qui sont mises en vibration, par exemple pour réaliser des dispositifs de grande surface ou des dispositifs intégrés à des dispositifs ayant déjà une autre fonction, tels que des cloisons, des garnitures de portière dans un véhicule, des écrans par exemple de tablette tactile ou de téléphone intelligent type smartphone.We are trying to achieve acoustic devices generating sound using flat surfaces, three-dimensional surfaces, for example complex surfaces which are vibrated, for example to produce large surface devices or devices integrated into devices already having another function, such as partitions, door trim in a vehicle, screens for example of a touch pad or smartphone-type smart phone.
[0004] Cependant ces dispositifs ne génèrent pas un son de très bonne qualité en comparaison de celui émis par les haut-parleurs traditionnels, car la surface mise en vibration n’est pas dédiée à la génération du son. D’une part la surface peut présenter une forme particulière avec des zones pour lesquelles la maîtrise du son généré est complexe, des zones de fixation pour lesquelles également il est difficile de maîtriser le son émis, des raidisseurs, des parties plus ou moins souples. Il en résulte qu’une vibration homogène sur toute la surface ne peut être générée, ce qui nuit à la qualité du son.However, these devices do not generate a sound of very good quality compared to that emitted by traditional speakers, because the vibrating surface is not dedicated to the generation of sound. On the one hand, the surface can have a particular shape with areas for which control of the generated sound is complex, attachment areas for which it is also difficult to control the sound emitted, stiffeners, more or less flexible parts. As a result, a homogeneous vibration over the entire surface cannot be generated, which affects the sound quality.
[0005] Par exemple, des différentes zones de la surface peuvent vibrer en opposition de phase, ce qui nuit à la qualité du son.For example, different areas of the surface can vibrate in phase opposition, which affects the quality of the sound.
[0006] Le document US2018/0249248 décrit un haut-parleur surfacique comportant une pluralité d’actionneurs pilotés par un contrôleur qui est configuré pour améliorer les phases et les amplitudes entre les signaux pour chacun des actionneurs. Le principe se base sur la résolution des valeurs propres des lois de comportement en mécanique des milieux continus. Sur une surface symétrique il existe des solutions simples. Mais pour les structures complexes le contrôleur met en œuvre une méthode variationnelle relativement complexe.Document US2018 / 0249248 describes a surface loudspeaker comprising a plurality of actuators controlled by a controller which is configured to improve the phases and the amplitudes between the signals for each of the actuators. The principle is based on the resolution of the eigenvalues of the laws of behavior in mechanics of continuous media. On a symmetrical surface there are simple solutions. But for complex structures, the controller implements a relatively complex variational method.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
[0007] C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un dispositif acoustique comportant une surface de forme quelconque apte à générer un son de qualité améliorée par rapport aux dispositifs acoustiques de même type.It is therefore an object of the present invention to provide an acoustic device comprising a surface of any shape capable of generating sound of improved quality compared to acoustic devices of the same type.
[0008] Le but énoncé ci-dessus est atteint par une dispositif acoustique comportant une surface destinée à être mise en vibration afin de générer un son et un ou plusieurs actionneurs de sorte à mettre en vibration ladite surface, des moyens de commande du ou des actionneur(s), comprenant des moyens de calcul des signaux de commande mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, et envoyant des signaux de commande à Γ actionneur ou aux actionneurs. Le filtrage inverse permet de traiter localement les distorsions acoustiques qui peuvent détériorer la qualité du son.The aim stated above is achieved by an acoustic device comprising a surface intended to be vibrated in order to generate a sound and one or more actuators so as to vibrate said surface, means for controlling the or actuator (s), comprising means for calculating the control signals implementing a reverse filtering operation, and sending control signals to the actuator or to the actuators. Reverse filtering locally treats acoustic distortions that can deteriorate sound quality.
[0009] Grâce à l’invention, il est possible de commander le ou les actionneurs pour maîtriser la génération ou non de vibrations dans différentes zones de la plaque.Thanks to the invention, it is possible to control the actuator or actuators to control the generation or not of vibrations in different areas of the plate.
[0010] Par exemple, dans des zones qui vont produire des vibrations déphasées par rapport aux vibrations déterminées pour produire le son souhaité, le ou les actionneurs sont commandés pour annuler les vibrations en ces zones grâce au filtrage inverse.For example, in areas which will produce vibrations out of phase with respect to the vibrations determined to produce the desired sound, the actuator or actuators are controlled to cancel the vibrations in these areas by means of reverse filtering.
[0011] Selon un autre exemple, dans les zones qui sont considérées comme susceptibles d’être le lieu de vibrations pouvant détériorer la qualité du son souhaité, par exemple des zones de fixation ou des zones présentant des géométries très complexes, le ou les actionneurs sont être commandés pour annuler les vibrations en ces zones grâce au filtrage inverse.In another example, in the zones which are considered to be likely to be the place of vibrations which may deteriorate the quality of the desired sound, for example fixing zones or zones having very complex geometries, the actuator or actuators are to be commanded to cancel vibrations in these zones thanks to reverse filtering.
[0012] En d’autres termes, on réalise un contrôle actif du champ des vibrations de la surface en commandant un ou des actionneurs qui est ou sont utilisé(s), pour certains à la fois pour produire des vibrations destinées à générer le son souhaité et pour annuler des vibrations susceptibles de détériorer la qualité du son souhaité.In other words, an active control of the surface vibration field is carried out by controlling one or more actuators which is or are used, some for both to produce vibrations intended to generate sound. to cancel vibrations that could deteriorate the quality of the desired sound.
[0013] L’invention n’empêche pas la transmission ou la propagation des ondes dans l’ensemble de la surface mais annule, grâce aux actionneurs les vibrations en certains points de la plaque.The invention does not prevent the transmission or propagation of the waves throughout the surface but cancels, thanks to the actuators, the vibrations at certain points on the plate.
[0014] L’invention permet donc de compenser la réverbération des ondes et leur propagation qui entraînent un phénomène d’interférence, c’est-à-dire une pollution de la vibration souhaitée en un point donné par le signal envoyé à un autre actionneur en un autre point de la surface. L’usage de ce filtre inverse permet donc d’obtenir, sur différentes zones de la plaque, une vibration corrigée des effets de dispersion et de réverbérations.The invention therefore makes it possible to compensate for the reverberation of the waves and their propagation which cause an interference phenomenon, that is to say pollution of the desired vibration at a given point by the signal sent to another actuator. at another point on the surface. The use of this reverse filter therefore makes it possible to obtain, on different areas of the plate, a vibration corrected for the effects of dispersion and reverberations.
[0015] L’invention permet également d’utiliser tout type de surface plane, en trois dimensions, par exemple complexe, pour générer un son en tenant compte des particularités de cette surface, telles que sa configuration, les zones subissant des contraintes spécifiques,... la plaque du dispositif peut par exemple être une plaque de verre, une plaque en plastique, une plaque à fonction esthétique, une plaque formant une cloison et comprenant des éléments de rigidification, une plaque en contact avec des éléments qui modifient les vibrations de la plaque...The invention also makes it possible to use any type of planar surface, in three dimensions, for example complex, to generate a sound taking into account the particularities of this surface, such as its configuration, the zones undergoing specific constraints, ... the plate of the device can for example be a glass plate, a plastic plate, a plate with aesthetic function, a plate forming a partition and comprising stiffening elements, a plate in contact with elements which modify the vibrations from the plate ...
[0016] De manière très avantageuse, le dispositif selon l’invention peut être utilisé pour générer un son spatialisé, dit en trois dimensions, en générant plusieurs sources sonores sur la même surface.Very advantageously, the device according to the invention can be used to generate a spatialized sound, said in three dimensions, by generating several sound sources on the same surface.
[0017] Les zones pour lesquelles on maîtrise les vibrations peuvent être à l’aplomb des actionneurs ou non.The areas for which the vibrations are controlled can be plumb with the actuators or not.
[0018] Les actionneurs sont par exemple des actionneurs piézoélectriques, avantageusement amplifiés mécaniquement, des actionneurs électromagnétiques, en particulier électrodynamiques ...The actuators are for example piezoelectric actuators, advantageously mechanically amplified, electromagnetic actuators, in particular electrodynamic ...
[0019] La présente invention a alors pour objet un dispositif acoustique comportant une structure comprenant une surface apte à être mise en vibration en au moins une zone contrôlée de sorte à émettre un son, et au moins un actionneur apte à provoquer une déformation à la surface au niveau de la zone contrôlée de sorte à la mettre en vibration, des moyens de contrôle dudit au moins un actionneur configurés pour envoyer des signaux de contrôle audit actionneur, comprenant des moyens de calcul desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d’un son à générer, des signaux de contrôle audit au moins un actionneur, de sorte à mettre ladite au moins une zone contrôlée en vibration et à émettre le son donné, et compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes.The present invention therefore relates to an acoustic device comprising a structure comprising a surface capable of being vibrated in at least one controlled area so as to emit a sound, and at least one actuator capable of causing deformation to the surface at the level of the zone controlled so as to set it in vibration, means for controlling said at least one actuator configured to send control signals to said actuator, comprising means for calculating said control signals, said means for calculating performs a reverse filtering operation, so as to emit, from a sound to be generated, control signals to said at least one actuator, so as to put said at least one controlled zone in vibration and to emit the given sound, and at least partially compensating for distortion, reverberation and wave propagation.
[0020] Dans un exemple avantageux, le dispositif comporte plusieurs actionneurs répartis sur la surface de sorte à pouvoir générer le son donnée et maîtriser les vibrations dans plusieurs zones contrôlées de la surface.In an advantageous example, the device comprises several actuators distributed over the surface so as to be able to generate the given sound and control the vibrations in several controlled areas of the surface.
[0021] Par exemple, le ou les actionneurs sont disposés à l’aplomb de la ou desdites zones contrôlées.For example, the actuator (s) are arranged directly above the controlled zone (s).
[0022] Par exemple au moins une partie des zones contrôlées sont distantes du ou des actionneurs dans le plan de la surface et la distance entre chaque actionneur et la zone contrôlée qu’il contrôle, dans une direction contenue dans la surface, est inférieure ou égale à la plus grande distance parmi la dimension du capteur dans un direction contenue dans la surface ou à la longueur d’onde des vibrations générées par l’actionneur.For example, at least part of the controlled zones are distant from the actuator (s) in the plane of the surface and the distance between each actuator and the controlled zone which it controls, in a direction contained in the surface, is less than or equal to the greatest distance among the dimension of the sensor in a direction contained in the surface or to the wavelength of the vibrations generated by the actuator.
[0023] Le ou les actionneurs peuvent être un ou des actionneurs piézoélectriques ou un ou des actionneurs électromagnétiques, avantageusement électrodynamiques.The actuator (s) may be one or more piezoelectric actuators or one or more electromagnetic actuators, advantageously electrodynamic.
[0024] Les moyens de contrôle sont par exemple tels qu’ils génèrent des signaux pour qu’au moins une partie des actionneurs émettent le son donné simultanément ou successivement.The control means are for example such that they generate signals so that at least some of the actuators emit the given sound simultaneously or successively.
[0025] La présente invention a également pour objet un système acoustique comportant au moins un dispositif selon l’invention, et au moins un élément et des zones d’interaction mécanique entre la surface de la structure et l’élément, ladite structure comportant des zones contrôlées recouvrant les zones d’interaction et les moyens de calcul générant des signaux de contrôle tels que lesdites zones contrôlées ont des vibrations réduites ou ne sont pas mises en vibration.The present invention also relates to an acoustic system comprising at least one device according to the invention, and at least one element and zones of mechanical interaction between the surface of the structure and the element, said structure comprising controlled zones covering the interaction zones and the calculation means generating control signals such that said controlled zones have reduced vibrations or are not put into vibration.
[0026] La présente invention a alors pour objet un procédé de fonctionnement d’un dispositif acoustique en vue de générer un son donné, ledit dispositif comportant une structure comprenant une surface apte à être mise en vibration en au moins une zone contrôlée de sorte à émettre un son donné, et au moins un actionneur apte à provoquer une déformation à la surface au niveau de la zone contrôlée d’interaction de sorte à la mettre en vibration et à émettre le son donné, comportant :The present invention therefore relates to a method of operating an acoustic device in order to generate a given sound, said device comprising a structure comprising a surface capable of being vibrated in at least one controlled area so as to emit a given sound, and at least one actuator capable of causing a deformation on the surface at the level of the controlled interaction zone so as to set it in vibration and to emit the given sound, comprising:
- la génération d’un signal de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir du son donné à générer,- the generation of a control signal by an inverse filtering operation from the given sound to be generated,
- l’application du signal de contrôle audit au moins actionneur.- the application of the control signal to said at least actuator.
[0027] Dans le cas d’un dispositif comportant plusieurs zones contrôlées et plusieurs actionneurs, le procédé peut comporter les étapes :In the case of a device comprising several controlled zones and several actuators, the method may include the steps:
- génération de signaux de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir du son donné à générer,- generation of control signals by an inverse filtering operation from the given sound to be generated,
- application des signaux de contrôle à tout ou partie des actionneurs.- application of control signals to all or part of the actuators.
[0028] Le procédé de fonctionnement peut comporter, préalablement à la génération des signaux de contrôle, pour chaque fréquence dans la gamme de fréquence de fonctionnement, la détermination parmi les zones contrôlées de la ou des zones contrôlées vibrant en phase avec une zone contrôlée de référence et de la ou des zones contrôlées vibrant en opposition de phase par rapport à la zone contrôlée de référence, l’intégration dans l’opération de filtrage inverse de générer des signaux de contrôle à l’actionneur ou aux actionneurs de sorte à amplifier les vibrations de la ou des zones contrôlées vibrant en phase, et à réduire les vibrations dans les zones vibrant en opposition de phase.The operating method may comprise, prior to the generation of the control signals, for each frequency in the operating frequency range, the determination among the controlled zones of the controlled zone or zones vibrating in phase with a controlled zone of reference and of the controlled zone or zones vibrating in phase opposition with respect to the controlled reference zone, the integration in the reverse filtering operation of generating control signals to the actuator or to the actuators so as to amplify the vibrations of the controlled zone or zones vibrating in phase, and reducing the vibrations in the zones vibrating in phase opposition.
[0029] Dans un mode avantageux, les vibrations dans les zones vibrant en opposition de phase sont annulées.In an advantageous mode, the vibrations in the vibrating zones in phase opposition are canceled.
[0030] Dans le cas où plusieurs zones contrôlées sont destinées à être mises en vibration pour générer un son, les signaux de commande peuvent être tels que lesdites zones sont mises en vibration pour générer ledit son donné successivement.In the case where several controlled zones are intended to be vibrated to generate a sound, the control signals can be such that said zones are vibrated to generate said given sound successively.
[0031] Dans le cas où la structure comporte des zones d’interaction mécaniques avec au moins un élément extérieur, ledit procédé peut comporter l’étape d’intégration dans l’opération de filtrage inverse de génération des signaux de contrôle à l’actionneur ou aux actionneurs de sorte à réduire les vibrations dans les zones vibrant en opposition de phase.In the case where the structure comprises mechanical interaction zones with at least one external element, said method may include the step of integration in the reverse filtering operation of generation of control signals to the actuator or to the actuators so as to reduce the vibrations in the zones vibrating in phase opposition.
[0032] Dans le cas où la structure comporte au moins un élément de mesure pour détecter un changement de la vibration de la plaque, le procédé peut permettre une adaptation des fonctions de transfert.In the case where the structure comprises at least one measuring element for detecting a change in the vibration of the plate, the method can allow adaptation of the transfer functions.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0033] La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:The present invention will be better understood on the basis of the description which follows and the attached drawings in which:
[0034] [fig.lA] est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un exemple de dispositif acoustique mettant en œuvre plusieurs actionneurs,[Fig.lA] is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic device using several actuators,
[0035] [fig.lB] est une vue en coupe du dispositif de la figure IA selon le plan A-A, [0036] [fig.2] est une vue de côté représenté schématiquement d’une plaque mise en vibration par des actionneurs qui ne sont pas commandés par des signaux obtenus par filtrage inverse,[Fig.lB] is a sectional view of the device of Figure IA along the plane AA, [fig.2] is a side view schematically shown of a plate vibrated by actuators which are not controlled by signals obtained by reverse filtering,
[0037] [fig.3] est une vue de côté représenté schématiquement d’une plaque mise en vibration par des actionneurs qui sont commandés par des signaux obtenus par filtrage inverse,[Fig.3] is a side view schematically shown of a plate vibrated by actuators which are controlled by signals obtained by reverse filtering,
[0038] [fig.4] est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un autre exemple de dispositif acoustique dont la structure comporte des raidisseurs,[Fig.4] is a schematic representation of a top view of another example of an acoustic device, the structure of which includes stiffeners,
[0039] [fig.5] est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un exemple de dispositif acoustique mettant en œuvre plusieurs actionneurs, dans lequel les zones contrôlées ne sont pas à l’aplomb des actionneurs,[Fig. 5] is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic device using several actuators, in which the controlled zones are not directly above the actuators,
[0040] [fig.6] est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un exemple de système acoustique dans lequel le dispositif acoustique est en interaction mécanique avec un élément.[Fig.6] is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic system in which the acoustic device is in mechanical interaction with an element.
[0041 ] EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
[0042] Sur les figures IA et IB, on peut voir un exemple de dispositif acoustique représenté schématiquement comportant une structure acoustique 1, des actionneurs Al, A2, A3, A4, A5 en contact avec une face de la structure acoustique afin de pouvoir la mettre en vibration. L’interface tactile comporte également des moyens de contrôle 6 de chacun des actionneurs comprenant des moyens de calcul 8 de signaux de commande.In Figures IA and IB, one can see an example of an acoustic device shown diagrammatically comprising an acoustic structure 1, actuators A1, A2, A3, A4, A5 in contact with one face of the acoustic structure in order to be able to vibrate. The touch interface also includes means 6 for controlling each of the actuators comprising means 8 for calculating control signals.
[0043] Dans la présente demande on entend par « structure acoustique » toute structure comportant une surface apte à être mise en vibrations sous l’action d’un ou plusieurs actionneurs et à émettre un son audible, par exemple pour l’être humain à générer des vibrations de fréquences comprises par exemple entre 20 Hz et 20 kHz. La structure acoustique. La surface peut être souple ou rigide et présenter une forme en deux dimensions, par exemple une plaque, ou une forme en trois dimensions par exemple un cylindre ou une sphère.In the present application, the term “acoustic structure” means any structure comprising a surface capable of being vibrated under the action of one or more actuators and of emitting an audible sound, for example for human beings at generate vibrations of frequencies between, for example, 20 Hz and 20 kHz. The acoustic structure. The surface can be flexible or rigid and have a two-dimensional shape, for example a plate, or a three-dimensional shape, for example a cylinder or a sphere.
[0044] Le matériau peut être un matériau souple ou rigide, composite ou non. La surface peut être réalisée par exemple en plastique, métal, verre, céramique.The material can be a flexible or rigid material, composite or not. The surface can be made for example of plastic, metal, glass, ceramic.
[0045] Les dimensions de la structure peuvent être très variables, par exemple entre quelques centimètres et plusieurs mètres. Les épaisseurs de la structure peuvent aller de moins d’un millimètre à une dizaine de millimètres selon les matériaux employés. Par exemple la structure acoustique peut former une cloison au sein d’un bâtiment, une surface à l’intérieur d’un véhicule, un écran d’un téléphone, d’une tablette, d’un té6 léviseur ou la paroi d’un meubleThe dimensions of the structure can be very variable, for example between a few centimeters and several meters. The thicknesses of the structure can range from less than a millimeter to ten millimeters depending on the materials used. For example, the acoustic structure can form a partition within a building, a surface inside a vehicle, a screen of a telephone, a tablet, a television set or the wall of a furniture
[0046] Dans les exemples décrits ci-dessus, la structure acoustique est sous forme de plaque plane et sera désignée par « plaque ».In the examples described above, the acoustic structure is in the form of a flat plate and will be designated by "plate".
[0047] Les actionneurs sont tels qu’ils sont aptes, lorsqu’ils sont activés, à exercer un effort sur la plaque dans une direction hors-plan, i.e. orthogonale au plan de la plaque, suffisant pour mettre au moins une partie de la plaque en vibration Le plan de la plaque est le plan s’étendant parallèlement à sa plus grande surface. Les actionneurs sont aptes à exercer un effort vers le haut et/ou le bas dans la représentation de la figure IA.The actuators are such that they are able, when activated, to exert a force on the plate in an out-of-plane direction, ie orthogonal to the plane of the plate, sufficient to put at least part of the plate in vibration The plane of the plate is the plane extending parallel to its largest surface. The actuators are capable of exerting an upward and / or downward force in the representation of FIG. IA.
[0048] La surface du ou des actionneurs est par exemple comprise entre 1 cm2 et quelques cm2.The surface of the actuator (s) is for example between 1 cm 2 and a few cm 2 .
[0049] Les actionneurs sont par exemple des actionneurs piézoélectriques, par exemple comprenant une pastille en céramique piézoélectrique, tel que le PZT (Titano-Zirconate de Plomb) ou ΓΑ1Ν (Nitrure d’Aluminium) fixés sur la plaque, par exemple par collage ou par dépôt en couches minces.The actuators are for example piezoelectric actuators, for example comprising a piezoelectric ceramic pellet, such as PZT (Lead Titano-Zirconate) or ΓΑ1Ν (Aluminum Nitride) fixed to the plate, for example by bonding or by thin layer deposition.
[0050] De manière avantageuse, les actionneurs piézoélectriques comportent des moyens d’amplification du déplacement généré par l’excitation du matériau piézoélectrique. Par exemple, les moyens d’amplification sont de type à un levier, de type elliptique également appelés « amplificateur moonie » ou de type circulaire également appelés « amplificateur cymbal ».Advantageously, the piezoelectric actuators include means for amplifying the displacement generated by the excitation of the piezoelectric material. For example, the amplification means are of the lever type, of the elliptical type also called "moonie amplifier" or of the circular type also called "cymbal amplifier".
[0051] Dans un autre exemple, les actionneurs sont des actionneurs électromagnétiques de type excitateur électrodynamique. Ils mettent en œuvre une bobine mobile connectée à une masse pour mettre en vibration une surface par effet inertiel. Le signal de commande est envoyé dans les bobines.In another example, the actuators are electromagnetic actuators of the electrodynamic exciter type. They use a moving coil connected to ground to vibrate a surface by inertial effect. The control signal is sent to the coils.
[0052] Plusieurs modes d’intégration des actionneurs sont envisageables en fonction du type d’actionneur. A titre d’exemple, plusieurs modes d’intégration sont décrits sans être limitatifs.Several modes of integration of the actuators are possible depending on the type of actuator. By way of example, several modes of integration are described without being limiting.
[0053] Selon un premier mode d’intégration dit « inertiel », une extrémité de l’actionneur est fixée à la surface à exciter et une masse est fixée à l’autre extrémité de l’actionneur. La masse n’est alors qu’en contact avec l’actionneur.According to a first so-called "inertial" integration mode, one end of the actuator is fixed to the surface to be excited and a mass is fixed to the other end of the actuator. The mass is only in contact with the actuator.
[0054] Selon un deuxième mode d’intégration dit « réactif », une extrémité de l’actionneur est fixée à la surface à exciter et l’autre extrémité de l’actionneur est fixée au bâti solide.According to a second so-called "reactive" integration mode, one end of the actuator is fixed to the surface to be excited and the other end of the actuator is fixed to the solid frame.
[0055] Selon un troisième mode d’intégration, l’actionneur est solidarisé directement à la surface, par exemple par collage et déforme la surface, par exemple lorsque l’actionneur est une pastille piézoélectrique.According to a third mode of integration, the actuator is secured directly to the surface, for example by gluing and deforms the surface, for example when the actuator is a piezoelectric pellet.
[0056] De préférence, les actionneurs sont placés sur les zones les moins encastrées afin de maximiser le mouvement et donc la vibration.Preferably, the actuators are placed on the least recessed areas in order to maximize the movement and therefore the vibration.
[0057] Les moyens de calcul 8 mettent en œuvre une opération de filtrage inverse pour dé terminer les signaux de contrôle des actionneurs. Les moyens de calcul mettent en œuvre également un algorithme de synthèse des vibrations déterminant le signal souhaité en une zone, en fonction de la vibration souhaitée dans cette zone. Ce type d’algorithme est bien connu de l’homme du métier et ne sera pas décrit en détail. Le contrôleur 8 est relié à l’actionneur ou aux actionneurs pour lui ou leur transmettre les signaux de commande.The calculation means 8 implement a reverse filtering operation to determine the actuator control signals. The calculation means also implement a vibration synthesis algorithm determining the desired signal in an area, as a function of the desired vibration in this area. This type of algorithm is well known to those skilled in the art and will not be described in detail. The controller 8 is connected to the actuator or actuators for it or transmit the control signals to them.
[0058] Selon un exemple de réalisation, tous les actionneurs participent à la génération du son. Les actionneurs participant à la génération du son sont désignés actionneurs principaux. Dans un autre exemple de réalisation un ou plusieurs actionneurs participent à la génération du son, et un ou plusieurs autres actionneurs servent à réduire, voire supprimer des vibrations susceptibles de détériorer la qualité du son émis par la structure, ces actionneurs sont désignés actionneurs correcteurs.According to an exemplary embodiment, all the actuators participate in the generation of sound. The actuators participating in the generation of the sound are designated main actuators. In another exemplary embodiment, one or more actuators participate in the generation of the sound, and one or more other actuators serve to reduce, or even eliminate vibrations liable to deteriorate the quality of the sound emitted by the structure, these actuators are designated corrective actuators.
[0059] De préférence, l’actionneur principal ou les actionneurs principaux sont disposés sur des zones de la plaque permettant d’actionner une section maximale de cette plaque afin de générer un déplacement maximal et donc des fréquences plus basses.Preferably, the main actuator or the main actuators are arranged on areas of the plate making it possible to actuate a maximum section of this plate in order to generate maximum displacement and therefore lower frequencies.
[0060] Sur la figure 1 A, plusieurs actionneurs sont répartis sous la surface de la plaque et sont reliés au contrôleur 8.In FIG. 1A, several actuators are distributed under the surface of the plate and are connected to the controller 8.
[0061] Dans cet exemple, tous les actionneurs peuvent être des actionneurs principaux et permettent de mettre en vibration toute la surface de la structure et donc d’offrir un son de forte intensité. Par exemple tous les actionneurs sont des actionneurs principaux.In this example, all the actuators can be main actuators and allow the entire surface of the structure to be vibrated and therefore offer a high intensity sound. For example, all the actuators are main actuators.
[0062] De manière avantageuse, le dispositif de la figure IA comporte également un capteur C pour mesurer le changement des vibrations de la plaque dû par rapport son état initial. Le changement peut être dû la dilatation du matériau de la plaque suite à un changement de température ou à un changement d’encastrement ou à l’application d’une pression sur la plaque. Ces phénomènes peuvent modifier les fonctions de transfert qui seront décrites ci-dessous. Les informations fournies par le capteur permettent avantageusement d’adapter les fonctions de transfert aux nouvelles caractéristiques de la plaque.Advantageously, the device of Figure IA also includes a sensor C for measuring the change in vibration of the plate due to its initial state. The change may be due to the expansion of the material of the plate following a change in temperature or a change in embedding or the application of pressure on the plate. These phenomena can modify the transfer functions which will be described below. The information provided by the sensor advantageously makes it possible to adapt the transfer functions to the new characteristics of the plate.
[0063] Le capteur est par exemple un capteur de température, de contrainte, de vibration. Dans le cas où le dispositif comporte des actionneurs piézoélectriques, ils peuvent également servir de capteurs, par exemple de capteurs de contrainte et/ou de vibration. Dans le cas d’actionneurs électrostatiques, un ou des capteurs peuvent être mis en œuvre.The sensor is for example a temperature, stress, vibration sensor. In the case where the device comprises piezoelectric actuators, they can also serve as sensors, for example stress and / or vibration sensors. In the case of electrostatic actuators, one or more sensors can be used.
[0064] Nous allons décrire un exemple de fonctionnement d’un dispositif acoustique avec un contrôleur mettant en œuvre des moyens de calcul 10 appliquant une opération de filtrage inverse, et avec un contrôleur, dans lequel les moyens de calcul n’appliquent pas l’opération de filtrage inverse.We will describe an example of the operation of an acoustic device with a controller implementing calculation means 10 applying a reverse filtering operation, and with a controller, in which the calculation means do not apply the reverse filtering operation.
[0065] On souhaite émettre un son donné, i.e. mettre en vibration tout ou partie de la plaque à une certaine fréquence.We want to emit a given sound, i.e. vibrate all or part of the plate at a certain frequency.
[0066] Sur la figure 2, on peut voir une vue de côté, qui est représentée schématiquement, d’un dispositif acoustique avec un contrôleur dans lequel les moyens de calcul n’appliquant l’opération de filtrage inverse dans un état excité afin d’émettre un son.In Figure 2, we can see a side view, which is shown schematically, of an acoustic device with a controller in which the calculation means does not apply the reverse filtering operation in an excited state in order to 'make a sound.
[0067] Le dispositif comporte trois actionneurs ΑΓ, A2’, A3’ et les zones ΖΓ, Z2’, Z3’mises en vibration de la plaque sont celles directement au droit des actionneurs ΑΓ, A2’, A3’.The device has three actuators ΑΓ, A2 ’, A3’ and the zones ΖΓ, Z2 ’, Z3’ vibrated on the plate are those directly to the right of the actuators ΑΓ, A2’, A3 ’.
[0068] Lorsqu’on souhaite émettre un son, le contrôleur détermine le signal de commande à envoyer à chacun des actionneurs, tous les actionneurs sont excités pour qu’ils mettent en vibration la plaque.When one wishes to emit a sound, the controller determines the control signal to be sent to each of the actuators, all the actuators are excited so that they vibrate the plate.
[0069] On constate que toutes les zones ΖΓ, Z2’, Z3’ ne vibrent pas de la même manière. Si on considère que la zone Zl’ vibre de la manière souhaitée pour générer le son souhaité, la zone Z2’ vibre en phase avec la zone ΖΓ, mais la zone Z3’ vibre en opposition de phase avec le zone ΖΓ. Cette différence de phase résulte par exemple de contraintes spécifiques appliquées à la zone Z3’, par exemple par des moyens de fixation, ou du fait d’une différence structurelle de la plaque, par exemple une variation d’épaisseur ou de rigidité ou du fait de l’effet fréquentiel de la plaque, qui peut apparaître plus particulièrement à haute fréquence.We see that all the zones ΖΓ, Z2 ’, Z3’ do not vibrate in the same way. If we consider that the zone Zl ’vibrates in the desired manner to generate the desired sound, the zone Z2’ vibrates in phase with the zone ΖΓ, but the zone Z3 ’vibrates in phase opposition with the zone ΖΓ. This phase difference results for example from specific constraints applied to the zone Z3 ', for example by fixing means, or due to a structural difference in the plate, for example a variation in thickness or rigidity or due to the frequency effect of plaque, which can appear more particularly at high frequency.
[0070] Les vibrations en phase de la zone Z2’ peuvent être bénéfiques à la génération du son souhaitée. En revanche, les vibrations en opposition de phase de la zone Z3’ détériorent le son émis par la zone Zl’.The vibrations in phase of the zone Z2 ’can be beneficial to the generation of the desired sound. On the other hand, the vibrations in phase opposition of the zone Z3 ’deteriorate the sound emitted by the zone Zl’.
[0071] Sur la figure 3, on peut voir une vue de côté, représentée schématiquement, le dispositif acoustique de la figure IA dont les actionneurs sont commandés avec le contrôleur 8 mettant en œuvre des moyens de calcul appliquant l’opération de filtrage inverse dans un état excité afin d’émettre un son.In Figure 3, we can see a side view, shown schematically, the acoustic device of Figure IA whose actuators are controlled with the controller 8 implementing calculation means applying the reverse filtering operation in an excited state in order to emit a sound.
[0072] On observe que les zones Zl et Z2 vibrent en phase, et que la zone Z3 ne vibre pas.It is observed that the zones Z1 and Z2 vibrate in phase, and that the zone Z3 does not vibrate.
[0073] Dans cet exemple, grâce à l’invention et à la l’opération de filtrage inverse, les signaux émis sont tels que la zone Z3 ne vibre pas et donc ne participe pas à détériorer la qualité du son.In this example, thanks to the invention and to the reverse filtering operation, the signals transmitted are such that the zone Z3 does not vibrate and therefore does not participate in deteriorating the quality of the sound.
[0074] De manière général, si tous les actionneurs sont commandés directement pour exciter les différentes zones de la plaque à la fréquence du son à émettre sans tenir compte des spécificités de chacune des zones, le son obtenu est de qualité médiocre.In general, if all the actuators are controlled directly to excite the different zones of the plate at the frequency of the sound to be emitted without taking into account the specificities of each of the zones, the sound obtained is of mediocre quality.
[0075] Selon l’invention les moyens de calcul, en appliquant l’opération de filtrage inverse, tiennent compte des spécificités des différentes surfaces (forme, point de fixation, ...) pour calculer les signaux de sorte que les vibrations des zones participent positivement à la génération du son souhaité, ce qui permet ainsi d’obtenir un son de qualité améliorée, nettoyé des vibrations susceptibles de le détériorer.According to the invention the calculation means, by applying the reverse filtering operation, take into account the specificities of the different surfaces (shape, fixing point, etc.) to calculate the signals so that the vibrations of the zones participate positively in the generation of the desired sound, which thus makes it possible to obtain a sound of improved quality, cleaned of vibrations liable to deteriorate it.
[0076] Nous allons décrire l’opération de filtrage inverse. Une telle opération est par exemple décrite dans l’article « Optimal focusing by spatio-temporal inverse filter. I. Basic principles » M.Tanter et al., The Journal of the Acoustical Society of America 110, 37 (2001) appliquée au traitement d’image en imagerie médicale.We will describe the reverse filtering operation. Such an operation is for example described in the article "Optimal focusing by spatio-temporal inverse filter. I. Basic principles ”M.Tanter et al., The Journal of the Acoustical Society of America 110, 37 (2001) applied to image processing in medical imaging.
[0077] Un actionneur m (possédant une réponse linéaire) apte à mettre en vibration la plaque par un signal 5 m, produit à la position j un déplacement noté U } ( t j défini par :An actuator m (having a linear response) capable of vibrating the plate by a signal 5 m, produced at position j a displacement denoted U } (tj defined by:
[Math 1][Math 1]
W/O =Sm*hjmAvec·.W / O = S m * h jm With ·.
[0078] * le produit de convolution* The convolution product
[0079] h la matrice h des réponses impulsionnelles entre le point de contrôle J et l'actionneur piézoélectrique m H the matrix h of the impulse responses between the control point J and the piezoelectric actuator m
[0080] Ce qui donne dans le domaine fréquentiel :Which gives in the frequency domain:
[Math 2] ί^·(ω) Avec :[Math 2] ί ^ · (ω) With:
[0081] H m la fonction de transfert entre le point de contrôle J et l'actionneur piézoélectrique m.H m the transfer function between the control point J and the piezoelectric actuator m .
[0082] La vitesse angulaire LJ = 2 TT f.The angular speed LJ = 2 TT f.
[0083] Lorsque plusieurs éléments piézoélectriques sont activés, le déplacement est l'addition de toutes les contributions individuelles :When several piezoelectric elements are activated, the displacement is the addition of all the individual contributions:
[Math 3][Math 3]
Si maintenant on considère A' éléments piézoélectrique et N points de contrôles sur la surface de la plaque, l'équation peut s'écrire sous forme matricielle :If we now consider A 'piezoelectric elements and N control points on the surface of the plate, the equation can be written in matrix form:
[Math 4][Math 4]
Le déplacement u y au centre d’un actionneur i n’est donc pas proportionnel au signal qui lui est appliqué, mais est filtré par la réponse de l’actionneur collé à la plaque et dépend, via les termes H m, des signaux envoyés aux autres actionneurs qui produisent des ondes se propageant dans toute la plaque.The displacement u y in the center of an actuator i is therefore not proportional to the signal applied to it, but is filtered by the response of the actuator stuck to the plate and depends, via the terms H m , on the signals sent to other actuators which produce waves propagating throughout the plate.
[0084] La méthode du filtre inverse consiste à inverser la matrice H(id ) pour chaque fréquence. Cette matrice sera utilisée pour construire le signal S (ω ), qui produira le déplacement V(ω ) souhaité au point de contrôle, grâce à l'équation suivante : [Math 5]The inverse filter method consists in inverting the matrix H (id) for each frequency. This matrix will be used to build the signal S (ω), which will produce the displacement V (ω) desired at the control point, thanks to the following equation: [Math 5]
Pour finir, le filtrage s'effectue dans le domaine temporel, grâce au produit de convolution entre le déplacement v m ( t ) et fa ~1 ( f \ la transformée de Fourier jm ' ?Finally, the filtering takes place in the time domain, thanks to the product of convolution between the displacement v m (t) and fa ~ 1 (f \ the Fourier transform jm '?
inverse de ej-1 .inverse of ej -1 .
J j m D jm
[Math 6][Math 6]
Un *A *
Le signal S ( t) sera envoyé aux différents actionneurs pour obtenir le déplacement v voulu sur les différents points de contrôles.The signal S (t) will be sent to the various actuators to obtain the desired displacement v on the various control points.
[0085] En inversant la matrice, on compense l’ensemble des effets, avant génération des signaux de contrôle pour obtenir le déplacement souhaité malgré les distorsions, les réverbérations et les propagations des ondes.By inverting the matrix, we compensate for all of the effects, before generation of the control signals to obtain the desired displacement despite the distortions, reverberations and wave propagations.
[0086] Ce filtre est temporel dans la mesure où il opère une transformation sur l’amplitude et la phase à toutes les fréquences, et spatial puisqu’il prend en compte les signaux émis par l’ensemble des actionneurs.This filter is temporal insofar as it performs a transformation on the amplitude and the phase at all frequencies, and spatial since it takes into account the signals emitted by all of the actuators.
[0087] Nous allons maintenant expliquer comment peut être déterminée la matrice Ηω.We will now explain how the matrix Η ω can be determined.
[0088] Tout d’abord on réalise une base de données du comportement de chacune des zones de la plaque que l’on souhaite mettre en vibration, afin de connaître le comportement de ces zones aux différentes fréquences auxquelles elles peuvent être mises en vibration. Pour cela on envoie des signaux de commande aux actionneurs pour qu’ils mettent en vibration les différentes zones en faisant varier la fréquence de vibration sur toute la gamme de fréquence du son que l’on est susceptible de vouloir produire avec la plaque.First of all, a database is produced of the behavior of each of the areas of the plate that we wish to vibrate, in order to know the behavior of these areas at the different frequencies at which they can be vibrated. For this we send control signals to the actuators so that they vibrate the different zones by varying the vibration frequency over the entire frequency range of the sound that we are likely to want to produce with the plate.
[0089] Par exemple, on choisit un des actionneurs, par exemple l’actionneur A, et la zone associée Zl, comme référence, et on compare le comportement des autres zones par rapport au comportement de la zone ZL Par exemple on utilise un vibromètre laser pour mesurer le déplacement des différentes zones. Ainsi on détermine si les différentes zones vibrent en phase ou en opposition de phase avec la zone ZL En variante, on utilise les actionneurs pour mesurer le déplacement des différentes zones, par exemple dans le cas d’actionneurs piézoélectriques on mesure la variation de courant due à la déformation des pastilles en matériau piézoélectrique.For example, we choose one of the actuators, for example the actuator A, and the associated zone Zl, as a reference, and we compare the behavior of the other zones with respect to the behavior of the zone ZL For example, we use a vibrometer laser to measure the displacement of different areas. Thus it is determined whether the different zones vibrate in phase or in phase opposition with the zone ZL. As a variant, the actuators are used to measure the displacement of the different zones, for example in the case of piezoelectric actuators, the variation in current due is measured. to the deformation of the pellets made of piezoelectric material.
[0090] Les comportements des zones peuvent varier en fonction de la fréquence, une zone vibrant en phase avec la zone de référence à une première fréquence peut varier en op11 position de phase à une deuxième fréquence.The behaviors of the zones can vary as a function of the frequency, a zone vibrating in phase with the reference zone at a first frequency can vary in op11 phase position at a second frequency.
[0091] De préférence, pour chaque fréquence on décide pour les zones vibrant en opposition de phase par rapport à la zone Zl, qu’elles ne vibreront pas. Les signaux seront établis de sorte que finalement ces zones ne vibrent pas.Preferably, for each frequency, it is decided for the zones vibrating in phase opposition with respect to the zone Zl, that they will not vibrate. The signals will be established so that these areas do not ultimately vibrate.
[0092] En variante il peut être décidé d’appliquer des signaux de sorte qu’elles vibrent en phase, cependant cette commande est plus complexe.Alternatively it may be decided to apply signals so that they vibrate in phase, however this command is more complex.
[0093] Concernant les zones vibrant en phase généralement on conserve leurs vibrations qui vont s’ajouter de manière bénéfique aux vibrations de la zone Zl. On peut prévoir de générer des signaux de commande de sorte à amplifier les vibrations dans le cas où celles-ci seraient d’amplitudes plus faibles que celle des vibrations de Zl.Regarding the vibrating zones in phase generally we keep their vibrations which will be added in a beneficial way to the vibrations of the zone Zl. Provision can be made to generate control signals so as to amplify the vibrations in the event that these are of lower amplitudes than that of the vibrations of Zl.
[0094] En outre il est tenu compte de l’effet des vibrations d’une zone sur l’autre afin de compenser les effets de propagation.In addition, account is taken of the effect of vibrations from one zone on the other in order to compensate for the effects of propagation.
[0095] Par ailleurs, on détermine les zones singulières de la plaque, par exemple les zones de fixation, les zones ayant de géométrie complexe dont les vibrations sont difficiles à maîtriser. De préférence, on décide également que ces zones ne vibreront pas. Les signaux seront donc établis de sorte que finalement ces zones en vibrent pas. Certaines zones, que l’on décide de ne pas faire vibrer pour certaines fréquences, peuvent être commandées à d’autres fréquences pour participer positivement à l’émission du son.Furthermore, the singular zones of the plate are determined, for example the fixing zones, the zones having complex geometry, the vibrations of which are difficult to control. Preferably, it is also decided that these zones will not vibrate. The signals will therefore be established so that ultimately these zones do not vibrate. Certain zones, which you decide not to vibrate for certain frequencies, can be controlled at other frequencies to participate positively in the emission of sound.
[0096] A partir de toutes ces informations, on établit les fonctions de réponse en fréquence Hij(co) liant chaque actionneur q à chaque zone de contrôle. Les fonctions peuvent être calculées, obtenues à partir d’une base de données de réponses ou interpolées à partir d’une base réduite de réponses.From all this information, the frequency response functions Hij (co) are established linking each actuator q to each control zone. Functions can be calculated, obtained from a response database, or interpolated from a reduced response database.
[0097] La matrice Η(ω) est ensuite assemblée à partir des fonctions Hij(co).The matrix Η (ω) is then assembled from the functions Hij (co).
[0098] On réalise ensuite l’inversion ou la pseudo-inversion, car la matrice peut ne pas être carrée, de la matrice Η(ω) pour chaque fréquence de la bande passante.We then perform the inversion or pseudo-inversion, because the matrix may not be square, of the matrix Η (ω) for each frequency of the passband.
[0099] On calcule ensuite les signaux de pilotage des actionneurs pour obtenir les vibrations souhaitées en utilisant la matrice inverse Η(ω) *.We then calculate the actuator control signals to obtain the desired vibrations using the inverse matrix Η (ω) *.
[0100] Enfin les signaux sq(t) sont émis pour tout ou partie des actionneurs.Finally, the sq (t) signals are emitted for all or part of the actuators.
[0101] Les moyens de calcul appliquant l’opération de filtrage inverse génèrent des signaux sq(t) aux différents actionneurs. Par exemple, en considérant le dispositif de la figure IA, dans la cas où il a été décidé de ne pas faire vibrer la zone Z3, le signal envoyé à l’actionneur A3 peut être tel qu’il mettent en vibration la zone Z3, mais il en résulte en tenant compte des effets de propagation que la zone Z3 ne vibre pas.The calculation means applying the reverse filtering operation generate sq (t) signals to the different actuators. For example, considering the device of FIG. IA, in the case where it was decided not to vibrate the zone Z3, the signal sent to the actuator A3 can be such that it vibrates the zone Z3, but this results in taking account of the propagation effects that the zone Z3 does not vibrate.
[0102] Ou dans le cas de la zone Z2 vibrant en phase, le signal peut être tel qu’il amplifie les vibrations de la zone Z2 qui vont s’ajouter aux vibrations de la zone Zl.Or in the case of the zone Z2 vibrating in phase, the signal can be such that it amplifies the vibrations of the zone Z2 which will be added to the vibrations of the zone Zl.
[0103] Concernant la zone Zl, le signal envoyé à l’actionneur Al prend en compte les vibrations des autres actionneurs pour limiter les effets sur les vibrations de la zone Zl et pour agir si nécessaire sur les autres zones par exemple sur la zone Z3 pour annuler les vibrations dans cette zone.Regarding the zone Zl, the signal sent to the actuator Al takes into account the vibrations of the other actuators to limit the effects on the vibrations of the zone Zl and to act if necessary on the other zones for example on the zone Z3 to cancel the vibrations in this area.
[0104] Le filtrage inverse génère des signaux de commande interdépendants et chaque actionneur a des effets sur sa zone associée et sur les zones associées aux autres actionneur s.Reverse filtering generates interdependent control signals and each actuator has effects on its associated zone and on the zones associated with the other actuators.
[0105] Cette interdépendance permet d’améliorer sensiblement la qualité du son émis et ceci même avec des structures de forme très particulières.This interdependence makes it possible to appreciably improve the quality of the sound emitted, even with very specific shape structures.
[0106] Le mode de fonctionnement des moyens de contrôle est le suivant, en considérant une interface à Q actionneurs et avec P zones susceptibles d’être mises en vibration pour produire un son.The operating mode of the control means is as follows, considering an interface with Q actuators and with P zones capable of being vibrated to produce a sound.
[0107] Tout d’abord le son à produire est choisi, i.e. et donc la fréquence des vibrations à générer. La matrice Ηω est alors sélectionnée.First of all, the sound to be produced is chosen, ie and therefore the frequency of the vibrations to be generated. The matrix Η ω is then selected.
[0108] Lors d’une étape suivante, on effectue un filtrage des vibrations souhaitées par la matrice inverse pour obtenir les signaux de pilotage des actionneurs.In a next step, a filtering of the vibrations desired by the inverse matrix is carried out in order to obtain the actuator control signals.
[0109] Lors d’une étape suivante, les signaux S ( t ) de commande de Q actionneurs sont émis et envoyés aux actionneurs. Une ou des zones vont effectivement participer positivement à la génération du son, i.e. les zones qui vont effectivement vibrer, et éventuellement une ou des autres zones ne vont pas vibrer.In a next step, the S actuator control signals S (t) are sent and sent to the actuators. One or more zones will actually participate positively in the generation of the sound, i.e. the zones which will effectively vibrate, and possibly one or other zones will not vibrate.
[0110] En variante, l’interface comporte un seul actionneur.Alternatively, the interface includes a single actuator.
[0111] Dans un autre exemple, chaque actionneur n’est pas à l’aplomb d’un point de contrôle, par exemple le nombre d’actionneurs et le nombre de points de contrôle sont différents et/ou les actionneurs ne sont volontairement pas à l’aplomb des zones de contrôle.In another example, each actuator is not plumb with a control point, for example the number of actuators and the number of control points are different and / or the actuators are deliberately not directly above the control zones.
[0112] Dans le cas où le nombre de points de contrôle et le nombre d’actionneurs sont différents, le filtrage est mis en œuvre de la même façon, avec la distinction que la matrice H (L·) ) n’est pas carrée puisque le nombre de points de contrôle est alors différent du nombre d’actionneurs. La matrice 1 est alors une pseudo-inverse de la matrice H(gj ).In the case where the number of control points and the number of actuators are different, the filtering is implemented in the same way, with the distinction that the matrix H (L ·)) is not square since the number of control points is then different from the number of actuators. The matrix 1 is then a pseudo-inverse of the matrix H (gj).
[0113] Les points de contrôle potentiels sont situés dans le champ proche des actionneurs. Par exemple, les points de contrôle potentiels sont situés à une distance au plus égale à la dimension des actionneurs dans le plan de la plaque ou à la longueur d’onde des vibrations contrôlées, la plus grande distance étant considérée. Cet exemple de réalisation est particulièrement adapté à un fonctionnement à moyenne et haute fréquence, par exemple de 200 Hz.The potential control points are located in the field close to the actuators. For example, the potential control points are located at a distance at most equal to the dimension of the actuators in the plane of the plate or to the wavelength of the controlled vibrations, the greatest distance being considered. This exemplary embodiment is particularly suitable for operation at medium and high frequency, for example 200 Hz.
[0114] Sur la figure 4, on peut voir un exemple de dispositif acoustique dans lequel la structure comporte une plaque et des renforts mécaniques 10 ou raidisseurs. Dans cet exemple, parmi les actionneurs on choisit un actionneur principal Al, qui est disposé à l’intersection des raidisseurs 10 et des actionneurs correcteurs A2, A3, A4, A5 sont disposés entre les raidisseurs 10. La matrice Ηω prend en compte la présence des raidisseurs. Dans cet exemple, les points de contrôle sont à l’aplomb des actionneurs.In FIG. 4, an example of an acoustic device can be seen in which the structure comprises a plate and mechanical reinforcements 10 or stiffeners. In this example, among the actuators, a main actuator Al is chosen, which is arranged at the intersection of the stiffeners 10 and the corrective actuators A2, A3, A4, A5 are arranged between the stiffeners 10. The matrix Η ω takes into account the presence of stiffeners. In this example, the control points are level with the actuators.
[0115] L’actionneur Al est choisi comme actionneur principal car, du fait de son positionnement sur les raidisseurs, il est apte à provoquer la mise en vibration d’au moins une grande partie de la plaque, de qui permet de générer un son de forte intensité. Les actionneurs A2 à A5 réduisent voire supprime les effets par exemple des encastrements des raidisseurs. L’actionneur Al est dimensionné pour mettre en vibration la plaque malgré la présence des raidisseurs.The actuator A1 is chosen as the main actuator because, due to its positioning on the stiffeners, it is capable of causing the vibration of at least a large part of the plate, which allows to generate a sound high intensity. The actuators A2 to A5 reduce or even eliminate the effects, for example of the embedding of the stiffeners. The actuator Al is dimensioned to vibrate the plate despite the presence of the stiffeners.
[0116] En variante, les actionneurs principaux sont les actionneurs A2 à A5, l’excitation d’un actionneur dans chaque zone délimitée par les raidisseurs permet d’utiliser toute la plaque pour générer le son, et l’actionneur Al est utilisé comme actionneur correcteur pour réduire, voire supprimer des vibrations résultant des raidisseurs et pouvant détériorer le son.As a variant, the main actuators are the actuators A2 to A5, the excitation of an actuator in each zone delimited by the stiffeners makes it possible to use the whole plate to generate the sound, and the actuator Al is used as corrector actuator to reduce or even eliminate vibrations resulting from stiffeners and which can deteriorate the sound.
[0117] Sur la figure 5, est schématisé un exemple de dispositif acoustique dans lequel tous les zones Zl”, Z2”, Z4” sont distantes des actionneurs Al”, A2”, A4” dans le plan de la plaque. Les zones Z3” et Z5” sont à l’aplomb des actionneurs A3” et A5”. Les actionneurs Al” à A5” sont par exemple tous des actionneurs principaux.In FIG. 5 is shown schematically an example of an acoustic device in which all the zones Z1 ”, Z2”, Z4 ”are distant from the actuators A1”, A2 ”, A4” in the plane of the plate. The zones Z3 ”and Z5” are plumb with the actuators A3 ”and A5”. The actuators A1 "to A5" are for example all of the main actuators.
[0118] On peut alors avantageusement spatialiser le son en parallèle ou en série, permettant par exemple de simuler un son venant de loin. La spatialisation du son met en œuvre classiquement un grand nombre de haut-parleurs de type classique alignés et commandés par des signaux atténués et retardés issus d’un même signal source filtré. Les vibrations s’additionnent pour générer un même son.It is then advantageously possible to spatialize the sound in parallel or in series, making it possible for example to simulate a sound coming from afar. The spatialization of sound conventionally uses a large number of conventional type speakers aligned and controlled by attenuated and delayed signals originating from the same filtered source signal. The vibrations add up to generate the same sound.
[0119] Avec le dispositif selon l’invention on peut reproduire des haut-parleurs alignés et les commander pour réaliser une spatialisation du son, de manière simplifiée.With the device according to the invention, it is possible to reproduce aligned speakers and control them to achieve spatialization of the sound, in a simplified manner.
[0120] Selon un autre mode de fonctionnement, une seule partie des zones de la plaque est excitée pour émettre un son, et en commandant les actionneurs de sorte à se déplacer les zones émettant un son, on peut déplacer la source du son et générer un son se déplaçant et ainsi former un dispositif acoustique type home cinéma.According to another mode of operation, only one part of the zones of the plate is excited to emit a sound, and by controlling the actuators so as to move the zones emitting a sound, one can move the source of the sound and generate moving sound and thus form a home theater type acoustic device.
[0121] Sur la figure 6, on peut voir un exemple de dispositif acoustique dont la plaque est en interaction avec un élément mécanique 14. Le dispositif comporte un actionneur principal Al située au centre de la plaque et des actionneurs correcteurs A2, A3, A4 répartis autour de l’actionneur Al, les actionneurs A2 et A3 étant au niveau des zones Z2, Z3 de la plaque en interaction mécanique avec l’élément mécanique 14, pour réduire ou annuler les vibrations au niveau de ces zones et éviter des vibrations pouvant détériorer le son généré avec l’actionneur principal Al. Par exemple, ce dispositif peut être intégré à une portière de véhicule automobile, l’élément mécanique étant par exemple la tôle de la carrosserie et les zones d’interaction Z2, Z3 sont des points de fixation. Les actionneurs A2 et A3 peuvent être situés à distance des zones en interaction mécanique avec l’élément mécanique à une distance au plus égal à la dimension des actionneurs dans le plan ou de la longueur d’onde des vibrations contrôlées.In FIG. 6, an example of an acoustic device can be seen, the plate of which interacts with a mechanical element 14. The device comprises a main actuator A1 located in the center of the plate and corrective actuators A2, A3, A4 distributed around the actuator A1, the actuators A2 and A3 being at the zones Z2, Z3 of the plate in mechanical interaction with the mechanical element 14, in order to reduce or cancel the vibrations at the level of these zones and to avoid vibrations which can deteriorate the sound generated with the main actuator A1. For example, this device can be integrated into a door of a motor vehicle, the mechanical element being for example the sheet metal of the bodywork and the interaction zones Z2, Z3 are points of fixation. The actuators A2 and A3 can be located at a distance from the zones in mechanical interaction with the mechanical element at a distance at most equal to the dimension of the actuators in the plane or to the wavelength of the controlled vibrations.
[0122] Il sera compris que les différents exemples de dispositif acoustique peuvent être combinés.It will be understood that the different examples of acoustic device can be combined.
[0123] A titre d’exemple, sur une surface rectangulaire simple de dimensions inférieures au format A4, le nombre d’actionneurs peut aller d’un actionneur jusqu’à typiquement quatre ou cinq actionneurs. Pour les surfaces plus grandes un nombre plus important peut être mis en œuvre pour efficacement exciter la surface en tant que haut-parleur. Dans le cas des fixations mal maîtrisées, avantageusement un actionneur est placé proche de chaque fixation afin de pouvoir contrôler/annuler la vibration à cet endroit.For example, on a simple rectangular surface of dimensions smaller than A4 format, the number of actuators can range from one actuator to typically four or five actuators. For larger surfaces a larger number can be used to effectively excite the surface as a speaker. In the case of poorly controlled attachments, advantageously an actuator is placed close to each attachment in order to be able to control / cancel the vibration at this location.
[0124] La taille de l’actionneur dépend du spectre acoustique visé par le haut-parleur surfacique. Un excitateur de un diamètre 25 mm et d’épaisseur 10 mm a une puissance de 1 W et excite davantage des fréquences allant de 500 Hz jusqu’à 20 kHz. Un excitateur de diamètre 50 mm et d’épaisseur 20 mm a une puissance de 10 W et excite des fréquences à partir de 100 Hz.The size of the actuator depends on the acoustic spectrum targeted by the surface loudspeaker. An exciter with a diameter of 25 mm and a thickness of 10 mm has a power of 1 W and further excites frequencies ranging from 500 Hz to 20 kHz. An exciter with a diameter of 50 mm and a thickness of 20 mm has a power of 10 W and excites frequencies from 100 Hz.
[0125] Les dimensions des capteurs sont choisies en fonction de la nature et du matériau de la surface. Les excitateurs électrodynamiques de la marque TECTONIC® peuvent être utilisés dans les dispositifs acoustiques selon l’invention. Pour les actionneurs piézoélectriques, les pastilles piézoélectriques, qui ont typiquement un diamètre de l’ordre de 20mm et une épaisseur de l’ordre de 0,5mm, excitent davantage les fréquences hautes, par exemple supérieures à 500Hz. Les actionneurs piézoélectriques amplifiés peuvent exciter des fréquences plus basses. Les actionneurs de la gamme APA® fabriquée par Cédrat Technologies ou la gamme PowerHap® fabriquée par TDK sont bien adaptés. Ces actionneurs produisent un déplacement allant jusqu’à une centaine de pm pour des forces allant jusqu’à une centaine de Newton.The dimensions of the sensors are chosen according to the nature and the material of the surface. The TECTONIC® brand electrodynamic exciters can be used in the acoustic devices according to the invention. For piezoelectric actuators, the piezoelectric pads, which typically have a diameter on the order of 20mm and a thickness on the order of 0.5mm, further excite the high frequencies, for example greater than 500Hz. Amplified piezoelectric actuators can drive lower frequencies. The actuators of the APA® range manufactured by Cédrat Technologies or the PowerHap® range manufactured by TDK are well suited. These actuators produce a displacement of up to a hundred pm for forces of up to a hundred Newton.
[0126] Par exemple on peut envisager de réaliser une cloison formant dispositif acoustique pour équiper une salle de projection, la cloison comportant des montants de rigidification et des points de fixation.For example, it is possible to envisage making a partition forming an acoustic device to equip a projection room, the partition comprising stiffening uprights and fixing points.
[0127] La présente invention est particulièrement adaptée à l’émission du son par des surfaces de forme complexe et/ou intégrés à des structures existantes, par exemple des cloisons, puisqu’elle permet de prendre en compte les contraintes pouvant modifier négativement le son.The present invention is particularly suitable for the emission of sound by surfaces of complex shape and / or integrated into existing structures, for example partitions, since it makes it possible to take into account the constraints that can negatively modify the sound. .
[0128] L’invention peut alors être utilisée dans le domaine de la domotique sous forme de cloison ou d’objets de décoration ayant avec fonction de haut-parleur, dans le domaine des transports, dans l’habitacle d’un véhicule automobile, dans l’aéronautique, dans le transport ferroviaire, le transport maritime...), dans le domaine de la télécommunication pour réaliser des haut-parleurs pour smartphone, pour tablette tactile, dans la réalisation d’enceintes Hi-fi.The invention can then be used in the field of home automation in the form of a partition or decorative objects having the function of loudspeaker, in the field of transport, in the passenger compartment of a motor vehicle, in aeronautics, in rail transport, maritime transport ...), in the telecommunications sector to produce speakers for smartphones, for touch tablets, in the production of Hi-Fi speakers.
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