WO2010112747A1 - Panneau acoustique destine a recevoir, emettre ou absorber des sons - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an acoustic panel for transmitting, receiving sounds or for absorbing sounds.
  • acoustic panel is an acoustic enclosure comprising a speaker and which provides sounds from an electrical signal, or a facing, such as a wall facing, to passively reduce the surrounding noise.
  • Such an acoustic speaker can be in various forms and at various prices, depending on the quality of the sound emitted by the speaker.
  • vibratory membrane systems made of composite materials have been developed which have a high cost of production, both because of their arrangement and because of the nature of the materials used. , and their technology, such as based on the use of electrostatic enclosures.
  • a sound absorption siding is generally used in noise reduction in a building or a vehicle.
  • an acoustic panel allowing several modes of operation, that is to say capable of emitting, receiving sounds or absorbing sounds. It is the object of the present invention to overcome the aforementioned drawbacks by proposing an acoustic panel architecture that allows a "triad" operation, either sound absorber, or sound receiver, or sound generator, and which, in this case. mode of sound emission, constitutes a high loudspeaker of high acoustic quality while being of simple and economic design.
  • the invention relates to an acoustic panel, intended to emit, receive, or absorb sounds, characterized in that it comprises two walls arranged facing one another and delimiting an internal space, said space internal device comprising at least 50% air and being provided with at least one cavity, at least one element able to deform, means for exerting a force on said at least one deformation element, and means for connecting said at least one element to a face of one of said walls, said at least one deformation element, connecting means and face delimiting a chamber.
  • the invention also relates to a device for generating sound waves, characterized in that it incorporates an acoustic panel as described above and comprising at least one piezoelectric element, and in that it comprises power supply means of the at least one a piezoelectric element in tension.
  • FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of an acoustic panel in accordance with the invention
  • FIG. 2 is a representation of the acoustic panel according to several variant shapes
  • FIG. 3 is a representation of the evolution of the frequency response of the acoustic panel (expressed in dB) of FIG. 1 in loudspeaker mode, as a function of the frequency (expressed in Hz).
  • an acoustic panel for transmitting, receiving, or absorbing sounds comprising two walls 12, 14, arranged opposite one another and defining an internal space 16.
  • the internal space 16 comprises at least 50% air and is provided with at least one cavity 18.
  • the panel Acoustic device 10 also comprises at least one deformable element 20, means 22 for exerting a force on said deformation element and means 24 for connecting said element to an outer face 26 of the wall 12.
  • a chamber 28 is delimited by the at least one deformation element 20, the connecting means 24 and the face 26 of the wall 12.
  • the at least one deformation element 20 is a membrane 30 of an electromechanical transducing member.
  • the electromechanical transducer is preferably a piezoelectric element, but any mechanical energy converter into electrical energy and vice versa is also suitable for carrying out the present invention.
  • This piezoelectric element is advantageously adapted to operate in a frequency range between 20Hz and 25000Hz.
  • the connecting means 24 of the membrane 30 to the face 26 is in the form of a peripheral edge 34 of the membrane 30 and secured for example by bonding to the outer face 26
  • the means 22 exert a counter-reaction force F and are placed in contact with the membrane 30 on one side 31a outside, opposite the chamber 28, or on the contrary on one side 31b inside, in the chamber 28.
  • the chamber 28 may be disposed in the internal space 16, and the connecting means 24 connect the membrane 30 to the inner face 33 of the wall 12.
  • the means 22, integral with the membrane 30, are also arranged in the internal space 16.
  • the means 22 may be in various forms. It can be, as represented in FIG.
  • the mass 38 is a metal ball, attached to the center of the membrane 30 via a glue, preferably elastomeric type such as neoprene or butyl.
  • the presence of the adhesive between the mass 38 and the membrane 30 implies that the connection between the mass 38 and the membrane 30 is elastic and damped.
  • the support between the mass 38 and the membrane 30 being punctual and central, it allows a controlled deformation of the membrane 30, which contributes to a high sound quality of the acoustic panel.
  • the membrane 30 carries two masses 38 arranged so that the deformation effects are symmetrized, ensuring a high quality of the sound emitted by the acoustic panel.
  • the means 22 may also be in the form of a viscoelastic element or a sufficiently rigid spring linked to a heavier element.
  • the walls 12 and 14 are preferably made from a light and rigid material, such as plastic, polycarbonate, cardboard or expanded polystyrene. The interest of these types of materials is that they are economical to use in comparison in particular composite materials generally used for a high-end speaker.
  • the acoustic panel 10 may be monolithic and constituted for example by a cardboard sheet or an expanded polystyrene wafer. It is also possible that the walls 12 and 14 form two layers of a trilayer formed by the two walls 12, 14 and the inner space 16 filled with an absorbent material, such as foam.
  • the acoustic panel may be at least partially filled with an absorbent material, such as foam, which then gives the inner space 20 a multitude of cavities 18, as shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the filling material is advantageously light and comprises cells, such as cellular cardboard.
  • the acoustic panel 10 can take various forms represented in FIG. 2. It can be a parallelepipedal panel, as for the panels 10-1 and 10-2, or curved, as for the panels 10-3 and 10- 4, or cylindrical, as for the panel 10-5.
  • the acoustic panel 10 may also be a sphere.
  • the panel 10 may comprise a recess, even larger than 20% of the total surface area of the acoustic panel.
  • the acoustic panel can be extremely flat, as shown in 10-1, or on the other hand very thick, see panel 10-5.
  • the invention is not limited to the embodiment of Figure 1, and, in particular, the number of piezoelectric elements and membranes 30, and their distribution in the panel 10 depend on many parameters such as the nature, the dimensions and the number of sheets of material, and the presence or absence of cavities.
  • the panel 10 comprises several piezoelectric elements, the excitation of a maximum of eigen modes of the vibratory wall is preferred, contrary to what is known in the state of the art of the design of a loudspeaker. .
  • This excitation of eigen modes makes it possible to obtain low frequencies, reduces the possibility of interferences between acoustic waves which deteriorate the sound quality of the acoustic panel and makes it possible to excite other eigen modes which would not be excited by a single piezoelectric element .
  • the various piezoelectric elements used are not necessarily in phase. For example, a spatial isation effect can be obtained using two out of phase piezoelectric.
  • the acoustic panel 10 can operate in three different modes, either by emitting or by receiving sounds or by absorbing sounds.
  • the first mode of operation is the sound absorption mode in which the absorbent material of the acoustic panel makes it possible to reduce the sound level. This mode of operation can be totally passive and permanent, or active by emitting a sound in opposition of phase with that arriving on it.
  • the second mode of operation is acoustically active for generating noise emissions.
  • the acoustic panel is used as loudspeaker: a sound signal is generated by a computer, an MP3 key, or a walkman for example, then is sent digitally by network or analogically to the piezoelectric element. having been previously amplified.
  • the piezoelectric element converts this electrical energy into mechanical energy, which causes the membrane to vibrate, and the vibrations are transmitted to the wall 12 by the air of the chamber 28 and then to the entire panel 10 via the at least one internal cavity 18 which comes into resonance, and through the connecting means 24 which conduct the vibrations of the membrane 30 to the wall 12.
  • the presence of the mass 38 allows to amplify and to grant the amplitude of the vibrations. Acoustic waves are then emitted.
  • the piezoelectric element is powered by a voltage supply, for example at ⁇ 20 V because of the high impedance of the piezoelectric used.
  • This operating mode corresponds to that of a loudspeaker whose acoustic characteristics are particularly efficient, as can be seen in FIG. 3.
  • the curve in FIG. 3 is obtained without active or passive filtering.
  • the bandwidth at -6 dB extends over a wide frequency band, from 100 Hz to 20000 Hz, guaranteeing a very high sound quality of the panel 10.
  • the third mode of operation is that of acoustically active receiver.
  • the ambient noise puts the panel 10 in vibration and it is possible to capture a signal by the piezoelectric element.
  • This signal is very weak but can be amplified by an integrated or remote amplifier. In this case, it is possible to ensure the monitoring of an unoccupied place, the detection of intrusions in closed places for example.
  • the invention also relates to a device for generating sound waves, characterized in that it integrates at least one acoustic panel 10 provided with at least one piezoelectric element, and in that it comprises power supply means of the at least one a piezoelectric element in tension.
  • the acoustic panel according to the present invention is simple and economical design, especially through the use of cardboard or expanded polystyrene, while having remarkable acoustic properties.
  • it can be of a thickness of only a few millimeters, and thus suitable for many applications. It can for example be integrated with furniture, including design, such as a dresser or lampshade.

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Abstract

L'objet de l'invention est un panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois (12, 14) disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne (16), ledit espace interne (16) comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité (16), au moins un élément (20) apte à se déformer, des moyens (22) d'exercice d'un effort sur ledit au moins un élément de déformation (20), et des moyens de liaison (24) dudit au moins un élément à une (26) de l'une desdites parois (12, 14), lesdits au moins un élément de déformation (20), moyens de liaison (24) et face (26) délimitant une chambre.

Description

PANNEAU ACOUSTIQUE DESTINE A RECEVOIR, EMETTRE OU
ABSORBER DES SONS
La présente invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre, à recevoir des sons ou à ou absorber des sons.
Généralement, on entend par panneau acoustique soit une enceinte acoustique comprenant un haut parleur et qui fournit des sons à partir d'un signal électrique, soit un parement, tel qu'un parement mural, destiné à réduire de façon passive les bruits environnants.
Une telle enceinte acoustique peut se présenter sous diverses formes et à divers prix, selon la qualité du son émis par le haut parleur. En particulier, pour obtenir une enceinte acoustique de haut de gamme, il a été développé des systèmes de membranes vibratoires constituées de matériaux composites, qui présentent un coût de réalisation élevé, à la fois du fait de leur agencement et de la nature des matériaux employés, et de leur technologie, telle que basée sur l'utilisation d'enceintes électrostatiques. D'un autre côté, un parement d'absorption des sons est généralement utilisé dans la réduction de bruits dans un bâtiment ou un véhicule.
Il est donc besoin d'un panneau acoustique permettant plusieurs modes de fonctionnement, c'est-à-dire capable d'émettre, de recevoir des sons ou d'absorber des sons. C'est le but de la présente invention que de remédier aux inconvénients précités en proposant une architecture de panneau acoustique qui permette un fonctionnement « triade », soit absorbeur de sons, soit récepteur de sons, soit générateur de sons, et qui, dans ce mode d'émission de sons, constitue un haut parleur de grande qualité acoustique tout en étant de conception simple et économique.
A cet effet, l'invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne, ledit espace interne comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité, au moins un élément apte à se déformer, des moyens d'exercice d'un effort sur ledit au moins un élément de déformation, et des moyens de liaison dudit au moins un élément à une face de l'une desdites parois, lesdits au moins un élément de déformation, moyens de liaison et face délimitant une chambre.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre un panneau acoustique tel que décrit précédemment et comprenant au moins un élément piézoélectrique, et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en tension.
L'invention sera décrite maintenant plus en détail en référence aux figures annexées données uniquement à titre d'exemple et dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un panneau acoustique conforme à l'invention, - la figure 2 est une représentation du panneau acoustique selon plusieurs variantes de forme, et
- la figure 3 est une représentation de l'évolution de la réponse en fréquence du panneau acoustique (exprimé en dB) de la figure 1 en mode haut-parleur, en fonction de la fréquence (exprimée en Hz). Sur les figures, on a référencé en 10 un panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, comprenant deux parois 12, 14, disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne 16. L'espace interne 16 comprend au moins 50% d'air et est muni d'au moins une cavité 18. Le panneau acoustique 10 comprend également au moins un élément 20 apte à se déformer, des moyens 22 d'exercice d'un effort sur ledit élément de déformation et des moyens de liaison 24 dudit élément à une face extérieure 26 de la paroi 12. Une chambre 28 est délimitée par le au moins un élément de déformation 20, les moyens de liaison 24 et la face 26 de la paroi 12.
Selon un mode de réalisation, le au moins un élément de déformation 20 est une membrane 30 d'un organe de transduction électromécanique. L'organe de transduction électromécanique est de préférence un élément piézoélectrique, mais tout convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique et inversement est également adapté à la réalisation de la présente invention. Cet élément piézoélectrique est avantageusement adapté pour fonctionner dans une plage de fréquences comprises entre 20Hz et 25000Hz.
Selon le mode de réalisation visible à la figure 1, les moyens de liaison 24 de la membrane 30 à la face 26 se présentent de la forme d'un bord 34 périphérique de la membrane 30 et solidarisé par exemple par collage à la face extérieure 26. Selon un mode de réalisation, les moyens 22 exercent une force F de contre réaction et sont disposés en contact de la membrane 30 d'un côté 31a extérieur, opposé à la chambre 28, ou au contraire d'un côté 31b intérieur, dans la chambre 28. Selon une variante non représentée, la chambre 28 peut être disposée dans l'espace interne 16, et les moyens de liaison 24 relient la membrane 30 à la face interne 33 de la paroi 12. Les moyens 22, solidaires de la membrane 30, sont également disposés dans l'espace interne 16. Les moyens 22 peuvent se présenter sous diverses formes. Il peut s'agir, comme représenté à la figure 1, d'au moins une masse 38, auquel cas la force F exercée est égale à mj , où γ est l'accélération de la masse. Ils peuvent aussi se présenter comme un système de masse-ressort accordé pour les basses fréquences et qui permet de réduire l'emballement de l'élément piézoélectrique à une forte impulsion électrique. En effet, à basses fréquences, une grande partie de la paroi 12 rayonne l'énergie mécanique et est en vibration. La présence de la masse permet alors d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations du panneau 10. Selon une variante, la masse 38 est une bille métallique, rapportée sur le centre de la membrane 30 par l'intermédiaire d'une colle, préférentiellement de type élastomère comme du néoprène ou du butyle. La présence de la colle entre la masse 38 et la membrane 30 implique que la liaison entre la masse 38 et la membrane 30 est élastique et amortie. L'appui entre la masse 38 et la membrane 30 étant ponctuel et central, il permet une déformation contrôlée de la membrane 30, ce qui contribue à une grande qualité sonore du panneau acoustique.
Selon une autre variante, la membrane 30 porte deux masses 38 disposées de sorte que les effets de déformation soient symétrisés, assurant une grande qualité du son émis par le panneau acoustique.
Les moyens 22 peuvent également se présenter sous la forme d'un élément viscoélastique ou d'un ressort suffisamment rigide lié à un élément plus lourd. Les parois 12 et 14 sont préférentiellement constituées à partir d'un matériau léger et rigide, tel que du plastique, du polycarbonate, du carton ou encore du polystyrène expansé. L'intérêt de ces types de matériaux est qu'ils sont économiques à utiliser en comparaison notamment des matériaux composites employés généralement pour un haut parleur haut de gamme. Le panneau acoustique 10 peut être monolithique et constitué par exemple d'une feuille de carton ou d'une tranche de polystyrène expansé. Il est également possible que les parois 12 et 14 forment deux couches d'un tricouche réalisé par les deux parois 12, 14 et l'espace interne 16 rempli d'un matériau absorbant, tel que de la mousse. Le panneau acoustique peut être rempli au moins partiellement par un matériau absorbant, tel que de la mousse, qui apporte alors à l'espace interne 20 une multitude de cavités 18, tel que schématisées sur la figure 1. Le matériau de remplissage est avantageusement léger et comprend des alvéoles, tel que le carton alvéolaire.
Le panneau acoustique 10 peut prendre diverses formes représentées à la figure 2. Il peut s'agir d'un panneau parallélépipédique, comme pour les panneaux 10-1 et 10-2, ou courbé, comme pour les panneaux 10-3 et 10-4, ou encore cylindrique, comme pour le panneau 10-5. Le panneau acoustique 10 peut également être une sphère. Le panneau 10 peut comprendre un évidement, même de dimension supérieure à 20% de la surface totale du panneau acoustique. Le panneau acoustique peut être extrêmement plat, comme représenté en 10-1, ou au contraire très épais, voir le panneau 10-5. On note que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation de la figure 1, et, en particulier, le nombre d'éléments piézoélectriques et de membranes 30, ainsi que leur répartition dans le panneau 10 dépendent de nombreux paramètres tels que la nature, les dimensions et le nombre de feuilles de matériau, et de la présence ou non de cavités. En particulier lorsque le panneau 10 comprend plusieurs éléments piézoélectriques, est privilégiée l'excitation d'un maximum de modes propres de la paroi vibratoire, au contraire de ce qui est connu dans l'état de la technique de la conception d'un haut parleur. Cette excitation de modes propres permet d'obtenir des basses fréquences, réduit la possibilité d'interférences entre ondes acoustiques qui détériorent la qualité sonore du panneau acoustique et permet d'exciter d'autres modes propres qui ne seraient pas excités par un seul élément piézoélectrique. On note que les divers éléments piézoélectriques utilisés ne sont pas nécessairement en phase. Par exemple, un effet de spatial isation peut être obtenu à l'aide de deux piézoélectriques déphasés.
On note également que lorsque plusieurs éléments piézoélectriques sont montés suivant un réseau déterminé, il est possible de focaliser les ondes acoustiques émises.
Le panneau acoustique 10 peut fonctionner selon trois modes différents, soit en émettant, soit en recevant des sons, soit en absorbant des sons. Le premier mode de fonctionnement est le mode absorption acoustique selon lequel le matériau absorbant du panneau acoustique permet de diminuer le niveau sonore. Ce mode de fonctionnement peut être totalement passif et permanent, ou encore actif en émettant un son en opposition de phase avec celui lui arrivant dessus. Le deuxième mode de fonctionnement est acoustiquement actif permettant de générer des émissions sonores. Dans ce mode de fonctionnement, le panneau acoustique est utilisé en tant que haut parleur : un signal sonore est généré par un ordinateur, une clé MP3, ou un baladeur par exemple, puis est envoyé numériquement par réseau ou analogiquement à l'élément piézoélectrique en ayant été au préalable amplifié. L'élément piézoélectrique convertit cette énergie électrique en énergie mécanique, ce qui met la membrane 30 en vibration, et les vibrations sont transmises à la paroi 12 par l'air de la chambre 28 puis à tout le panneau 10 par l'intermédiaire de la au moins une cavité interne 18 qui entre en résonance, et par l'intermédiaire des moyens de liaison 24 qui conduisent les vibrations de la membrane 30 vers la paroi 12. La présence de la masse 38 permet d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations. Des ondes acoustiques sont alors émises.
L'élément piézoélectrique est alimenté par une alimentation en tension, par exemple à ±20 V du fait de l'impédance élevée des piézoélectriques utilisés. Ainsi, selon ce mode de fonctionnement d'émission acoustique, il est possible notamment possible d'émettre des bruits de masquage, des sons ambiants ou de créer une atmosphère musicale ou de diffuser des informations. Ce mode de fonctionnement correspond à celui d'un haut-parleur dont les caractéristiques acoustiques sont particulièrement performantes, comme visible à la figure 3. La courbe à la figure 3 est obtenue sans filtrage actif ou passif. On constate ainsi qu'en l'absence de tout filtrage la bande passante à -6dB s'étend sur une large bande de fréquence, de 100 Hz à 20000 Hz, garantissant une très grande qualité sonore du panneau 10. Le troisième mode de fonctionnement est celui de récepteur acoustiquement actif. En effet, les bruits ambiants mettent le panneau 10 en vibration et il est possible de capter un signal par l'élément piézoélectrique. Ce signal est très faible mais peut être à son tour amplifié par un amplificateur Intégré ou déporté. Dans ce cas, il est possible d'assurer la surveillance d'un lieu inoccupé, la détection d'intrusions dans des lieux fermés par exemple.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre au moins un panneau acoustique 10 muni d'au moins un élément piézoélectrique, et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en tension. Le panneau acoustique selon la présente invention est de conception simple et économique, notamment grâce à l'usage de carton ou de polystyrène expansé, tout en présentant des propriétés acoustiques remarquables. De plus, il peut être d'une épaisseur de seulement quelques millimètres, et de ce fait adapté à de nombreuses applications. Il peut par exemple être intégré à du mobilier, notamment design, tel qu'une commode ou un abat-jour de lampe.

Claims

REVENDICATIONS
1. Panneau acoustique, destiné à émettre, recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois (12, 14) disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne (16), ledit espace interne (16) comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité (16), au moins un élément (20) apte à se déformer comprenant une membrane (30) d'un organe de transduction électromécanique, des moyens (22) d'exercice d'un effort sur ledit au moins un élément de déformation (20), et des moyens de liaison (24) dudit au moins un élément à une face (26) de l'une desdites parois (12, 14), lesdits au moins un élément de déformation (20), moyens de liaison (24) et face (26) délimitant une chambre (28).
2. Panneau acoustique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe de transduction électromécanique est un élément piézoélectrique adapté à des fréquences comprises entre 20Hz et 25000Hz.
3. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois sont constituées à base d'un matériau choisi parmi le carton, le polystyrène, le plastique, ou le polycarbonate.
4. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (22) d'exercice d'un effort comprennent au moins une masse (38) rapportée à l'élément de déformation (20).
5. Panneau acoustique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une masse (38) est une sphère collée au centre de la membrane (30) de l'organe de transduction électromécanique.
6. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace interne (18) est au moins partiellement rempli d'un matériau absorbant tel que de la mousse.
7. Panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments piézoélectriques réglés pour être déphasés de sorte à induire un effet de spatialisation.
8. Dispositif de génération d'ondes sonores caractérisé en ce qu'il intègre un panneau acoustique selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en tension.
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