FR3127356A1 - Enceinte acoustique - Google Patents
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Abstract
Enceinte acoustique La présente description concerne une enceinte acoustique (100) comprenant :- un boîtier (102) ; - un haut-parleur (120) monté sur une première paroi (102A) du boîtier, le haut-parleur comprenant à une première extrémité une membrane (122) débouchant à l’extérieur du boîtier et une deuxième extrémité (124) s’étendant à l’intérieur du boîtier ;- un conduit (104) comprenant une première extrémité (104C) en liaison fluidique avec la deuxième extrémité du haut-parleur, et une deuxième extrémité (104D) comportant une ouverture (106) débouchant à l’extérieur du boîtier, le conduit étant adapté à guider la propagation d’une onde sonore arrière émise depuis la deuxième extrémité du haut-parleur vers l’ouverture ; et- un volume fermé (108) contigu au conduit ; l’enceinte comprenant au moins un orifice (110) de communication entre ledit conduit et ledit volume fermé. Figure pour l'abrégé : Fig. 1A
Description
La présente description concerne de façon générale le domaine des enceintes acoustiques, et concerne en particulier une enceinte acoustique comprenant un haut-parleur assemblé dans un boîtier et chargé par une ligne acoustique.
Une enceinte acoustique comprend classiquement un haut-parleur assemblé à un caisson, le haut-parleur étant adapté à générer une onde sonore à partir d'un signal électrique. Une première onde sonore, dite onde sonore avant, est générée depuis la membrane du haut-parleur vers l’extérieur du caisson, désigné comme étant l’avant du caisson. Une deuxième onde sonore, dite onde sonore arrière, est générée depuis le haut-parleur vers l’intérieur du caisson. Les ondes sonores avant et arrière sont en opposition de phase, et vont générer un phénomène de court-circuit acoustique.
Afin de limiter, voire de supprimer le court-circuit entre l’onde sonore avant et l’onde sonore arrière, des solutions consistent à :
- emprisonner, voire supprimer l’onde sonore arrière, comme par exemple dans une enceinte close, éventuellement remplie d’un matériau absorbant ;
- séparer l’onde sonore arrière de l’onde sonore avant, comme par exemple dans un caisson ouvert, de type baffle plan ou baffle replié, un inconvénient étant que le baffle doit être d’autant plus grand que l’on veut descendre en fréquence, et qu’un court-circuit acoustique peut se produire à des basses fréquences telles que les longueurs d’onde sont supérieures à deux fois la distance dans l’air entre l’avant et l’arrière du haut-parleur;
- récupérer l’onde sonore arrière pour l'ajouter en phase avec l’onde sonore avant, cette solution pouvant présenter l’avantage d’améliorer le rendement du haut-parleur.
- emprisonner, voire supprimer l’onde sonore arrière, comme par exemple dans une enceinte close, éventuellement remplie d’un matériau absorbant ;
- séparer l’onde sonore arrière de l’onde sonore avant, comme par exemple dans un caisson ouvert, de type baffle plan ou baffle replié, un inconvénient étant que le baffle doit être d’autant plus grand que l’on veut descendre en fréquence, et qu’un court-circuit acoustique peut se produire à des basses fréquences telles que les longueurs d’onde sont supérieures à deux fois la distance dans l’air entre l’avant et l’arrière du haut-parleur;
- récupérer l’onde sonore arrière pour l'ajouter en phase avec l’onde sonore avant, cette solution pouvant présenter l’avantage d’améliorer le rendement du haut-parleur.
On s’intéresse plus particulièrement à cette dernière solution, qui est particulièrement intéressante pour les basses fréquences.
Une enceinte bass-reflex est un exemple d’enceinte apte à récupérer l’onde sonore arrière d’un haut-parleur pour l’ajouter en phase avec l’onde sonore avant du haut-parleur. Une enceinte bass-reflex comprend généralement un caisson sur lequel est assemblé le haut-parleur, le caisson étant fermé sauf au niveau d’un évent qui permet de mettre en communication le volume interne du caisson avec l’extérieur.
L'ensemble constitué par le haut-parleur, le volume interne du caisson et l'évent réagit à une excitation vibratoire du haut-parleur comme un système oscillant du type masse-ressort-masse, sur le principe du résonateur de Helmholtz, à une fréquence d’accord (ou fréquence de résonance bass-reflex). Le ressort représente l'effet de compressibilité de l’air et la masse représente l'effet d'inertie de l’air. La masse de l’air de l’évent se comporte comme une masse suspendue à une première extrémité d’un ressort formé par le volume d’air dans le caisson, la deuxième extrémité de ce ressort étant reliée au haut-parleur qui active ainsi le déplacement de la première extrémité du ressort. La fréquence de résonance bass-reflex peut être sensiblement égale à la fréquence de résonance du haut-parleur, voire en dessous de la fréquence de résonance du haut-parleur, selon le dimensionnement de l’enceinte.
Un inconvénient d’une enceinte bass-reflex tient à son principe de résonateur à la fréquence d’accord. La liaison élastique (ressort), c’est-à-dire le volume d’air dans le caisson, entre le haut-parleur et l’évent peut en effet fonctionner comme un filtre passe-bas et filtrer des transitoires, et peut entrer en résonance avec un certain retard et générer par l’évent un son grave en contre temps, dégradant la qualité du son de l’enceinte, en particulier dans les basses. Cela peut créer un effet indésirable dit « boomy sound » plus ou moins prononcé, selon le dimensionnement de l’enceinte.
Un enceinte acoustique chargée par un guide d’onde, en particulier une enceinte dite quart d’onde, est un autre exemple d’enceinte acoustique, dans laquelle l’arrière du haut-parleur est assemblé à une première extrémité d’un guide d’onde formant une ligne acoustique, la deuxième extrémité du guide d’onde étant ouverte sur l’extérieur de l’enceinte par une embouchure. La section du guide d’onde peut correspondre sensiblement à la surface émissive du haut-parleur. La longueur du guide d’onde correspond sensiblement au quart de la longueur d’onde de la fréquence de résonance du haut-parleur. Une telle ligne acoustique fonctionne comme un adaptateur d’impédance : la première extrémité de la ligne acoustique présente une impédance élevée (coté haut-parleur) tandis que la deuxième extrémité (côté embouchure) présente une impédance faible (impédance de l’air). Une enceinte chargée par une ligne acoustique accordée en quart d’onde permet une bonne adaptation de la charge du haut-parleur à une pression élevée par rapport à celle de l’air qui est généralement à pression atmosphérique.
Un inconvénient d’une enceinte quart d’onde est la longueur de la ligne acoustique, qui est d’autant plus grande que la fréquence est faible, ce qui est particulièrement contraignant, voire rédhibitoire, pour les basses fréquences. En effet, la longueur de la ligne acoustique doit permettre la mise en phase de l’onde arrière par rapport à l’onde avant, soit λ/2, au cours de la propagation de l’onde arrière depuis l’arrière du haut-parleur vers l’embouchure puis depuis l’embouchure vers la face avant de l’enceinte, soit deux fois la longueur L de la ligne acoustique. Il faut donc que la longueur L respecte l’équation :
Ceci est équivalent à l’équation suivante en fréquence :
Par exemple, à 50 Hz la longueur L du guide d’onde doit être au moins égale à 1,7 mètre. Même en prévoyant une ligne acoustique repliée (avec une chicane interne), on comprend qu’à cette fréquence, la longueur intérieure de l’enceinte est très longue.
Cette longueur importante du guide dans les enceintes quart d’onde peut apporter des colorations au son du type « son de tuyau ».
Il existe donc un besoin d’une enceinte acoustique dont le rendement puisse être amélioré, tout en assurant une qualité sonore, en particulier dans les basses fréquences, et ce, sans nécessairement augmenter les dimensions de l’enceinte.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des enceintes acoustiques connues.
Par rapport au système connu de haut-parleur chargé par une ligne acoustique, ce mode de réalisation a pour avantage une réduction très importante de la ligne de charge et l’amélioration des performances.
Un mode de réalisation prévoit une enceinte acoustique comprenant :
- un boîtier ;
- un haut-parleur monté sur une première paroi du boîtier, le haut-parleur comprenant à une première extrémité une membrane débouchant à l’extérieur du boîtier et une deuxième extrémité s’étendant à l’intérieur du boîtier ;
- un conduit comprenant une première extrémité en liaison fluidique avec la deuxième extrémité du haut-parleur, et une deuxième extrémité comportant une ouverture débouchant à l’extérieur du boîtier, le conduit étant adapté à guider la propagation d’une onde sonore arrière émise depuis la deuxième extrémité du haut-parleur vers l’ouverture ; et
- un volume fermé contigu au conduit ;
l’enceinte comprenant au moins un orifice de communication entre ledit conduit et ledit volume fermé.
- un boîtier ;
- un haut-parleur monté sur une première paroi du boîtier, le haut-parleur comprenant à une première extrémité une membrane débouchant à l’extérieur du boîtier et une deuxième extrémité s’étendant à l’intérieur du boîtier ;
- un conduit comprenant une première extrémité en liaison fluidique avec la deuxième extrémité du haut-parleur, et une deuxième extrémité comportant une ouverture débouchant à l’extérieur du boîtier, le conduit étant adapté à guider la propagation d’une onde sonore arrière émise depuis la deuxième extrémité du haut-parleur vers l’ouverture ; et
- un volume fermé contigu au conduit ;
l’enceinte comprenant au moins un orifice de communication entre ledit conduit et ledit volume fermé.
Selon un mode de réalisation, le au moins un orifice est adapté à bloquer le passage de l’onde sonore arrière lorsque la fréquence de l’onde sonore arrière est supérieure à un seuil de fréquence, et à en autoriser le passage lorsque la fréquence de l’onde sonore est inférieure au seuil de fréquence.
Selon un mode de réalisation, le au moins un orifice présente une inductance et une résistance acoustiques aptes à séparer les fréquences situées en dessous et au-dessus d’un seuil de fréquence de manière à combiner un fonctionnement d’enceinte bass-reflex et un fonctionnement d’enceinte chargée par une ligne acoustique.
Selon un mode de réalisation, au moins un orifice est une fente et/ou un trou.
Selon un mode de réalisation, l’ouverture du conduit correspond à une ouverture dans une deuxième paroi du boîtier, la deuxième paroi étant par exemple située en regard de la première paroi.
Selon un mode de réalisation, l’ouverture du conduit s’étend à l’extérieur du boîtier, au-delà d’une deuxième paroi dudit boîtier, la deuxième paroi étant par exemple située en regard de la première paroi.
Selon un mode de réalisation, le conduit est un conduit cylindrique.
Selon un mode de réalisation particulier, le conduit cylindrique a une section sensiblement circulaire.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le conduit cylindrique a une section polygonale, par exemple rectangulaire.
Selon un mode de réalisation, le conduit est un conduit annulaire compris entre un cylindre externe et un cylindre interne fermé, disposé au moins partiellement à l’intérieur du cylindre externe.
Selon un mode de réalisation particulier, le cylindre interne comprend au moins un orifice de communication avec le cylindre externe.
Selon un mode de réalisation, le volume fermé est disposé autour du conduit.
Selon un mode de réalisation particulier, le volume fermé est défini par l’espace compris entre le conduit et le boîtier.
Selon un mode de réalisation particulier, le au moins un orifice est formé dans une épaisseur du conduit.
Selon un mode de réalisation, le conduit est disposé autour du volume fermé.
Selon un mode de réalisation particulier, le conduit est défini par l’espace compris entre le volume fermé et le boîtier.
Selon un mode de réalisation, le volume fermé est formé par une caisse, par exemple une caisse de forme parallélépipédique.
Selon un mode de réalisation particulier, le au moins un orifice est formé dans l’épaisseur d’une paroi de la caisse située en regard de la deuxième extrémité du haut-parleur, par exemple sous la forme d’un trou circulaire.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’un exemple d’enceinte acoustique selon un mode de réalisation ;
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’une variante de l’exemple d’enceinte acoustique de la ;
la est une représentation acoustique schématique de l’enceinte acoustique de la figure 1 modélisée par un circuit acoustique par équivalence à un circuit électrique et excitée par une pression acoustique ;
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’un autre exemple d’enceinte acoustique selon un mode de réalisation ;
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’une variante de l’exemple d’enceinte acoustique de la ;
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’un autre exemple d’enceinte acoustique selon un mode de réalisation ; et
la est une vue en perspective d’une coupe verticale d’un autre exemple d’enceinte acoustique selon un mode de réalisation.
Claims (18)
- Enceinte acoustique (100, 300, 400, 500) comprenant :
- un boîtier (102, 302, 402, 502) ;
- un haut-parleur (120) monté sur une première paroi (102A, 302A, 402A, 502A) du boîtier, le haut-parleur comprenant à une première extrémité une membrane (122) débouchant à l’extérieur du boîtier et une deuxième extrémité (124) s’étendant à l’intérieur du boîtier ;
- un conduit (104, 304, 404, 504) comprenant une première extrémité (104C, 304C, 404C, 504C) en liaison fluidique avec la deuxième extrémité du haut-parleur, et une deuxième extrémité (104D, 304D, 404D, 504D) comportant une ouverture (106, 306, 406, 506) débouchant à l’extérieur du boîtier, le conduit étant adapté à guider la propagation d’une onde sonore arrière émise depuis la deuxième extrémité du haut-parleur vers l’ouverture ; et
- un volume fermé (108, 308, 408, 508) contigu au conduit ;
l’enceinte comprenant au moins un orifice (110, 111, 310, 410, 510) de communication entre ledit conduit et ledit volume fermé. - Enceinte acoustique (100, 300, 400, 500) selon la revendication 1, dans laquelle le au moins un orifice (110, 111, 310, 410, 510) est adapté à bloquer le passage de l’onde sonore arrière lorsque la fréquence de l’onde sonore arrière est supérieure à un seuil de fréquence, et à en autoriser le passage lorsque la fréquence de l’onde sonore est inférieure au seuil de fréquence.
- Enceinte acoustique (100, 300, 400, 500) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le au moins un orifice (110, 111, 310, 410, 510) présente une inductance et une résistance acoustiques aptes à séparer les fréquences situées en dessous et au-dessus d’un seuil de fréquence de manière à combiner un fonctionnement d’enceinte bass-reflex et un fonctionnement d’enceinte chargée par une ligne acoustique.
- Enceinte acoustique (100, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins un orifice est une fente (110, 310, 410) ou un trou (111, 510).
- Enceinte acoustique (100, 300, 400, 500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l’ouverture (106, 306, 406, 506) du conduit (104, 304, 404, 504) correspond à une ouverture dans une deuxième paroi (102B, 302B, 402B, 502B) du boîtier (102, 302, 402, 502), la deuxième paroi (102B, 302B, 402B, 502B) étant située en regard de la première paroi (102A, 302A, 402A, 502A).
- Enceinte acoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l’ouverture du conduit s’étend à l’extérieur du boîtier, au-delà d’une deuxième paroi dudit boîtier, la deuxième paroi étant située en regard de la première paroi.
- Enceinte acoustique (100, 400) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le conduit (104, 404) est un conduit cylindrique.
- Enceinte acoustique (100) selon la revendication 7, dans laquelle le conduit cylindrique (104) a une section circulaire.
- Enceinte acoustique (400) selon la revendication 7, dans laquelle le conduit cylindrique (404) a une section polygonale, par exemple rectangulaire.
- Enceinte acoustique (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le conduit (304) est un conduit annulaire compris entre un cylindre externe (312) et un cylindre interne (314) fermé, disposé au moins partiellement à l’intérieur du cylindre externe.
- Enceinte acoustique (300) selon la revendication 10, dans laquelle le cylindre interne (312) comprend au moins un orifice (316) de communication avec le cylindre externe (314).
- Enceinte acoustique (100, 300, 400) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le volume fermé (108, 308, 408) est disposé autour du conduit (104, 304, 404).
- Enceinte acoustique (100, 300, 400) selon la revendication 12, dans laquelle le volume fermé (108, 308, 408) est défini par l’espace compris entre le conduit (104, 304, 404) et le boîtier (102, 302, 402).
- Enceinte acoustique (100, 300, 400) selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle le au moins un orifice (110, 111, 310, 410) est formé dans une épaisseur du conduit (104, 304, 404).
- Enceinte acoustique (500) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le conduit (504) est disposé autour du volume fermé (508).
- Enceinte acoustique (500) selon la revendication 15, dans laquelle le conduit (504) est défini par l’espace compris entre le volume fermé (508) et le boîtier (502).
- Enceinte acoustique (500) selon la revendication 15 ou 16, dans laquelle le volume fermé (508) est formé par une caisse (512), par exemple une caisse de forme parallélépipédique.
- Enceinte acoustique (500) selon la revendication 17, dans laquelle le au moins un orifice (510) est formé dans l’épaisseur d’une paroi (512A) de la caisse située en regard de la deuxième extrémité (124) du haut-parleur (120), par exemple sous la forme d’un trou circulaire.
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|---|---|---|---|---|
| JPH04336795A (ja) * | 1991-05-13 | 1992-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | スピーカシステム |
| US20130034255A1 (en) * | 2008-02-21 | 2013-02-07 | Robert Preston Parker | Waveguide electroacoustical transducing |
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2021
- 2021-09-20 FR FR2109832A patent/FR3127356B1/fr active Active
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|---|---|---|---|---|
| JPH04336795A (ja) * | 1991-05-13 | 1992-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | スピーカシステム |
| US20130034255A1 (en) * | 2008-02-21 | 2013-02-07 | Robert Preston Parker | Waveguide electroacoustical transducing |
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