WO2014053994A1 - Baffle electroacoustique - Google Patents

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WO2014053994A1
WO2014053994A1 PCT/IB2013/059043 IB2013059043W WO2014053994A1 WO 2014053994 A1 WO2014053994 A1 WO 2014053994A1 IB 2013059043 W IB2013059043 W IB 2013059043W WO 2014053994 A1 WO2014053994 A1 WO 2014053994A1
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WO
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electroacoustic
converter
digital
impedance
acoustic
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PCT/IB2013/059043
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WO2014053994A8 (fr
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Hervé-Jacques Henri LISSEK
Romain Bertrand BOULANDET
Etienne Thierry Jean-Luc RIVET
Original Assignee
Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/002—Damping circuit arrangements for transducers, e.g. motional feedback circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2400/00—Loudspeakers
    • H04R2400/01—Transducers used as a loudspeaker to generate sound aswell as a microphone to detect sound

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic cabinet equipped with an active sound reduction device without acoustic sensor (in English: electroacoustic baffle with sensorless active sound reduction capabilities).
  • the material reduces the acoustic energy by opposing, by its structure, physical resistances to the propagation of the sound wave in the material, which can lead to a total attenuation if the material is sufficiently thick.
  • An acoustic disturbance can thus be reduced inside a closed room (a room, but also a machine cowling for example), to limit the flow of sound energy inside the closed environment, and to smother it by successive absorption on the different walls.
  • this phenomenon also makes it possible to limit the power of an acoustic source, and therefore the sound level emitted by the latter, or to increase the effectiveness of a noise barrier by avoiding certain reflections. sound likely to circumvent the obstacle (by diffraction effect).
  • the second property is the acoustic insulation that presents the material (arranged in partition between two premises, or in noise barrier in open environment). This insulation is generally obtained when the partition is prevented from vibrating, either by mass effect or by rigidity effect. By not vibrating, she is prevented from "spreading" the sound on the other side.
  • a light wall and / or flexible could be able to vibrate under the effect of a sound wave, and in the manner of a speaker, to transmit sound on the other side of the wall.
  • an absorbent wall is generally weakly insulating, and vice versa (except for porous structures, but then the thickness of the partition determines the performance in insulation).
  • the concepts of absorption and sound insulation must be distinct in what follows. It is also known to those skilled in the art that the reduction of noise at low frequencies is the most problematic and in particular that it becomes strictly impossible to absorb, but also to isolate, the acoustic waves corresponding to lower frequencies. at 100 Hz, with small and light devices.
  • eigen modes correspond to a precise structure, that is to say a geometric distribution of the acoustic intensity in the room when it is subjected to an acoustic disturbance at the fijk frequency, as illustrated in the figure 1 with the representation of the first 15 modes of a parallelepiped room of dimensions 5m x 4m x 3m.
  • the brown zones correspond to a maximum pressure amplitude, the blue zones to a minimum amplitude (-i3 ⁇ 4), and the green zones to zero pressures. If only one of the indices (ij, k) is non-zero, the mode is termed axial, if only one of the indices is zero, it is tangential, otherwise it is oblique.
  • the second type of solution for the correction of this phenomenon consists in the use of membrane resonators, commonly called “bass traps”, which operate in the manner of Helmholtz resonators, that is to say by taking advantage of dissipation at the resonance of the resonator, but with mechanical elements (membrane + suspensions + friction).
  • This device generally looks like a massive acoustic enclosure, with a membrane stretched or suspended around its periphery.
  • the main problem of this type of device is that it is tuned to a single frequency, is generally only performing in a narrow band around this frequency, and it is generally not possible to simply vary this frequency otherwise than by physically modifying the device.
  • FIG 2 A good example of this phenomenon is shown in Figure 2, where the sound levels recorded outside and inside a room subjected to the noise of a plane take off illustrate the negative effect of the room on the discomfort perceived at low frequencies (amplification of noise at the natural frequencies of the room).
  • Figure 2 we can see horizontal lines corresponding to the eigen modes of the room, with high sound levels (dark red color), locally exceeding the levels measured outside, and for much longer than the duration of passage of the plane above the building (persistence of more than 30 seconds after the passage of the plane).
  • I t by the wall on the incident intensity /, on the source side expressed in decibels, depends on the surface mass p s of the partition and the frequency In the particular case of a normal incidence (on the side of the source, the sound energy arrives at an angle of 0 ° relative to the normal to the wall), this law is expressed according to the formula: where p denotes the density of the air and c the velocity of the sound waves in the air.
  • p denotes the density of the air
  • c the velocity of the sound waves in the air.
  • the more lightweight a partition the less efficient it is to isolate rooms at low frequencies.
  • a partition with a mass per unit area of 40 kg / m 2 has attenuation indices of less than 30 dB below 100 Hz as shown in Figure 3.
  • the partition has performance holes, and becomes locally acoustically transparent (that is, the sounds pass through the partition at these frequencies, as if there were no partitions).
  • the general expression of these "defects insulation" is relatively complex and requires the introduction of the angle of incidence of sound, and will not be given here.
  • the same phenomenon of insulation failure occurs at different resonance frequencies of the partition, frequencies for which the partition has a non-zero mobility and is therefore likely to transmit sound energy.
  • These insulation defects can be partially treated by stiffening the partition according to different techniques. However, the effects are relatively limited.
  • noise control concerns the insulation and / or the absorption of noise from non-stationary machines, such as jet engines, automobile engines, etc., for which the frequency composition of noise depends the operating speed of the machine (harmonics corresponding for example to the rotation frequencies of the blades of a reactor).
  • These machines are usually treated at the source, that is to say by deploying acoustic materials around the noisy machine (acoustic formwork using acoustic "liners").
  • US Pat. No. 7,190,796 [2] operated by the company BAG END Loudspeakers with the product E-trap (http://www.bagend.com/ETrap, htm), describes a device comprising a loudspeaker in a closed enclosure, with a microphone and an electronic controller receiving the electrical signal from the microphone and re-injecting it, modified, to the loudspeaker, via an electric transfer function (managed by the controller) taking into account a dynamic model of the loudspeaker, and a power amplifier.
  • This system is designed to reduce room resonance phenomena that affect low frequency reproduction in sound diffusion systems, acting as a bass trap that can be electronically adjusted ("e" -trap). ). Properly tuned, it allows correction of the audio quality of electroacoustic broadcast systems in listening rooms (recording studios, small audiences).
  • US Patent 4,899,387 [3] discloses an active electroacoustic device, comprising a speaker, a microphone, and an analog circuit consisting of transistors, amplifiers and passive electronic components, associated with an acoustic loudspeaker (a column with a loudspeaker). each end).
  • the device is also designed to reduce acoustic resonances and improve sound reproduction at low frequencies in theaters.
  • WO 99/59377-A1 discloses an active acoustic impedance control device comprising a speaker in a closed enclosure, a microphone, a Wheatstone bridge-type electrical device, allowing a measurement of the vibratory velocity of the speaker membrane without external sensor, and two amplification slots (one for the microphone signal, the other for the differential voltage of the Wheatstone bridge), defining two electrical gains to adjust the value of the acoustic impedance of the speaker's mobile equipment to a target value around its mechanical resonance.
  • amplification slots one for the microphone signal, the other for the differential voltage of the Wheatstone bridge
  • the system requires the use of an external microphone to measure the sound pressure in front of the speaker's membrane, in order to minimize this pressure in a clean room mode.
  • the main defect of the devices [2] and [3] is that they can only control (reduce the amplitude) a single resonant frequency of the room, and furthermore the electronic control circuits are either complex in terms of computation (e-trap [2]), which is too rigid to be able to modify them in real time ([3]).
  • Another limitation is that these devices are able to deal only with the sound absorption of sound in a room, without dealing with the problem of isolation from a noisy room to another subject to noise.
  • the device [4] which is more versatile than [2] and [3] in that it makes it possible to obtain total absorption as well as total reflection, or even super-reflection, requires an installation the acoustic capture being sensitive to the environment in which the device is located (problems of instability).
  • the inventors of the device [4] also propose a variant without a sensor, presenting the main defect of being very sensitive to the mathematical model of the loudspeaker, especially as its implementation is exclusively analog and therefore does not allow to simply correct the defects of the mathematical model. It should also be noted that the patent [4] does not specify a cabinet separating the rear and front sides of the loudspeaker, guaranteeing a monopolar behavior of the loudspeaker and allowing the device the desired absorption / reflection function.
  • Patent WO 01/89005 [5] describes a device comprising a piezoelectric actuator, attached to a vibrating structure (plate, beam, shell, etc.), the supply voltage of which is regulated by an electrical impedance synthesis device connected to its electrical terminals.
  • the role of this synthetic impedance (performed analogically or numerically) and to regulate the current flowing in the piezoelectric actuator as a function of the voltage delivered when the latter is vibrated by the vibrating structure, so as to reduce the vibratory mobility of the structure.
  • the electrical impedance of synthesis must reproduce a network of cascading resonant filters, corresponding to vibratory modes of the vibrating structure (characterized beforehand), making it possible to neutralize these modes of vibratory resonance.
  • the main defect of this device is that it only deals with vibration control, that is to say, it prevents a structure from vibrating on its own modes.
  • the corollary is that the device has only one type of action on the acoustic fields, that is to say to reinforce the acoustic reflections on the side of a source of noise, and to prevent the transmission if necessary. from this noise to a neighboring room for example.
  • the device of [5] is of "narrowband" type, that is to say that it can only handle individual frequencies (possibly several in parallel if a cascade of resonant circuits is used), but never of wide behavior band that would simplify their sizing and their use for broadband noise spectra (typically traffic noise, music broadcast).
  • the various absorption devices with sensor [2-3] require a particular installation, depending on the position of the device in the room.
  • the microphone used is in fact subjected to the pressure field radiated by the loudspeaker during its vibratory movement, which alters the performance of the device. This problem disappears in the absence of acoustic sensor.
  • [1] presents the theoretical performances in acoustic absorption of a shunted loudspeaker by a series LC circuit, which makes it possible to obtain a widened absorption in frequencies thanks to the coupling of 2 resonators (one, acoustic, is the membrane of the speaker, the other electric is the electric resonator RLC series).
  • [1] does not show measured performance on a prototype.
  • the main problem in the realization of such a prototype is that the losses brought by the passive electric dipoles are too great and cancel (dissipate) the desired effect.
  • the combination of a series RLC passive resonant circuit with a negative impedance circuit designed to compensate for excessive electrical resistance has never been presented.
  • the literature refers only to the use of piezoelectric transducers coupled to vibrating structures [5-6], and never the simple use of electrodynamic loudspeakers, whose membrane would be used of acoustic partition.
  • the shunt impedances to be synthesized are simpler, the impedance conversion circuits too, and above all there is no need to consume electrical energy to prevent the structure to move, unlike the piezo which is forced to provide additional mechanical energy to prevent the wall from vibrating on its own modes.
  • the different vibratory damping devices presented to allow sound insulation (or acoustic radiation control) [5-6] are based on the synthesis of cascades of relatively high quality factor electrical resonators to finely select vibratory modes ("Single mode shunt circuits").
  • Single mode shunt circuits The result is that to make broadband control, the shunt circuit must correspond to a higher order transfer function that it is desired to cover the frequency band, whereas a simpler solution would be to adapt the quality factor to obtain the desired bandwidth, without increasing the order of the resonator.
  • the shunt circuit shown in [5] includes a voltage-current conversion stage with 3 operational amplifiers.
  • WO 99/59377-A1 X. Meynial, Active acoustic impedance control system for noise reduction
  • WO 01/89005 A1 A. Fleming et al, An impedance synthesizing arrangement, an improved vibrational damping apparatus and a method for deriving a digital signal processing algorithm.
  • the invention provides an electric impedance synthesis method for use in an electroacoustic device with broadband noise reduction capabilities comprising: a. a step of definition of the acoustic specifications on the basis of a complex specific acoustic impedance, varying with the frequency, and answering requirements in terms of reduction of the noise; b. an analysis step of determining the electromechanoacoustic parameters of one or more electroacoustic transducers in their acoustic environment; and
  • a synthesis step that identifies and implements the one or more load electric impedances to be applied across the electroacoustic transducer (s) to achieve the desired acoustic performance.
  • an electroacoustic device with broadband noise reduction capabilities comprising: d. an electroacoustic transducer having at least one active face exposed to an exogenous pressure field and electrical terminals;
  • an acoustic baffle for separating the front and rear radiation of the electroacoustic transducer, of any volume; f. a variable load electric impedance connected to the electrical terminals of the electroacoustic transducer, and made in one of the following ways:
  • the electroacoustic device further comprises one or more additional electroacoustic transducers, the electroacoustic transducer and the additional electroacoustic transducers being arranged in an array of a plurality of electroacoustic transducers in series, in the acoustic baffle, connected to the impedance electric charging variable.
  • the electroacoustic device further comprises one or more additional electroacoustic transducers in the acoustic baffle, the electroacoustic transducer and the additional electroacoustic transducers being individually connected to their own electrical charge impedance achieved by means of an individual combination.
  • the filter, the analog-to-digital converter, the digital-to-analog converter, and the voltage-current converter, the filters being implemented in the same multi-channel digital processor.
  • the electroacoustic device further comprises one or more additional electroacoustic transducers in the acoustic baffle, the electroacoustic transducer and the additional electroacoustic transducers being distributed in arrays of one or more electroacoustic transducers connected in series, and each array is connected to its own electrical load impedance achieved by means of an independent combination of the filter, the analog-to-digital converter, the digital-to-analog converter, and the voltage-current converter, the filters being implemented in the same multi-channel digital processor.
  • the electroacoustic device further comprises one or more additional electroacoustic transducers in the acoustic baffle, the electroacoustic transducer and the additional electroacoustic transducers being individually connected to their own electrical charge impedance achieved by means of an individual combination.
  • the filter, the analog-to-digital converter, the digital-to-analog converter, the voltage-current converter, and the arrangement of electric dipoles and / or the negative impedance converter, the filters being implemented in the same multi-channel digital processor.
  • the electroacoustic device further comprises one or more additional electroacoustic transducers in the acoustic baffle, the electroacoustic transducer and the additional electroacoustic transducers being distributed in arrays of one or more electroacoustic transducers connected in series, and each array is connected to its own electrical load impedance achieved by means of an individual combination of the filter, the analog-to-digital converter, the digital-to-analog converter, the voltage-current converter, and the arrangement of electric dipoles and / or the converter negative impedance, the filters being implemented in the same multi-channel digital processor.
  • the front faces of the electroacoustic device radiate in a volume different from that where the rear faces radiate.
  • the front faces of the electroacoustic device radiation in the same volume and the rear faces radiate in several different volumes.
  • Figure 1 illustrates the structures of the first 8 modes (bellies and pressure nodes) of a parallelepiped room of dimensions (5m x 4m x 3m).
  • Figure 2 illustrates the sonograms (time-frequency-sound level representations) measured simultaneously on the outside (left figure) and inside an office (right figure) near Geneva-Cointrin airport. when passing an airliner.
  • Figure 3 illustrates the sound reduction index R (in dB) characteristic for an ideally rigid partition.
  • FIG. 4 schematically illustrates an electroacoustic transducer system mounted in a closed enclosure and connected to an electric load impedance.
  • Figure 5 shows a circuit representation of an electrodynamic loudspeaker connected to an electric load impedance.
  • Figure 6 depicts the block diagram representation of the current-regulated electrodynamic loudspeaker due to an electric load impedance at its terminals.
  • Figure 7 describes the synoptic of the impedance synthesis methodology from the model of the electrodynamic loudspeaker.
  • FIGS. 8 to 10 are various embodiments of the subject of the invention comprising an electroacoustic transducer connected to an electrical load impedance, made from an analog / digital circuit or any analogue, all placed in an acoustic enclosure .
  • FIGS. 11 to 13 are different embodiments of the subject of the invention representing electroacoustic transducer networking connected to circuits producing electrical load impedances, and placed in the same acoustic enclosure.
  • FIG. 14 is a diagram of the subject of the invention comprising an electroacoustic transducer connected to an electric impedance of charge, and placed in an acoustic chamber where the front face of the transducer radiates inside the enclosure.
  • FIG. 15 is a diagram of the subject of the invention comprising an electroacoustic transducer connected to an electric impedance of charge, the electroacoustic transducer membrane acting as a separation between two adjacent enclosures.
  • Figure 16 is a diagram of the subject of the invention comprising a plurality of electroacoustic transducers connected to an electric impedance load, and separated by different volumes. Summary of the subject of the invention
  • the device consists of one or more electroacoustic transducer (s) of the inertia type or inertia vibration exciter type (1), mounted on an acoustic loudspeaker or cabinet (2), and coupled ( s) to an electrical control system (3) involving an impedance matching analog circuit and / or a digital platform performing similar functions (see Fig. 4).
  • the assembly acts as an active sensorless controlled noise control system that allows continuous control of acoustic quantities such as p-pressure and v-velocity at the membrane of each electroacoustic transducer.
  • the subject of the invention comprises the following elements: a reversible electroacoustic transducer (1) provided with a membrane (typically an electrodynamic loudspeaker but not exclusively) or coupled to any surface that can be placed in vibration (typically an inertial electrodynamic exciter) for converting electrical energy into acoustic / mechanical energy and vice versa, and thus having the ability to function as a sensor for directly capturing information from the surrounding sound field and as a actuator to act simultaneously on it;
  • a reversible electroacoustic transducer provided with a membrane (typically an electrodynamic loudspeaker but not exclusively) or coupled to any surface that can be placed in vibration (typically an inertial electrodynamic exciter) for converting electrical energy into acoustic / mechanical energy and vice versa, and thus having the ability to function as a sensor for directly capturing information from the surrounding sound field and as a actuator to act simultaneously on it;
  • an enclosure or an acoustic baffle (2) making it possible to prevent the sound waves emitted (or received) from behind the electroacoustic transducer from interfering, or even canceling, the sound waves emitted (or received) from the front of the electroacoustic transducer ;
  • additional acoustic circuits or components such as vents, Helmholtz resonators, baffles, sectional changes, porous materials (glass wool, polyurethane foams, etc.) or micro-perforated (MPP) can also be combined with the enclosure;
  • an electric control system (3) controlling the input current of the electroacoustic transducer according to the speed v of its membrane.
  • the system can be implemented via an analog circuit, possibly combined with a digital platform, capable of sending back to the electrodynamic motor an electric current i reg of control after filtering the induced voltage across the transducer.
  • the aforementioned device aims to transform an electroacoustic transducer into a versatile electroacoustic resonator for absorbing sound energy in a space or for containing this energy between two adjacent spaces without using sensors to achieve the desired noise reduction.
  • the technological innovation includes a modification of the internal dynamics of the electroacoustic transducer via an electric load impedance Z L connected to its terminals, adapted to the electroacoustic transducer used as well as the acoustic radiation conditions and the acoustic performances. desired.
  • the role of this impedance is to adjust the losses, and to compensate for the reactive parts of the transducer, in order to enable it to present performance meeting acoustic requirements.
  • the acoustic impedance presented by the electroacoustic transducer membrane to the surrounding sound field can thus be made transparent, absorbing or insulating to the incident sound waves, according to the transfer function performed by the electric load impedance Z L.
  • the synthesized electrical impedance constitutes the functional link between the voltage e induced by the electroacoustic transducer subjected to an exogenous pressure field and the current required to absorb or contain the incident sound energy.
  • the object of the invention therefore relates in particular to a closed-loop controlled electroacoustic system whose control law is based on prior knowledge of the internal model, that is to say transduction mechanisms and dissipative mechanisms and inherent reagents to the transducer mounted on an enclosure or a baffle.
  • a moving part of the loudspeaker (eg membrane, dust cover and coil) is set in motion when subjected to an exogenous sound pressure field g, oscillates from back and forth along the axis of symmetry of the transducer, and brought back to a position of equilibrium under the action of a spider and peripheral suspensions.
  • the movement of the coil itself immersed in a magnetic field generated by a permanent magnet, creates an electromotive force ⁇ , translated by a voltage induced at the electrical terminals of the transducer.
  • This induced voltage is the image of the acoustic disturbance at the origin of the movement of the moving part, but also depends on the internal dynamics of the speaker system and the acoustic radiation conditions (enclosure, position in a room, etc. .). It is the entrance to regulator whose role is to return a compensation electric current jeg calculated to oppose a mechanical force to the membrane adapted to the desired acoustic effect: sound absorption in a space or sound insulation between two adjacent spaces.
  • a first analysis step identifies the internal characteristics of the electroacoustic transducer, describing in particular the processes used. at stake in the mechano-electric transduction and the dissipative and reactive phenomena (mechanical and electrical), and thus to extract the characteristics of the dynamic response of the loudspeaker to any type of acoustic solicitations.
  • the second step is an electrical impedance synthesis step in which is identified the electric charge that must be connected to the electrical terminals of the electroacoustic transducer, to meet given acoustic requirements, that is to say, to ensure that the specific acoustic impedance (ratio p / v) at the level of the membrane is close to a specific acoustic impedance target P
  • This electrical charge thus constitutes the functional relation, in the form of an modifiable transfer function, between the induced voltage e, image of the acoustic perturbation to be treated, and the electric current i reg returned to oppose the necessary mechanical force on the membrane. , so that it absorbs or blocks the incident sound waves.
  • transfer function Z L depends on the internal model of the loudspeaker in its environment through Z e , Z m , Z ar , B 1, S, and the desired acoustic behavior at the membrane according to the specification of Z.
  • a first implementation of the transfer function Z L consists in producing an electrical admittance equal to 1 / Z L. This admittance ensuring the electrical regulation is expressed in the form of a digital filter. The voltage e measured at the terminals of the transducer is filtered by this transfer function and is then converted into a current i reg which regulates the mechanical force applied to the electromechanical motor of the loudspeaker 2. According to FIG.
  • the voltage e is sensed by an analog / digital converter (ADC) 61, then is filtered by a digital processor 60 (FPGA, DSP, microcontroller, etc.), and is sent back by a digital-to-analog converter (DAC) 62.
  • the output voltage of the The converter 62 is then transformed into a current i reg by means of a voltage-to-current converter 50.
  • a system 30 comprising the analog / digital converter 61, the digital processor 60, the digital-analog converter 62 and the voltage-current converter 50 is thus equivalent to an electrical admittance.
  • the voltage-current conversion system 50 includes an operational amplifier that has two inputs: an input connected to ground through a resistor R ; and another connected to a voltage of the input signal v in through a resistor R f .
  • the output current i reg passing through a resistor R s is governed by the equation:
  • this amplification part can be designed as an inverting amplifier by a simple inversion of the two input terminals of the operational amplifier 80.
  • the transfer function to be implemented will in this case be equal to -1 / Z L.
  • the circuit 31 is composed of electrical impedances Z s (70) and Z (71), and a negative impedance converter 51 whose equivalent impedance Z 51 is defined as a function of an impedance Z n (72) :
  • the electrical impedances Z s (70), Z (71) and Z n (72) are produced using passive dipoles (resistors, inductors, capacitors) connected in series and / or in parallel.
  • the equivalent impedance Z 31 of the circuit 31 then depends on the electrical impedances Z s (70), and Z p (71) and Z "(72): z Z p (Z, - Z)
  • a third implementation of possible load electric impedance Z L is a combination of the two circuits 30 and 31 (see Fig. 10).
  • a portion of the Z transfer function L is implemented in the analog domain with the equivalent impedance Z 31 of the circuit 31, to produce, for example, the negative part of the transfer function Z_ L, that is, ie the blocked electrical impedance Z e of the transducer.
  • This equivalent impedance Z 31 is in series with the electrical impedance of the electrodynamic transducer 1.
  • the electroacoustic device detailed above is used in the context of the control of sound fields by meeting two objectives: acoustic absorption and / or sound insulation.
  • absorption mode the objective is to reduce the level and noise annoyance within a space in which there is a source of noise.
  • the strategy is then to dissipate the acoustic energy at the boundaries of the domain, that is to say on the walls, ceiling and walls where the sound is reflected.
  • isolation mode the goal is to contain the sound energy where the source of noise is and thus prevent it from passing into an adjacent space to be protected.
  • the strategy is to block the membrane and send the sound energy back to the source.
  • the basic object of the present invention is a very promising modular and versatile solution for efficient absorption / isolation in the low frequency range (in particular from 20 Hz to about 400 Hz), where no other effective solution currently exists. in the state of the art.
  • the low frequency range in particular from 20 Hz to about 400 Hz
  • other frequency ranges can also be processed.
  • the implementations previously described by the electrical circuits 30, 31, 32 may be deployed in arrayed arrangements with a plurality of electroacoustic transducers.
  • a first network-arranged implementation 33 is as described in FIG. 11.
  • a single digital processor 60 is required to allow control of multiple channels.
  • a second control channel includes several electroacoustic transducers 1C, 1D, etc.
  • a second arrangement arranged in a network 34 is as described in FIG. 12.
  • a first channel comprises several electroacoustic transducers 1A, 1B, etc. associated in series, and connected to an analog circuit 31A to implement the load electrical impedance Z L.
  • a second control channel includes a plurality of electroacoustic transducers 1C, 1D, etc. associated in series, and connected to an analog circuit 31B for implementing the load electrical impedance Z L.
  • Other elements can thus be connected in the same way for a defined number of electroacoustic transducers.
  • a third networked implementation 34 is as depicted in FIG. 13.
  • a single digital processor 60 is required to allow control of multiple channels.
  • a first channel comprises several electroacoustic transducers 1A, 1B, etc. associated in series, and connected to an analog circuit 31A to achieve an impedance Z 31fl .
  • a second path has several l e Sa
  • electroacoustic transducers 1C, 1D, etc. associated in series, and connected to an analog circuit 31B to achieve an impedance Z 3la .
  • the device is composed of the electroacoustic transducer 1, connected to the electric load impedance 30, 31, 32 whose front face of the electroacoustic transducer radiates inside the acoustic enclosure 2.
  • This device thus absorbs the acoustic energy present in the chamber 2, which may be a room for example, and thus reduce the noise level in the enclosure 2.
  • the device prevents energy
  • This embodiment functions, for example, as a hearing protection adapted to the human physiognomy.
  • This device also applies to several electroacoustic transducers, connected to electrical impedances 33, 34, 35, and whose front faces radiate inside the loudspeaker 2.
  • the device is composed of the electroacoustic transducer 1, connected to the electric load impedance 30, 31, 32, where the electroacoustic transducer membrane plays the role of separation between two adjacent enclosures.
  • This device is used to acoustically isolate a first closed space 2A of a second closed space 2B, and vice versa.
  • This device also applies to several electroacoustic transducers 1A, 1B, etc. connected to electrical impedances 33, 34, 35, whose membranes play the role of separation between one or more adjacent enclosures.
  • the device is composed of several electroacoustic transducers 1A, 1B, etc. networked to load electric impedances 33, 34, 35, wherein the electroacoustic transducers are mounted in respective individual enclosures 2A and 2B. The device is networked to increase the absorption or isolation area.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

Un procédé de synthèse d'impédance électrique pour l'utilisation dans un dispositif électroacoustique avec des capacités de réduction du bruit large bande comprend une étape de définition du cahier des charges acoustiques sur la base d'une impédance acoustique spécifique complexe, variant avec la fréquence, et répondant à des exigences en termes de réduction du bruit; une étape d'analyse consistant à la détermination des paramètres électromécano-acoustique d'un ou de plusieurs transducteurs électroacoustiques dans leur environnement acoustique; et une étape de synthèse qui identifie et implémente la ou les impédances électriques de charge à appliquer aux bornes du ou des transducteurs électroacoustiques pour réaliser les performances acoustiques souhaitées.

Description

Baffle Electroacoustique
Domaine de l'invention
L'invention est relative à un Baffle électroacoustique muni d'un dispositif de réduction active du son sans capteur acoustique _(en Anglais: Electroacoustic baffle with sensorless active sound réduction capabilities).
Etat de l'art : description des problèmes
De nombreux matériaux sont actuellement disponibles sur le marché destinés à traiter des problèmes de réduction du bruit (dans les locaux, dans les transports, dans l'environnement, etc.). On classe généralement ces matériaux en trois principales catégories, correspondant peu ou prou à des gammes fréquentielles spécifiques des perturbations acoustiques : a) les matériaux poreux (laines minérales, mousses polymères, etc.) pour les hautes fréquences (généralement autour et au-dessus de 000 Hz) ; b) les résonateurs acoustiques dits de Helmholtz, (généralement efficaces autour d'une seule composante harmonique de moyenne fréquence, typiquement de l'ordre de quelques centaines de Hertz, parfois au-delà de l'OOO Hz) ; c) les structures compilantes, ou fléchissantes, constituées de panneaux plus ou moins légers et élastiques, mis en vibration mécanique par une perturbation sonore, permettant une atténuation (limitée) aux moyennes et basses fréquences (autour de 100 Hz, éventuellement en-dessous) ;
Tous les autres matériaux utilisés pour la réduction du bruit seront considérés par défaut com me rigides, c'est-à-dire qu'ils ne réagissent pas ou peu de manière vibratoire ou acoustique à la perturbation sonore, ce qui a pour effet de réfléchir intégralement le son du côté de la source. Il est généralement admis qu'une cloison est rigide dans les basses fréquences, jusqu'à sa première fréquence de résonance [1].
Lorsque l'on parle de réduction du bruit (ou généralement du son), plusieurs propriétés distinctes des matériaux sont concernées, qui peuvent prêter à confusion pour une personne non experte. La première est liée à l'absorption par phénomène de dissipation (matériaux poreux) ou par effet résonant (résonateurs de H elmholtz ou panneaux com pilants). Le matériau réduit l'énergie acoustique en opposant, par sa structure, des résistances physiques à la propagation de l'onde sonore dans le matériau, pouvant aboutir à une atténuation totale si le matériau est suffisamment épais. Une perturbation acoustique peut ainsi être réduite à l'intérieur d'un local fermé (une salle, mais également un capotage de machine par exemple), permettant de limiter la circulation de l'énergie sonore à l'intérieur du milieu fermé, et de l'étouffer par absorption successives sur les différentes parois. En milieu ouvert ou semi- ouvert, ce phénomène permet aussi de limiter la puissance d'une source acoustique, et donc le niveau sonore émis par cette dernière, ou d'augmenter l'efficacité d'une barrière anti-bruit en évitant certaines réflexions du son susceptibles de contourner l'obstacle (par effet de diffraction). La deuxième propriété, généralement contradictoire avec la précédente, est l'isolation acoustique que présente le matériau (disposé en cloison entre deux locaux, ou en barrière anti-bruit en milieu ouvert). Cette isolation est généralement obtenue lorsque la cloison est empêchée de vibrer, soit par effet de masse, soit par effet de rigidité. En ne vibrant pas, elle est empêchée de « diffuser » le son de l'autre côté. Inversement, une paroi légère et/ou souple, pourrait être susceptible de vibrer sous l'effet d'une onde sonore, et à la manière d'un haut-parleur, de transmettre le son de l'autre côté de la paroi. Il est connu de la personne de l'art qu'une paroi absorbante est généralement faiblement isolante, et vice-versa (hormis pour les structures poreuses, mais alors l'épaisseur de la cloison détermine les performances en isolation). En tout état de cause, les notions d'absorption et d'isolation acoustique devront être distinctes dans ce qui suit. II est également connu de la personne de l'art que la réduction du bruit aux basses fréquences est la plus problématique et en particulier qu'il devient strictement impossible d'absorber, mais également d'isoler, les ondes acoustiques correspondant à des fréquences inférieures à 100 Hz, avec des dispositifs petits et légers. Une règle de dimensionnement précise même qu'il faut disposer de structures d'épaisseur au moins de l'ordre de la longueur d'onde de l'onde acoustique pour en permettre une atténuation significative. Sachant la relation
Figure imgf000004_0001
où désigne la fréquence du son, c, la célérité des ondes sonores dans le milieu de propagation (c = 340 m/s dans l'air à 20°C), et λ la longueur d'onde correspondante, il est assez aisé de montrer que cela représente des dimensions de l'ordre de 5 m pour des fréquences de l'ordre de 60 Hz. Exemples de problèmes acoustiques aux basses-fréquences
1) Absorption acoustique
Aux basses fréquences, un certain nombre de phénomènes physiques se produisent qui peuvent avoir une incidence sur la gêne que présentent certains bruits, en particulier dans les salles d'habitation. Par exemple, il est connu qu'une salle parallélépipédique, de dimensions [Ιχ, ly, ), présente des modes propres aux fréquences
Figure imgf000005_0001
où {i,j,k) sont des entiers naturels dont un est au moins non-nul. A chaque valeur du triplet d'indices (i,j,k), correspond une fonction spatiale de la pression acoustique dans la salle selon
PijAx> y> z)
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où Pyk désigne un coefficient (arbitraire). Ces fonctions, appelées modes propres, correspondent à une structure précise, c'est-à-dire une répartition géométrique de l'intensité acoustique dans la salle lorsqu'elle est soumise à une perturbation acoustique à la fréquence fijk, comme illustré sur la figure 1 avec la représentation des 15 premiers modes d'une salle parallélépipédique de dimensions 5m x 4m x 3m. Les zones brunes correspondent à une amplitude de pression maximale les zones bleues à une am plitude minimale (-i¾), et les zones vertes à des pressions nul les. Si un seul des indices (ij,k) est non-nul, le mode est qualifié d'axial, si un seul des indices est nul, il est tangentiel, sinon, il est oblique.
Ces modes propres ont donc la particularité d'amplifier certaines com posantes fréquentielles du son dans la salle, et d'en annuler d'autres. Dans le cas d'une salle de diffusion de musique ou de support multimédia (home audio, home cinéma), ce phénomène se traduit par une forte disparité de niveau sonore selon la position à laquelle se trouve l'auditeur, résultant en des irrégularités dans le spectre fréquentiel du son diffusé, et par conséquent une perte de fidélité audio, préjudiciable au confort d'écoute. La technique visant à remédier à ce problème s'appelle d'ailleurs « égalisation » audio, signifiant qu'il est indispensable de compenser ce phénomène pour assurer une qualité d'écoute satisfaisante. Certaines techniques d'égalisation consistent à pré-conditionner le signal électrique avec des bancs de filtres (par exemple avec un égaliseur numérique), présentant plusieurs défauts inhérents comme l'introduction de distorsion de phase dans le signal reproduit, ainsi qu'une limitation dans les gains que l'on peut appliquer.
Le deuxième type de solution pour la correction de ce phénomène consiste en l'utilisation de résonateurs à membranes, communément appelés « bass-traps », qui opèrent à la manière des résonateurs de Helmholtz, c'est-à-dire en tirant profit de dissipation à la résonance du résonateur, mais avec des éléments mécaniques (membrane + suspensions + frottements). Ce dispositif ressemble généralement à une enceinte acoustique massive, comportant une membrane tendue ou suspendue sur son pourtour. Le problème principal de ce type de dispositif est qu'il est accordé à une seule fréquence, est généralement performant uniquement dans une bande étroite autour de cette fréquence, et il n'est en général pas possible de faire varier simplement cette fréquence autrement qu'en modifiant de manière physique le dispositif. Enfin, il nécessite souvent des volumes conséquents pour pouvoir descendre aux basses fréquences (typiquement une centaine de litres, soit des envergures de l'ordre du mètre). Une autre incidence de ces modes propres concerne l'amplification naturelle qu'une salle opère vis-à-vis de sources de bruits intérieurs ou extérieures. A proximité d'une voie de circulation (autoroute, aéroport, etc.), ou d'une installation technique (ventilateurs, compresseurs, etc.), la salle est susceptible d'amplifier les composantes basses fréquences du bruit correspondant à ses modes propres, et par conséquent augmenter la gêne subie à l'intérieur. Un bon exemple de ce phénomène est représenté en figure 2, où les niveaux sonores enregistrés à l'extérieur et à l'intérieur d'un local soumis au bruit d'un avion au décollage illustrent l'effet négatif de la salle sur la gêne perçue aux basses fréquences (amplification du bruit aux fréquences propres de la salle). On voit bien apparaître sur la figure de droite des lignes horizontales correspondant aux modes propres de la salle, avec de forts niveaux sonores (couleur rouge foncé), dépassant localement les niveaux mesurés à l'extérieur, et durant bien plus longtemps que la durée de passage de l'avion au-dessus du bâtiment (persistances de plus de 30 secondes après le passage de l'avion).
2) Isolation acoustique
Il est généralement connu de la personne de l'art que l'isolation acoustique entre deux locaux est rendue difficile aux basses fréquences par la loi dite de masse, reliant le pouvoir d'une cloison à bloquer les sons en fonction de sa masse. En particulier, Y indice d'affaiblissement R d'une paroi (appelé transmission loss en Anglais), qui décrit la propriété d'une paroi à isoler les sons entre deux locaux contigus, correspondant au rapport de l'intensité acoustique transmise It par la paroi, sur l'intensité incidente /, du côté de la source exprimé en décibels, dépend de la masse surfacique ps de la cloison et de la fréquence Dans le cas particulier d'une incidence normale (du côté de la source, l'énergie sonore arrive selon un angle de 0° par rapport à la normale à la paroi), cette loi s'exprime selon la formule :
Figure imgf000007_0001
où p désigne la masse volumique de l'air et c la célérité des ondes sonores dans l'air. Plus une cloison est légère, moins elle est performante pour isoler les locaux aux basses-fréquence. Par exemple, une cloison de masse surfacique de 40 kg/m2, présente des indices d'affaiblissement inférieurs à 30 dB en dessous de 100 Hz comme illustré sur la figure 3. Sachant qu'une valeur acceptable d'isolation se situe aux alentours de 40 dB, des cloisons légères (de masse surfacique de l'ordre de 10 kg/m2) sont communément considérées comme inefficaces aux basses-fréquences. La règle corollaire indique donc que, pour pouvoir isoler des locaux aux basses fréquences, il est indispensable d'avoir des cloisons massives, et par conséquent volumineux. Par ailleurs, la loi précédente ne tient pas compte de la rigidité de la cloison, qui n'est jamais infinie. Cette rigidité est en général caractérisée par le module d'Young E et le coefficient de Poisson σ du matériau, ou par une rigidité en flexion surfacique B. L'introduction d'un comportement élastique de la paroi fait intervenir des fréquences de coïncidences fc, qui correspondent aux fréquences pour lesquelles la célérité des ondes élastiques de flexion à l'intérieur de la cloison cb coïncident avec la célérité des ondes sonores dans l'air c. Etant donné la définition de la célérité cb, en fonction de la fréquence :
Figure imgf000007_0002
la fréquence de coïncidence fc d'une cloison s'exprime selon :
Figure imgf000007_0003
À ces fréquences, la cloison présente des trous de performances, et devient localement transparente acoustiquement (c'est-à-dire que les sons passent à travers la cloison à ces fréquences, comme s'il n'y avait aucune cloison). L'expression générale de ces « défauts d'isolation » est relativement complexe et nécessite d'introduire l'angle d'incidence du son, et ne sera pas donné ici. Le même phénomène de défaut d'isolation survient aux différentes fréquences de résonances de la cloison, fréquences pour lesquelles la cloison présente une mobilité non-nulle et est donc susceptible de transmettre l'énergie sonore. Ces défauts d'isolation peuvent être partiellement traités en rigidifiant la cloison selon différentes techniques. Cependant, les effets sont relativement limités.
Le problème de la réduction du son en général, et du bruit en particulier, dans les basses fréquences devient donc quasiment impossible avec les techniques de l'état de l'art. Les prochaines exemples décrivent des tentatives de traiter, avec des technologies innovantes, ces problèmes dans les deux cas de figure de l'absorption et de l'isolation acoustique aux basses fréquences, en s'intéressant plus particulièrement à l'atténuation des modes propres d'une salle pour améliorer la diffusion de musique dans des petits et moyens locaux, et à l'isolation des basses fréquences avec des petites parois légères et amovibles.
3) Autres Une problématique récurrente dans le contrôle du bruit concerne l'isolation et/ou l'absorption du bruit de machines non stationnaires, telles que des réacteurs d'avions, moteurs automobiles, etc., pour lesquelles la composition fréquentielle du bruit dépend du régime de fonctionnement de la machine (harmoniques correspondant par exemple aux fréquences de rotation des pales d'un réacteur). Ces machines sont généralement traitées à la source, c'est-à- dire en déployant des matériaux acoustiques autour de la machine bruyante (coffrage acoustique utilisant des « liners » acoustiques). Avec des solutions passives traditionnelles, résonateurs acoustiques de type nid d'abeille ou tôles perforées (absorbeur moyenne fréquences à bande étroite), il est impossible de traiter une large gamme de régime moteur, les fréquences de bruit concernées pouvant couvrir plusieurs octaves fréquentielles entre quelques centaines de Hertz, et quelques kHz.
Une autre problématique dans le contrôle du bruit concerne l'exposition individuelle des personnes à de forts niveaux sonores, par exemple dans le cadre professionnel (manutention dans une chaîne de production, utilisation de machines-outils bruyantes, etc.). Une solution de l'état de l'art consiste à porter des protections auditives individuelles. La réduction des basses fréquences est également une limitation de ce type de protection, nécessitant l'utilisation de solutions actives. Etat de l'art : produits innovants existant
Le brevet US 7,190,796 [2], exploité par la société BAG END Loudspeakers avec le produit E- trap (http://www.bagend.com/ETrap, htm), décrit un dispositif comprenant un haut-parleur dans une enceinte close, avec un microphone et un contrôleur électronique recevant le signal électrique provenant du microphone et le réinjectant, modifié, au haut-parleur, via une fonction de transfert électrique (gérée par le contrôleur) tenant compte d'un modèle dynamique du haut-parleur, et un amplificateur de puissance. Ce système est conçu pour réduire les phénomènes de résonances de salles qui affectent la reproduction des basses fréquences dans les systèmes de diffusion sonore, agissant comme un piège à basse (bass- trap) que l'on peut régler électroniquement ("e"-trap). Correctement réglé, il permet une correction de la qualité audio des systèmes de diffusion électroacoustiques dans les salles d'écoute (studios d'enregistrement, petits auditoires).
Le brevet US 4,899,387 [3] décrit un dispositif électroacoustique actif, comprenant un haut- parleur, un microphone, et un circuit analogique constitué de transistors, amplificateurs et composants électroniques passifs, associé à une enceinte acoustique (une colonne avec un haut-parleur à chaque extrémité). Le dispositif est également conçu pour réduire les résonances acoustiques et améliorer le rendu sonore aux basses fréquences dans les salles.
Le brevet WO 99/59377-A1 [4] décrit un dispositif de contrôle actif d'impédance acoustique comprenant un haut-parleur en enceinte close, un microphone, un dispositif électrique de type pont de Wheatstone, permettant une mesure de la vitesse vibratoire de la membrane du haut-parleur sans capteur externe, et deux tranches d'amplification (un pour le signal du microphone, l'autre pour la tension différentielle du pont de Wheatstone), définissant deux gains électriques permettant d'ajuster la valeur de l'impédance acoustique de l'équipement mobile du haut-parleur à une valeur cible autour de sa résonance mécanique. Grâce à un tel dispositif, il est possible de rendre alternativement la membrane du haut-parleur absorbante du point de vue acoustique, ou inversement rigide et réfléchissante.
Dans les trois cas, le système requiert l'utilisation d'un microphone externe pour mesurer la pression acoustique devant la membrane du haut-parleur, afin de minimiser cette pression sur un mode propre de la salle. Le principal défaut des dispositifs [2] et [3] est qu'ils ne peuvent contrôler (réduire l'amplitude) qu'une seule fréquence de résonance de la salle, et par ailleurs les circuits électroniques de contrôle sont soit complexes en termes de calcul (e-trap [2]), soit trop rigide pour pouvoir les modifier en temps-réel ([3]). Une autre limitation est que ces dispositifs ne sont capables de traiter que de l'absorption acoustique du son dans une salle, sans traiter le problème d'isolation d'un local bruyant vers un autre soumis au bruit.
Le dispositif [4], qui est pl us versatile que [2] et [3] dans la mesure où il permet d'obtenir de l'absorption totale autant que de la réflexion totale, voire de la super-réflexion, nécessite une installation spécifique, la captation acoustique étant sensible à l'environnement dans lequel se trouve le dispositif (problèmes d'instabilité). Les inventeurs du dispositif [4] proposent par ailleurs une variante sans capteur, présentant le principal défaut d'être très sensible au modèle mathématique du haut-parleur, d'autant que sa réalisation est exclusivement analogique et par conséquent ne permet pas de corriger simplement les défauts du modèle mathématiques. Il est à noter également que le brevet [4] ne spécifie pas de baffle séparant les faces arrière et avant du haut-parleur, garantie d'un comportement monopolaire du haut- parleur et permettant au dispositif la fonction d'absorption/réflexion désirée. Sans un tel baffle, la résultante des forces de pression agissant sur la membrane du haut-parleur est nulle, et par conséquent aucune modification des ondes acoustiques n'est possible. Le brevet WO 01/89005 [5] décrit un dispositif comprenant un actionneur piézoélectrique, attaché à une structure vibrante (plaque, poutre, coque, etc.), dont la tension d'alimentation est régulée par un dispositif de synthèse d'impédance électrique connecté à ses bornes électriques. Le rôle de cette impédance synthétique (réalisée de manière analogique ou numérique) et de réguler le courant circulant dans l'actionneur piézoélectrique en fonction de la tension délivrée lorsque ce dernier est mis en vibration par la structure vibrante, de manière à réduire la mobilité vibratoire de la structure. L'impédance électrique de synthèse doit reproduire un réseau de filtres résonants en cascade, correspondant aux modes vibratoires de la structure vibrante (caractérisée au préalable), permettant de neutraliser ces modes de résonance vibratoire. Le principal défaut de ce dispositif est qu'il ne traite que de contrôle vibratoire, c'est-à-dire qu'il empêche une structure de vibrer sur ses modes propres. Le corollaire est que le dispositif n'a qu'un seul type d'action sur les champs acoustique, c'est-à-dire de renforcer les réflexions acoustiques du côté d'une source de bruit, et empêcher le cas échéant la transmission de ce bruit vers une salle voisine par exemple. Par conséquent, un tel dispositif ne peut amortir les modes propres dans une salle soumis à un champ d'ondes stationnaires, comme ceux adressés par les dispositifs [2] et [3]. Par ailleurs, le dispositif de [5] est de type « bande étroite » c'est-à- dire qu'il ne peut gérer que des fréquences individuelles (éventuellement plusieurs en parallèle si on utilise une cascade de circuits résonants), mais jamais de comportement large bande qui permettrait de simplifier leur dimensionnement et leur utilisation pour des spectres de bruit large-bande (typiquement bruit de circulation, diffusion de musique).
Le livre de T. Cox [1] présente l'utilisation de circuits résonant passifs en shunt de haut- parleurs, en configurations séries et parallèles. Cependant, aucune réalisation pratique (à part simplement résistive) n'est proposée, en raison des pertes électriques parasites des composants L et C utilisés qui neutralisent les bénéfices potentiels de la méthode. Par contre, l'utilisation d'un circuit passif résonant R-L-C séries, avec un circuit de résistance négative compensant les pertes rajoutés par les composants passifs, permettrait de réaliser des absorbeurs électroacoustiques de bande passante améliorée, grâce à l'utilisation des deux résonateurs haut-parleur / résonateur électrique R-L-C couplés.
L'article de Fleming et al. [6] présente une expérience d'amortissement modal dans un tube avec un haut-parleur shunté (par une résistance, ou par un ensemble de composant passifs). Cependant la seule solution active (impliquant des composant actifs, comme des impédances négatives) implique l'utilisation conjointe d'un R-L série négatif (compensant le R-L du haut- parleur), et un résonateur R//L//C parallèle passif. Il semblerait plus judicieux d'utiliser un réseau R-L-C série, qui permettrait d'améliorer significativement les performances du dispositif (par la création d'une double résonance).
L'article de Lissek et al. [7] présente des analogies formelles entre les haut-parleurs shuntés et les techniques de contrôle actif proposées dans [4]. Un exemple de réalisation pratique est proposé n'employant que des composants analogiques, mais aucune réalisation pratique n'est présentée.
Discussion de l'état de l'art:
Les différents dispositifs d'absorption avec capteur [2-3] nécessitent une installation particulière, dépendant de la position du dispositif dans le local. Le microphone utilisé est en effet soumis au champ de pression rayonné par le haut-parleur lors de son mouvement vibratoire, ce qui altère les performances du dispositif. Ce problème disparaît en l'absence de capteur acoustique.
Les différents dispositifs proposés comme « e-traps » (amortisseur modal aux basses fréquences, cf [l]-[3], [7]) ne permettent pas d'obtenir alternativement de comportement réfléchissant, voir isolant. Les différents dispositifs proposés sans capteurs ne sont pas versatiles: soit absorbant (bass-traps, [1], [7]), soit isolant (shunt piezo [5-6]).
L'utilisation de shunt actif pour obtenir de l'absorption acoustique n'a jamais été présentée (le transducteur piezo avec un shunt actif [4-5] est destiné à obtenir une isolation acoustique seulement, et seul un shunt passif est proposé par Fleming [6]) .
[1] présente les performances théoriques en absorption acoustique d'un haut-parleur shunté par un circuit LC série, qui permet d'obtenir une absorption élargie en fréquences grâce au couplage de 2 résonateurs (l'un, acoustique, est la membrane du haut-parleur, l'autre électrique est le résonateur électrique RLC série). Cependant, [1] ne montre pas de performances mesurées sur un prototype. Le principal problème dans la réalisation d'un tel prototype est que les pertes apportées par les dipôles électriques passifs sont trop importantes et annulent (dissipent) l'effet désiré. L'association d'un circuit résonant passif RLC série avec un montage à impédance négative destiné à compenser les résistances électriques excessives n'a jamais été présentée.
L'association d'un circuit résonant passif R/L/C parallèle avec un montage à impédance négative est présentée dans [6]. Cependant, un tel montage ne permet que de décaler légèrement la fréquence de résonance du dispositif de résonateurs couplés, sans créer l'extension significative de bande passante observée dans [1].
Pour obtenir de l'isolation acoustique, la littérature ne fait référence qu'à l'utilisation de transducteurs piézoélectriques couplés à des structures vibrantes [5-6], et jamais l'utilisation simple de haut-parleurs électrodynamiques, dont la membrane ferait office de cloison acoustique. En outre, dans le cas de haut-parleurs électrodynamique, les impédances de shunt à synthétiser sont plus simples, les circuits de conversion d'impédance aussi, et surtout il n'est pas besoin de consommer de l'énergie électrique pour empêcher la structure de bouger, contrairement au piezo qui est forcé de fournir une énergie mécanique supplémentaire pour empêcher la paroi de vibrer sur ses modes propres.
Les différents dispositifs d'amortissement vibratoire présentés pour permettre de l'isolation acoustique (ou du contrôle de rayonnement acoustique) [5-6] sont basés sur la synthèse de cascades de résonateurs électriques de facteur de qualité relativement élevé pour sélectionner finement les modes vibratoires (« single mode shunt circuits»). La résultante est que pour faire du contrôle large bande, le circuit de shunt doit correspondre à une fonction de transfert d'ordre d'autant plus élevé que l'on souhaite couvrir de bande fréquentielle, alors qu'un solution plus simple consisterait à adapter le facteur de qualité pour obtenir la bande passante désirée, sans augmenter l'ordre du résonateur.
Le circuit électrique de shunt présenté dans [5] comprend un étage de conversion tension-courant avec 3 amplificateurs opérationnels. Une version avec 1 seul amplificateur opérationnel, et par conséquent moins de composants passifs, est cependant possible sans perte de performances.
L'article de Lissek et al [7] présente l'équivalence formelle entre shunt électrique et contrôle actif par contre-réaction acoustique (fait le lien entre e-bass-traps existant et la présente invention). Cependant, le type de circuit permettant de réaliser cette fonction électrique n'a jamais été présentée, en particulier le dispositif de conversion d'impédance électrique est absent de l'article. Il s'agit d'un article théorique, sans réelle innovation pratique.
La stratégie de synthèse du shunt électrique présentée dans [7] se base sur des équivalences avec un dispositif de contrôle actif d'impédance direct du type du dispositif [4] (avec une contre-réaction sur la pression et une sur la vitesse de la membrane, correspondant à deux gains Gp et Gv). Il est prouvé dans [4] que le rapport de ces deux gains spécifie la valeur de résistance acoustique à la résonance du haut- parleur, soit deux paramètres pour spécifier un résonateur à 1 degré de liberté (3 paramètres indépendant). Dans la présente invention, une stratégie plus générale est proposée, partant de la spécification de l'impédance acoustique complexe à réaliser, pour identifier la charge électrique correspondante que l'on doit brancher aux bornes du haut-parleur. Ceci n'a jamais été proposé dans la littérature.
Références
[1] T. J. Cox and P. D'Antonio. Acoustic absorbers and diffusers: Theory, design and application. Taylor and Francis, 2nd ed. édition, 2009
[2] US 7,190,796 Bl: A. . Kashani, Active feedback-controlled bass coloration abatment.
[3] US 4,899,387 : N.S. Pass, Active Low Frequency Acoustic Résonance Supressor
[4] WO 99/59377-Al: X. Meynial, Active acoustic impédance control system for noise réduction [5] WO 01/89005-A1 : A. Fleming et al, An impédance synthesising arrangement, an improved vibrational damping apparatus and a method for deriving a digital signal processing algorithm.
[6] A. Fleming, D. Niederberger, S.O. . Moheimani, "Control of résonant acoustic fields by electrical shunting of a loudspeaker", IEEE Trans. On Control Systems Technology, 15(4), July 2007.
[7] H. Lissek, R. Boulandet and R. Fleury, "Electroacoustic absorbers: bridging the gap between shunt loudspeakers and active sound absorption", Journal of the Acoustical Society of America, 129(5), May 2011
Résumé de l'invention
Selon un premier aspect l'invention propose un procédé de synthèse d'impédance électrique pour l'utilisation dans un dispositif électroacoustique avec des capacités de réduction du bruit large bande comprenant : a. une étape de définition du cahier des charges acoustiques sur la base d'une impédance acoustique spécifique complexe, variant avec la fréquence, et répondant à des exigences en termes de réduction du bruit ; b. une étape d'analyse consistant à la détermination des paramètres électromécano-acoustique d'un ou de plusieurs transducteurs électroacoustiques dans leur environnement acoustique ; et
c. une étape de synthèse qui identifie et implémente la ou les impédances électriques de charge à appliquer aux bornes du ou des transducteurs électroacoustiques pour réaliser les performances acoustiques souhaitées.
Selon un deuxième aspect l'invention propose un dispositif électroacoustique avec des capacités de réduction du bruit large bande comprenant : d. un transducteur électroacoustique comportant au moins une face active exposée à un champ de pression exogène et des bornes électriques ;
e. un baffle acoustique permettant de séparer le rayonnement avant et arrière du transducteur électroacoustique, de volume quelconque ; f. une impédance électrique de charge variable connectée aux bornes électriques du transducteur électroacoustique, et réalisée selon l'une des manières suivantes:
i. au moyen d'un filtre implémenté dans un processeur numérique, d'un convertisseur analogique-numérique, d'un convertisseur numérique- analogique, et d'un convertisseur tension-courant ;
ii. au moyen d'un arrangement de dipôles électriques et/ou d'un convertisseur d'impédance négative;
iii. au moyen d'une combinaison du filtre implémenté dans le processeur numérique, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif électroacoustique comprend en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant arrangés en un réseau de plusieurs transducteurs électroacoustiques en série, dans le baffle acoustique, connecté à l'impédance électrique de charge variable.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif électroacoustique comprend en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant individuellement connectés à leur propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, et du convertisseur tension-courant, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif électroacoustique comprend en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant répartis en réseaux de un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques reliés en série, et chaque réseau est connecté à sa propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison indépendante du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, et du convertisseur tension-courant, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif électroacoustique comprend en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant individuellement connectés à leur propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant, et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif électroacoustique comprend en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant répartis en réseaux de un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques reliés en série, et chaque réseau est connecté à sa propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant, et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Dans encore un mode de réalisation préféré, les faces avant du dispositif électroacoustique rayonnent dans un volume distinct de celui où rayonnent les faces arrière. Dans encore un mode de réalisation préféré, les faces avant du dispositif électroacoustique rayonnement dans un même volume et les faces arrière rayonnent dans plusieurs volumes distincts.
Brève description des figures
L'objet de l'invention sera mieux compris grâce à la description détaillée qui suit en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs.
La figure 1 illustre les structures des 8 premiers modes (ventres et nœuds de pression) d'une salle parallélépipédique de dimensions (5m x 4m x 3m).
La figure 2 illustre les sonagrammes (représentations temps - fréquence - niveau sonore) mesurés simultanément à l'extérieur (figure de gauche) et à l'intérieur d'un bureau (figure de droite) à proximité de l'aéroport de Genève-Cointrin, au passage d'un avion de ligne. La figure 3 illustre l'indice d'affaiblissement acoustique R (en dB) caractéristique pour une cloison idéalement rigide.
La figure 4 illustre schématiquement un système transducteur électroacoustique monté en enceinte close et con necté à une impédance électrique de charge. La figure 5 montre une représentation circuit d'un haut-parleur électrodynamique connecté à une impédance électrique de charge.
La figure 6 décrit la représentation par schéma-blocs du haut-parleur électrodynamique régulé en courant grâce à une impédance électrique de charge à ses bornes.
La figure 7 décrit le synoptique de la méthodologie de synthèse d'impédance à partir du modèle du haut-parleur électrodynamique.
Les figures 8 à 10 sont différentes réalisations de l'objet de l'invention com prenant un transducteur électroacoustique connecté à une impédance électrique de charge, réalisée à partir d'un circuit analogique/numérique ou tout analogique, le tout placé dans une enceinte acoustique. Les figures 11 à 13 sont différentes réalisations de l'objet de l'invention représentant des mises en réseaux de transducteurs électroacoustiques connectés à des circuits réalisant des impédances électriques de charge, et placés dans une même enceinte acoustique.
La figure 14 est un schéma de l'objet de l'invention comprenant un transducteu r électroacoustique connecté à une impédance électrique de charge, et placé dans une enceinte acoustique où la face avant du transducteur rayonne à l'intérieur de l'enceinte.
La figure 15 est un schéma de l'objet de l'invention comprenant un transducteu r électroacoustique connecté à une impédance électrique de charge, la membrane du transducteur électroacoustique jouant le rôle de séparation entre deux enceintes adjacentes.
La figure 16 est un schéma de l'objet de l'invention comprenant plusieurs transducteurs électroacoustiques connectés à une impédance électrique de charge, et séparés par différents volumes. Résumé de l'objet de l'invention
Le dispositif se compose d'un ou plusieurs transducteur(s) électroacoustique(s) de type haut- parleur ou excitateur de vibration à inertie (1), monté(s) sur une enceinte ou un baffle acoustique (2), et couplé(s) à un système de régulation électrique (3) impliquant un circuit analogique d'adaptation d'impédance et/ou une plateforme numérique réalisant des fonctions similaires (cf. Fig. 4). L'ensemble agit comme un système de contrôle actif du bruit régulé sans capteur qui permet un contrôle en continu de grandeurs acoustiques telles que la pression p et la vitesse v au niveau de la membrane de chaque transducteur électroacoustique.
Selon un mode de réalisation préféré, l'objet de l'invention comprend les éléments suivants : un transducteur électroacoustique réversible (1) muni d'une membrane (typiquement un haut-parleur électrodynamique mais pas exclusivement) ou couplé à toute surface pouvant être mise en vibration (typiquement un excitateur électrodynamique à inertie) permettant de convertir l'énergie électrique en énergie acoustique/mécanique et réciproquement, et ayant ainsi la capacité de fonctionner en tant que capteur pour saisir directement l'information du champ sonore environnant et en tant qu'actionneur afin d'agir simultanément sur lui ;
une enceinte ou un baffle acoustique (2) permettant d'éviter que les ondes sonores émises (ou reçues) par l'arrière du transducteur électroacoustique viennent interférer, voire annuler, les ondes sonores émises (ou reçues) par l'avant du transducteur électroacoustique ; des circuits ou composants acoustiques additionnels tels que évents, résonateurs de Helmholtz, chicanes, changements de section, matériaux poreux (laine de verre, mousses polyuréthane, etc.) ou micro-perforés (MPP) peuvent également se combiner à l'enceinte ;
un système de régulation électrique (3) commandant le courant d'entrée du transducteur électroacoustique en fonction de la vitesse v de sa membrane. Le système peut s'implémenter via un circuit analogique, combiné éventuellement avec une plateforme numérique, capable de renvoyer au moteur électrodynamique un courant électrique ireg de contrôle après filtrage de la tension induite e aux bornes du transducteur. Description détaillée de l'objet de l'invention
Le dispositif susmentionné vise à transformer un transducteur électroacoustique en un résonateur électroacoustique polyvalent permettant d'absorber l'énergie sonore dans un espace ou bien de contenir cette énergie entre deux espaces adjacents sans utiliser de capteurs afin d'atteindre la réduction de bruit souhaitée. L'innovation technologique comprend notamment une modification de la dynamique interne du transducteur électroacoustique par l'intermédiaire d'une impédance électrique de charge ZL connectée à ses bornes, adaptée au transducteur électroacoustique utilisé ainsi qu'aux conditions de rayonnement acoustique et aux performances acoustiques souhaitées. Le rôle de cette impédance est d'ajuster les pertes, et de compenser les parties réactives du transducteur, en vue de lui permettre de présenter des performances répondant à des exigences acoustiques. L'impédance acoustique présentée par la membrane du transducteur électroacoustique au champ sonore environnant peut ainsi être rendu transparente, absorbante ou isolante aux ondes sonores incidentes, selon la fonction de transfert réalisée par l'impédance électrique de charge ZL . L'impédance électrique synthétisée constitue le lien fonctionnel entre la tension e induite par le transducteur électroacoustique soumis à un champ de pression exogène £ et le courant nécessaire pour absorber ou contenir l'énergie sonore incidente. L'objet de l'invention porte donc notamment sur un système électroacoustique régulé en boucle fermée dont la loi de commande s'appuie sur une connaissance préalable du modèle interne, c'est-à-dire des mécanismes de transduction et des mécanismes dissipatifs et réactifs inhérents au transducteur monté sur une enceinte ou un baffle.
Principe de fonctionnement
Faisant références aux figures 5 et 6, une partie mobile du haut-parleur (par exemple la membrane, le cache-poussière et la bobine) est mise en mouvement lorsqu'elle est soumise à un champ de pression acoustique exogène g^, oscille d'avant en arrière selon l'axe de symétrie du transducteur, et ramenée à une position d'équilibre sous l'action d'un spider et de suspensions périphériques. Le mouvement de la bobine, elle-même plongée dans un champ magnétique généré par un aimant permanent, crée une force électromotrice ε, traduite par une tension induite e aux bornes électriques du transducteur. Cette tension induite est à l'image de la perturbation acoustique à l'origine du mouvement de la partie mobile, mais dépend aussi de la dynamique interne du système haut-parleur et des conditions de rayonnement acoustique (enceinte, position dans une salle, etc.). Elle constitue l'entrée du régulateur dont le rôle est de renvoyer un courant électrique de compensation jeg calculé pour opposer une force mécanique
Figure imgf000020_0001
à la membrane adaptée à l'effet acoustique souhaité : absorption sonore dans un espace ou isolation phonique entre deux espaces adjacents.
Comme décrit par la figure 7, la conception du système de régulation électrique est un processus en deux étapes (cf. Fig. 6) : une première étape d'analyse permet d'identifier les caractéristiques internes du transducteur électroacoustique, décrivant notamment les processus mis en jeu dans la transduction mécano-électrique et les phénomènes dissipatifs et réactifs (mécaniques et électriques), et ainsi d'extraire les caractéristiques de la réponse dynamique du haut-parleur à tout type de sollicitations acoustiques. À partir des données techniques fournies par le constructeur, c'est-à-dire les paramètres Re ,Lz ,Bl, S,Mms ,Rms,Cms,Cm (communément désignés « paramètres en petits signaux », définissant respectivement la résistance électrique de et l'inductance propre de la bobine, le facteur de force, la surface de la membrane, la masse mobile, la résistance mécanique, la compliance mécanique, et compliance du volume d'air équivalent), et/ou à partir de la détermination expérimentale (via des mesures électriques et/ou acoustiques et/ou mécaniques) des paramètres en petits signaux du haut-parleur, fs ,S, Re,Vas ,Qes , Qms (définissant respectivement la fréquence de résonance, la surface de la membrane, la résistance de, le volume d'air équivalent, le facteur de qualité électrique, et le facteur de qualité mécanique), on forme les impédances électrique Ze = Re + jaLe où ω est la fréquence radiale, mécanique Zm = j Mms + + l/Cms qui permettent d'établir le modèle interne du haut-parleur. L'environnement acoustique dans lequel se trouve le haut-parleur (face avant et arrière) est pris en compte par l'impédance acoustique de rayonnement Z^ = Rar + c M^ .
La second étape est une étape de synthèse d'impédance électrique dans laquelle est identifiée la charge électrique qu'il faut connecter aux bornes électriques du transducteur électroacoustique, pour répondre à des exigences acoustiques données, c'est-à-dire faire en sorte que l'impédance acoustique spécifique (rapport p/v ) au niveau de la membrane soit proche d'une impédance acoustique spécifique cible P
Z =— = R + jX (où R est la partie réelle et X la partie imaginaire), . Cette v
impédance électrique cible s'exprime selon la formulation : ZS ZarS2 Zm
Cette charge électrique constitue ainsi la relation fonctionnelle, sous la forme d'une fonction de transfert modifiable, entre la tension induite e, image de la perturbation acoustique à traiter, et le courant électrique ireg renvoyé pour opposer la force mécanique nécessaire sur la membrane, afin que celle-ci absorbe ou bien bloque les ondes sonores incidentes.
La relation fonctionnelle à implémenter (fonction de transfert ZL ) dépend du modèle interne du haut-parleur dans son environnement au travers de Ze ,Zm, Zar , Bl, S , et du comportement acoustique souhaité au niveau de la membrane selon la spécification de Z . Une première implémentation de la fonction de transfert ZL consiste en la réalisation d'une admittance électrique égale à 1 / ZL . Cette admittance assurant la régulation électrique est exprimée sous forme d'un filtre numérique. La tension e mesurée aux bornes du transducteur est filtrée par cette fonction de transfert, puis est convertie en un courant ireg qui vient réguler la force mécanique appliquée au moteur électromécanique du haut-parleur 2. Selon la figure 8, la tension e est captée grâce à un convertisseur analogique/numérique (ADC) 61, puis est filtrée par un processeur numérique 60 (FPGA, DSP, microcontrôleur, etc.), et est renvoyée par un convertisseur numérique-analogique ( DAC) 62. La tension en sortie du convertisseur 62 est ensuite transformée en un courant ireg grâce à un convertisseur tension- courant 50. Un système 30 comprenant le convertisseur analogique/numérique 61, le processeur numérique 60, le convertissuer numérique-analogique 62 et le convertisseur tension-courant 50 est ainsi équivalent à une admittance électrique.
Le système de conversion tension-courant 50 inclut un amplificateur opérationnel qui a deux entrées : une entrée reliée à la masse à travers une résistance R; et une autre reliée à une tension du signal d'entrée vin à travers une résistance Rf . En sortie d'un amplificateur opérationnel 80, le courant de sortie ireg passant à travers une résistance Rs est régi par l'équation :
RF
î œg =— R] R—s v m- Il est à noter que cette partie amplification peut être conçue comme un amplificateur inverseur par une simple inversion des deux bornes d'entrée de l'amplificateur opérationnel 80. La fonction de transfert à implémenter sera dans ce cas-là égale à -1 / ZL .
Une autre possibilité revient à réaliser l'impédance électrique de charge ZL dans le domaine analogique à partir d'une impédance équivalente Z31 d'un circuit 31 (cf. Fig. 9).
Le circuit 31 est composé d'impédances électriques Zs (70) et Z (71), et d'un convertisseur d'impédance négative 51 dont l'impédance équivalente Z51 est définie en fonction d'une impédance Zn (72) :
Z - -—Z ^ Les impédances électriques Zs (70), Z (71) et Zn (72) sont réalisées à l'aide de dipôles passifs (résistances, inductances, condensateurs) connectés en série et/ou en parallèle.
L'impédance équivalente Z31 du circuit 31 dépend alors des impédances électriques Zs (70), et Zp (71) et Z„ (72) : z _ Zp(Z, - ZJ
"31 ¾ + ¾ - Zn II est à noter que les impédances électriques Zs (70), et Zp (71) peuvent être exclues si besoin.
Une troisième implémentation d'impédance électrique de charge ZL possible est une combinaison des deux circuits 30 et 31 (cf. Fig. 10). Une partie de la fonction de transfert ZL s'implémente dans le domaine analogique grâce à l'impédance équivalente Z31 du circuit 31, afin de réaliser par exemple, la partie négative de la fonction de transfert Z_L , c'est-à-dire l'impédance électrique bloquée Ze du transducteur.
Cette impédance équivalente Z31 est en série avec l'impédance électrique du transducteur électrodynamique 1. L'impédance électrique équivalente ZL 1 , égale à Zz + Z31 , est implémentée par le biais de l'admittance électrique ' = 1 / (ZL + Z31 ) avec le circuit 30. Descriptifs d'exemples de modes de réalisations
Le dispositif électroacoustique détaillé ci-dessus est utilisé dans le cadre de la maîtrise des champs sonores en répondant à deux objectifs : l'absorption acoustique et/ou l'isolation phonique. En mode absorption, l'objectif est de réduire le niveau et la gêne sonore à l'intérieur d'un espace dans lequel se trouve une source de bruit. La stratégie est alors de dissiper l'énergie acoustique aux frontières du domaine, c'est-à-dire sur les murs, plafond et parois où le son vient se réfléchir. En mode isolation, l'objectif est de contenir l'énergie sonore où se trouve la source de bruit et ainsi l'empêcher de passer dans un espace adjacent à protéger. La stratégie est alors de bloquer la membrane et renvoyer l'énergie sonore vers la source. L'objet de base de la présente invention est une solution modulaire et polyvalente très prometteuse pour une absorption/isolation efficace dans la gamme des basses fréquences (en particulier de 20 Hz à environ 400 Hz), où aucune autre solution efficace n'existe actuellement dans l'état de l'art. Selon le dimensionnement du transducteur, d'autres gammes de fréquences peuvent également être traitées. Les implémentations décrites précédemment par les circuits électriques 30, 31. 32 peuvent être déployées dans des arrangements en réseau avec plusieurs transducteurs électroacoustiques.
Une première implémentation arrangée en réseau 33 est telle que décrite sur la figure 11. Un processeur numérique 60 unique est requis pour permettre le contrôle de plusieurs voies. Une première voie comporte plusieurs transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. associés en série, dont la tension globale e (somme de toutes les tensions aux bornes des différents transducteurs électroacoustiques de la voie) est convertie via un ADC 61A avant d'être filtrée par la fonction de transfert = 1 / ZL via le processeur numérique 60, puis envoyée au convertisseur tension-courant 50A après conversion via un DAC 62A, afin de réguler les moteurs des transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. par un courant i . Une deuxième voie de contrôle inclut plusieurs transducteurs électroacoustiques 1C, 1D, etc. associés en série, dont la tension est traitée par un autre ADC 61B, filtrée par la fonction de transfert∑L = l / ZL du même processeur dynamique 60, un autre DAC 62B, un autre convertisseur tension-courant 50B, afin de réguler les moteurs des transducteurs électroacoustiques 1C, 1D, etc. par un courant 1 . D'autres éléments peuvent ainsi être reSb
connectés de la même façon pour un nombre défini de transducteurs électroacoustiques. Une deuxième im plémentation arrangée en réseau 34 est tel le que décrite sur la figure 12. Une première voie comporte plusieurs transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. associés en série, et connectés à un circuit analogique 31A afin d'implémenter l'impédance électrique de charge ZL . Une deuxième voie de contrôle inclut plusieurs transducteurs électroacoustiques 1C, 1D, etc associés en série, et connectés à un circuit analogique 31B afin d'implémenter l'impédance électrique de charge ZL . D'autres éléments peuvent ainsi être connectés de la même façon pour un nombre défini de transducteurs électroacoustiques.
Une troisième implémentation arrangée en réseau 34 est telle que décrite sur la figure 13. Un processeur numérique 60 unique est requis pour permettre le contrôle de plusieurs voies. Une première voie comporte plusieurs transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. associés en série, et connectés à un circuit analogique 31A afin de réaliser une impédance Z31fl . La tension globale ' est convertie via un ADC 61A avant d'être filtré par la fonction de transfert ∑ι ' = 1 / (ZL + Z3l ) via le processeur numérique 60, puis envoyé au convertisseur tension- courant 50A après conversion via un DAC 62A, afin de réguler les moteurs des transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. par un courant 1 . Une deuxième voie comporte plusieurs l eSa
transducteurs électroacoustiques 1C, 1D, etc. associés en série, et connectés à un circuit analogique 31B afin de réaliser une impédance Z3la . La tension globale ' est convertie via un ADC 61B avant d'être filtré par la fonction de transfert ' = 1 / (ZL + Z3l ) via le même processeur numérique 60, puis envoyé à un convertisseur tension-courant 50B après conversion via un DAC 62A, afin de réguler les moteurs des transducteurs électroacoustiques
1C, 1D, etc. par un courant lreg . D'autres éléments peuvent ainsi être connectés de la même façon pour un nombre défini de transducteurs électroacoustiques.
Tel que décrit par la figure 14, le dispositif est composé du transducteur électroacoustique 1, connecté à l'impédance électrique de charge 30, 31, 32 dont la face avant du transducteur électroacoustique rayonne à l'intérieur de l'enceinte acoustique 2. Ce dispositif permet ainsi d'absorber l'énergie acoustique présente dans l'enceinte 2, pouvant être une salle par exemple, et ainsi réduire le niveau de bruit dans l'enceinte 2. En mode isolation, le dispositif permet d'empêcher l'énergie acoustique exogène de pénétrer dans l'enceinte 2. Ce mode de réalisation fonctionne, par exemple, comme protection auditive adaptée à la physionomie humaine. Ce dispositif s'applique également à plusieurs transducteurs électroacoustiques, connectés à des impédances électriques 33, 34, 35, et dont les faces avants rayonnent à l'intérieur de l'enceinte acoustique 2.
Tel que décrit par la figure 15, le dispositif est composé du transducteur électroacoustique 1, connecté à l'impédance électrique de charge 30, 31, 32, où la membrane du transducteur électroacoustique joue le rôle de séparation entre deux enceintes adjacentes. Ce dispositif permet d'isoler acoustiquement un premier espace fermé 2A d'un deuxième espace fermé 2B, et réciproquement. Ce dispositif s'applique également à plusieurs transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. connectés à des impédances électriques 33, 34, 35, dont les membranes jouent le rôle de séparation entre un ou plusieurs enceintes adjacentes. Tel que décrit par la figure 16, le dispositif est composé de plusieurs transducteurs électroacoustiques 1A, 1B, etc. connectés en réseau à des impédances électriques de charge 33, 34, 35, où les transducteurs électroacoustiques sont montés dans des enceintes individuelles respectives 2A et 2B. Le dispositif est associé en réseau pour augmenter la surface d'absorption ou d'isolation.

Claims

ications
Un dispositif électroacoustique avec des capacités de réduction du bruit large bande comprenant :
a. un transducteur électroacoustique comportant au moins une face active exposée à un champ de pression exogène et des bornes électriques ;
b. un baffle acoustique permettant de séparer le rayonnement avant et arrière du transducteur électroacoustique, de volume quelconque ;
c. une impédance électrique de charge variable connectée aux bornes électriques du transducteur électroacoustique, et réalisée selon l'une des manières suivantes:
i. au moyen d'un filtre implémenté dans un processeur numérique, d'un convertisseur analogique-numérique, d'un convertisseur numérique- analogique, et d'un convertisseur tension-courant ;
ii. au moyen d'un arrangement de dipôles électriques et/ou d'un convertisseur d'impédance négative;
iii. au moyen d'une combinaison du filtre implémenté dans le processeur numérique, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative.
Le dispositif électroacoustique de la revendication 1 comprenant en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant arrangés en un réseau de plusieurs transducteurs électroacoustiques en série, dans le baffle acoustique, connecté à l'impédance électrique de charge variable.
Le dispositif électroacoustique de la revendication 1 comprenant en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant individuellement connectés à leur propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, et du convertisseur tension-courant, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies. Le dispositif électroacoustique de la revendication 1 comprenant en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant répartis en réseaux de un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques reliés en série, et chaque réseau est connecté à sa propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison indépendante du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, et du convertisseur tension-courant, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Le dispositif électroacoustique de la revendication 1 comprenant en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant individuellement connectés à leur propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant, et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Le dispositif électroacoustique de la revendication 1 comprenant en outre un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques additionnels dans le baffle acoustique, le transducteur électroacoustique et les transducteurs électroacoustiques additionnels étant répartis en réseaux de un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques reliés en série, et chaque réseau est connecté à sa propre impédance électrique de charge réalisée au moyen d'une combinaison individuelle du filtre, du convertisseur analogique-numérique, du convertisseur numérique-analogique, du convertisseur tension-courant, et de l'arrangement de dipôles électriques et/ou du convertisseur d'impédance négative, les filtres étant implémentés dans le même processeur numérique multivoies.
Le dispositif électroacoustique selon les revendications 1 à 6 dont les faces avant rayonnent dans un volume distinct de celui où rayonnent les faces arrière.
Le dispositif électroacoustique selon les revendications 1 à 6 dont les faces avant rayonnement dans un même volume et les faces arrière rayonnent dans plusieurs volumes distincts.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016083970A1 (fr) * 2014-11-28 2016-06-02 Goldmund International Sam Absorbeur-diffuseur électroacoustique polyvalent
WO2019007700A1 (fr) 2017-07-07 2019-01-10 Tenneco Gmbh Système de réduction de bruit
DE102017115271A1 (de) 2017-07-07 2019-01-10 Tenneco Gmbh Rauschunterdrückungssystem
US20200413188A1 (en) * 2016-12-05 2020-12-31 Semiconductor Components Industries, Llc Reducing or eliminating transducer reverberation
WO2021122394A1 (fr) 2019-12-16 2021-06-24 Centre National De La Recherche Scientifique Procede et dispositif de controle de la propagation des ondes acoustiques sur une paroi
CN113783985A (zh) * 2021-10-25 2021-12-10 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备及其壳体

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4899387A (en) 1988-12-02 1990-02-06 Threshold Corporation Active low frequency acoustic resonance suppressor
WO1999059377A1 (fr) 1998-05-12 1999-11-18 Centre Scientifique Et Technique Du Batiment (Cstb) Dispositif de controle actif d'impedance acoustique
WO2001089005A1 (fr) 2000-05-17 2001-11-22 The University Of Newcastle Research Associates Limited Dispositif de synthese de l'impedance, appareil amortisseur de vibrations et procede de derivation d'un algorithme de traitement de signaux numeriques
US20060093156A1 (en) * 2004-11-04 2006-05-04 Stefano Caniggia Sound diffuser, in particular for high fidelity sound reproduction systems
US7190796B1 (en) 2000-11-06 2007-03-13 Design, Imaging & Control, Inc. Active feedback-controlled bass coloration abatement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4899387A (en) 1988-12-02 1990-02-06 Threshold Corporation Active low frequency acoustic resonance suppressor
WO1999059377A1 (fr) 1998-05-12 1999-11-18 Centre Scientifique Et Technique Du Batiment (Cstb) Dispositif de controle actif d'impedance acoustique
WO2001089005A1 (fr) 2000-05-17 2001-11-22 The University Of Newcastle Research Associates Limited Dispositif de synthese de l'impedance, appareil amortisseur de vibrations et procede de derivation d'un algorithme de traitement de signaux numeriques
US7190796B1 (en) 2000-11-06 2007-03-13 Design, Imaging & Control, Inc. Active feedback-controlled bass coloration abatement
US20060093156A1 (en) * 2004-11-04 2006-05-04 Stefano Caniggia Sound diffuser, in particular for high fidelity sound reproduction systems

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. FLEMING; D. NIEDERBERGER; S.O.R. MOHEIMANI: "Control of resonant acoustic fields by electrical shunting of a loudspeaker", IEEE TRANS. ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, vol. 15, no. 4, July 2007 (2007-07-01)
H. LISSEK; R. BOULANDET; R. FLEURY: "Electroacoustic absorbers: bridging the gap between shunt loudspeakers and active sound absorption", JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, vol. 129, no. 5, May 2011 (2011-05-01)
ROMAIN BOULANDET: "Tunable Electroacoustic Resonators through Active Impedance Control of Loudspeakers", THÈSE N° 5331, 25 May 2012 (2012-05-25), École Polytechnique Fédérale de Lausanne, XP055099713, Retrieved from the Internet <URL:http://dx.doi.org/10.5075/epfl-thesis-5331> [retrieved on 20140131], DOI: 10.5075/epfl-thesis-5331 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016083970A1 (fr) * 2014-11-28 2016-06-02 Goldmund International Sam Absorbeur-diffuseur électroacoustique polyvalent
US20200413188A1 (en) * 2016-12-05 2020-12-31 Semiconductor Components Industries, Llc Reducing or eliminating transducer reverberation
WO2019007700A1 (fr) 2017-07-07 2019-01-10 Tenneco Gmbh Système de réduction de bruit
DE102017115271A1 (de) 2017-07-07 2019-01-10 Tenneco Gmbh Rauschunterdrückungssystem
DE102017115271B4 (de) 2017-07-07 2019-04-18 Tenneco Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystems
WO2021122394A1 (fr) 2019-12-16 2021-06-24 Centre National De La Recherche Scientifique Procede et dispositif de controle de la propagation des ondes acoustiques sur une paroi
CN113783985A (zh) * 2021-10-25 2021-12-10 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备及其壳体

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