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WO 2010/112747 PCT/FR2010/050572
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PANNEAU ACOUSTIQUE DESTINE A RECEVOIR, EMETTRE OU
ABSORBER DES SONS
La présente invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre, à
recevoir des sons ou à ou absorber des sons.
Généralement, on entend par panneau acoustique soit une enceinte acoustique
comprenant un haut parleur et qui fournit des sons à partir d'un signal
électrique,
soit un parement, tel qu'un parement mural, destiné à réduire de façon passive
les bruits environnants.
Une telle enceinte acoustique peut se présenter sous diverses formes et à
divers
prix, selon la qualité du son émis par le haut parleur. En particulier, pour
obtenir
une enceinte acoustique de haut de gamme, il a été développé des systèmes de
membranes vibratoires constituées de matériaux composites, qui présentent un
coût de réalisation élevé, à la fois du fait de leur agencement et de la
nature des
matériaux employés, et de leur technologie, telle que basée sur l'utilisation
d'enceintes électrostatiques.
D'un autre côté, un parement d'absorption des sons est généralement utilisé
dans
la réduction de bruits dans un bâtiment ou un véhicule.
Il est donc besoin d'un panneau acoustique permettant plusieurs modes de
fonctionnement, c'est-à-dire capable d'émettre, de recevoir des sons ou
d'absorber des sons.
C'est le but de la présente invention que de remédier aux inconvénients
précités
en proposant une architecture de panneau acoustique qui permette un
fonctionnement triade , soit absorbeur de sons, soit récepteur de sons,
soit
générateur de sons, et qui, dans ce mode d'émission de sons, constitue un haut
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parleur de grande qualité acoustique tout en étant de conception simple et
économique.
A cet effet, l'invention concerne un panneau acoustique, destiné à émettre,
recevoir, ou absorber des sons, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois
disposées en regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne, ledit
espace
interne comprenant au moins 50% d'air et étant muni d'au moins une cavité, au
moins un élément apte à se déformer, des moyens d'exercice d'un effort sur
ledit
au moins un élément de déformation, et des moyens de liaison dudit au moins un
élément à une face de l'une desdites parois, lesdits au moins un élément de
déformation, moyens de liaison et face délimitant une chambre.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores
caractérisé en ce qu'il intègre un panneau acoustique tel que décrit
précédemment et comprenant au moins un élément piézoélectrique, et en ce qu'il
comprend des moyens d'alimentation du au moins un élément piézoélectrique en
tension.
L'invention sera décrite maintenant plus en détail en référence aux figures
annexées données uniquement à titre d'exemple et dans lesquelles
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un panneau acoustique
conforme à l'invention,
- la figure 2 est une représentation du panneau acoustique selon
plusieurs variantes de forme, et
- la figure 3 est une représentation de l'évolution de la réponse en
fréquence du panneau acoustique (exprimé en dB) de la figure 1 en
mode haut-parleur, en fonction de la fréquence (exprimée en Hz).
Sur les figures, on a référencé en 10 un panneau acoustique, destiné à
émettre,
recevoir, ou absorber des sons, comprenant deux parois 12, 14, disposées en
regard l'une de l'autre et délimitant un espace interne 16. L'espace interne
16
comprend au moins 50% d'air et est muni d'au moins une cavité 18. Le panneau
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acoustique 10 comprend également au moins un élément 20 apte à se déformer,
des moyens 22 d'exercice d'un effort sur ledit élément de déformation et des
moyens de liaison 24 dudit élément à une face extérieure 26 de la paroi 12.
Une
chambre 28 est délimitée par le au moins un élément de déformation 20, les
moyens de liaison 24 et la face 26 de la paroi 12.
Selon un mode de réalisation, le au moins un élément de déformation 20 est une
membrane 30 d'un organe de transduction électromécanique. L'organe de
transduction électromécanique est de préférence un élément piézoélectrique,
mais tout convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique et
inversement est également adapté à la réalisation de la présente invention.
Cet
élément piézoélectrique est avantageusement adapté pour fonctionner dans une
plage de fréquences comprises entre 20Hz et 25000Hz.
Selon le mode de réalisation visible à la figure 1, les moyens de liaison 24
de la
membrane 30 à la face 26 se présentent de la forme d'un bord 34 périphérique
de la membrane 30 et solidarisé par exemple par collage à la face extérieure
26.
Selon un mode de réalisation, les moyens 22 exercent une force F de contre
réaction et sont disposés en contact de la membrane 30 d'un côté 31a
extérieur,
opposé à la chambre 28, ou au contraire d'un côté 31b intérieur, dans la
chambre 28.
Selon une variante non représentée, la chambre 28 peut être disposée dans
l'espace interne 16, et les moyens de liaison 24 relient la membrane 30 à la
face
interne 33 de la paroi 12. Les moyens 22, solidaires de la membrane 30, sont
également disposés dans l'espace interne 16.
Les moyens 22 peuvent se présenter sous diverses formes. Il peut s'agir, comme
représenté à la figure 1, d'au moins une masse 38, auquel cas la force F
exercée
est égale à my, où y est l'accélération de la masse. Ils peuvent aussi se
présenter comme un système de masse-ressort accordé pour les basses
fréquences et qui permet de réduire l'emballement de l'élément piézoélectrique
à
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une forte impulsion électrique. En effet, à basses fréquences, une grande
partie
de la paroi 12 rayonne l'énergie mécanique et est en vibration. La présence de
la
masse permet alors d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations du
panneau 10.
Selon une variante, la masse 38 est une bille métallique, rapportée sur le
centre
de la membrane 30 par l'intermédiaire d'une colle, préférentiellement de type
élastomère comme du néoprène ou du butyle. La présence de la colle entre la
masse 38 et la membrane 30 implique que la liaison entre la masse 38 et la
membrane 30 est élastique et amortie. L'appui entre la masse 38 et la
membrane 30 étant ponctuel et central, il permet une déformation contrôlée de
la membrane 30, ce qui contribue à une grande qualité sonore du panneau
acoustique.
Selon une autre variante, la membrane 30 porte deux masses 38 disposées de
sorte que les effets de déformation soient symétrisés, assurant une grande
qualité du son émis par le panneau acoustique.
Les moyens 22 peuvent également se présenter sous la forme d'un élément
viscoélastique ou d'un ressort suffisamment rigide lié à un élément plus
lourd.
Les parois 12 et 14 sont préférentiellement constituées à partir d'un matériau
léger et rigide, tel que du plastique, du polycarbonate, du carton ou encore
du
polystyrène expansé. L'intérêt de ces types de matériaux est qu'ils sont
économiques à utiliser en comparaison notamment des matériaux composites
employés généralement pour un haut parleur haut de gamme. Le panneau
acoustique 10 peut être monolithique et constitué par exemple d'une feuille de
carton ou d'une tranche de polystyrène expansé. Il est également possible que
les parois 12 et 14 forment deux couches d'un tricouche réalisé par les deux
parois 12, 14 et l'espace interne 16 rempli d'un matériau absorbant, tel que
de la
mousse.
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Le panneau acoustique peut être rempli au moins partiellement par un matériau
absorbant, tel que de la mousse, qui apporte alors à l'espace interne 20 une
multitude de cavités 18, tel que schématisées sur la figure 1. Le matériau de
remplissage est avantageusement léger et comprend des alvéoles, tel que le
5 carton alvéolaire.
Le panneau acoustique 10 peut prendre diverses formes représentées à la
figure 2. Il peut s'agir d'un panneau parallélépipédique, comme pour les
panneaux 10-1 et 10-2, ou courbé, comme pour les panneaux 10-3 et 10-4, ou
encore cylindrique, comme pour le panneau 10-5. Le panneau acoustique 10 peut
également être une sphère. Le panneau 10 peut comprendre un évidement, même
de dimension supérieure à 20% de la surface totale du panneau acoustique. Le
panneau acoustique peut être extrêmement plat, comme représenté en 10-1, ou
au contraire très épais, voir le panneau 10-5.
On note que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation de la figure
1, et,
en particulier, le nombre d'éléments piézoélectriques et de membranes 30,
ainsi
que leur répartition dans le panneau 10 dépendent de nombreux paramètres tels
que la nature, les dimensions et le nombre de feuilles de matériau, et de la
présence ou non de cavités.
En particulier lorsque le panneau 10 comprend plusieurs éléments
piézoélectriques, est privilégiée l'excitation d'un maximum de modes propres
de
la paroi vibratoire, au contraire de ce qui est connu dans l'état de la
technique de
la conception d'un haut parleur. Cette excitation de modes propres permet
d'obtenir des basses fréquences, réduit la possibilité d'interférences entre
ondes acoustiques qui détériorent la qualité sonore du panneau acoustique et
permet d'exciter d'autres modes propres qui ne seraient pas excités par un
seul
élément piézoélectrique.
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On note que les divers éléments piézoélectriques utilisés ne sont pas
nécessairement en phase. Par exemple, un effet de spatialisation peut être
obtenu à l'aide de deux piézoélectriques déphasés.
On note également que lorsque plusieurs éléments piézoélectriques sont montés
suivant un réseau déterminé, il est possible de focaliser les ondes
acoustiques
émises.
Le panneau acoustique 10 peut fonctionner selon trois modes différents, soit
en
émettant, soit en recevant des sons, soit en absorbant des sons.
Le premier mode de fonctionnement est le mode absorption acoustique selon
lequel le matériau absorbant du panneau acoustique permet de diminuer le
niveau
sonore. Ce mode de fonctionnement peut être totalement passif et permanent,
ou encore actif en émettant un son en opposition de phase avec celui lui
arrivant
dessus.
Le deuxième mode de fonctionnement est acoustiquement actif permettant de
générer des émissions sonores. Dans ce mode de fonctionnement, le panneau
acoustique est utilisé en tant que haut parleur : un signal sonore est généré
par
un ordinateur, une clé MP3, ou un baladeur par exemple, puis est
envoyé numériquement par réseau ou analogiquement à l'élément piézoélectrique
en ayant été au préalable amplifié. L'élément piézoélectrique convertit cette
énergie électrique en énergie mécanique, ce qui met la membrane 30 en
vibration,
et les vibrations sont transmises à la paroi 12 par l'air de la chambre 28
puis à
tout le panneau 10 par l'intermédiaire de la au moins une cavité interne 18
qui
entre en résonance, et par l'intermédiaire des moyens de liaison 24 qui
conduisent les vibrations de la membrane 30 vers la paroi 12. La présence de
la
masse 38 permet d'amplifier et d'accorder l'amplitude des vibrations. Des
ondes
acoustiques sont alors émises.
L'élément piézoélectrique est alimenté par une alimentation en tension, par
exemple à 20 V du fait de l'impédance élevée des piézoélectriques utilisés.
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Ainsi, selon ce mode de fonctionnement d'émission acoustique, il est possible
notamment possible d'émettre des bruits de masquage, des sons ambiants ou de
créer une atmosphère musicale ou de diffuser des informations.
Ce mode de fonctionnement correspond à celui d'un haut-parleur dont les
caractéristiques acoustiques sont particulièrement performantes, comme visible
à la figure 3. La courbe à la figure 3 est obtenue sans filtrage actif ou
passif. On
constate ainsi qu'en l'absence de tout filtrage la bande passante à -6dB
s'étend
sur une large bande de fréquence, de 100 Hz à 20000 Hz, garantissant une très
grande qualité sonore du panneau 10.
Le troisième mode de fonctionnement est celui de récepteur acoustiquement
actif. En effet, les bruits ambiants mettent le panneau 10 en vibration et il
est
possible de capter un signal par l'élément piézoélectrique. Ce signal est très
faible mais peut être à son tour amplifié par un amplificateur intégré ou
déporté.
Dans ce cas, il est possible d'assurer la surveillance d'un lieu inoccupé, la
détection d'intrusions dans des lieux fermés par exemple.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'ondes sonores
caractérisé en ce qu'il intègre au moins un panneau acoustique 10 muni d'au
moins
un élément piézoélectrique, et en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation
du
au moins un élément piézoélectrique en tension.
Le panneau acoustique selon la présente invention est de conception simple et
économique, notamment grâce à l'usage de carton ou de polystyrène expansé,
tout en présentant des propriétés acoustiques remarquables. De plus, il peut
être d'une épaisseur de seulement quelques millimètres, et de ce fait adapté à
de
nombreuses applications. Il peut par exemple être intégré à du mobilier,
notamment design, tel qu'une commode ou un abat-jour de lampe.
