MODULE POUR LA REALISATION DE PANNEAUX EMETTEURS ET RECEPTEURS DE SONS, PANNEAU AINSI REALISE
La présente invention concerne la réalisation d'un module susceptible d'être associé à d'autres modules pour réaliser des panneaux émetteurs et/ou récepteurs de sons.
On sait que dans les bâtiments publics, les centres commerciaux, les galeries, il peut être utile, souhaitable voire nécessaire de diffuser soit une ambiance musicale, soit des messages, dans un but de bien-être, de suppression de stress ou tout simplement pour donner des informations.
Dans d'autres applications, sur les mêmes lieux éventuellement, il peut être utile de capter des ambiances, d'écouter des bruits, ceci à des périodes hors fréquentation, dans un but de surveillance contre les intrusions, vols, dégradations.
Dans ce cas, il serait de plus souhaitable de déterminer d'où provient la naissance des bruits relevés. La localisation est donc un critère important, ce qui peut se comprendre quand on connaît les dimensions de certains édifices. Une autre application où l'on peut envisager des besoins d'écoute et/ou de diffusion de messages, ce sont les structures médicales : maisons de retraite ou hôpitaux.
De façon utile aussi, les garderies, homes d'enfants, nurseries.
On peut trouver un intérêt également dans les cas particulier pour des maisons de grandes dimensions. En effet, dans ce cas, il peut être utile de diffuser l'ambiance de la chambre de bébé dans toutes les autres pièces.
Dans ce dernier cas, par exemple, il existe déjà des microphones aptes à être positionnés dans la chambre et captant les bruits, même les plus légers mais la transmission de ces bruits est effectuée vers un seul lieu de vie dans lequel généralement, il est disposé un haut-parleur. Ceci contraint la personne à rester à proximité de ce haut-parleur sauf à le déplacer, à en disposer plusieurs, ou à n'effectuer qu'une surveillance partielle. Par ailleurs, dans un lieu domestique ou à usage spécifique, on peut envisager la diffusion d'ambiance sonore pour l'amélioration du cadre de vie, y compris à des fins thérapeutiques. Il existe aussi un cas particulier, celui des bureaux dits ouverts, qui sont disposés sur un même plateau et dont les différentes zones sont délimitées par des cloisons basses.
Dans ce cas, le volume du plateau n'est pas divisé mais il peut être souhaitable de prévoir des zones distinctes alimentées différemment les unes des autres, en sons notamment des bruits masquants, en informations, en fonction des activités. C'est aussi le cas pour un plateau équipé d'un plafond suspendu continu et divisé en salles ou locaux par des cloisons démontables.
Comme de tels aménagements sont modulaires et ont pour vocation d'être modifiés en fonction des besoins et des évolutions, il faut aussi pouvoir adapter la zone de diffusion à la disposition nouvelle. Dans les installations connues à ce jour, il faut alors tirer des câbles, modifier les connexions, re-f ixer de nouveaux hauts-parleurs, sans compter les problèmes d'esthétique.
Un autre aspect intéressant des modules selon la présente invention est le positionnement vertical le long d'une cloison verticale ou l'intégration dans ladite cloison. En effet, ceci peut permettre de compléter aisément l'isolation et l'absorption acoustiques de la zone concernée avec la zone située derrière la cloison et autoriser la diffusion ou la capture de sons de cette zone concernée, sans subir les perturbations des bruits de la zone située derrière la cloison. Ceci
permet aussi l'agencement acoustique de grandes salles par le positionnement de ces modules comme des cloisons amovibles de faible hauteur. On peut citer des agencements de l'art antérieur, notamment celui connu à travers la demande international de brevet WO 89/03919 qui prévoit une zone de danse dont le plafond est équipé de hauts parleurs et une zone de restauration qui est distincte et non équipée pour différencier les applications. On constate là tous les inconvénients de l'art antérieur. Si des modifications de l'emplacement sont entreprises, il faut tout refaire, les hauts parleurs sont de type classique à cône, l'amortissement du bruit ambiant n'est pas prévu et le mode de fonctionnement en réception est inexistant.
La présente invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier non limitatif, assorti de variantes de réalisation. Cette description est établie en regard des dessins annexés sur lesquels les différentes figures montrent : - figure 1, une vue schématique, en coupe, d'un module selon la présente invention dans son premier mode de réalisation, - figure 2, une vue en coupe de ce premier mode de réalisation modifié, et - figure 3, une vue schématique, en coupe, d'un module selon la présente invention dans son second mode de réalisation, Sur la figure 1, on a représenté un caisson 10 qui est composé d'un bac 12 inférieur et d'un bac 14 supérieur. Le matériau dans lequel est constitué le bac 12 inférieur doit être du type mince et de forte raideur, de façon que la face de ce bac soit susceptible de constituer une membrane apte à vibrer. La nature du matériau importe mais la définition doit être donnée plutôt en terme de fonctionnalité pour ne pas être réductrice, la détermination restant à la portée de l'homme de l'art.
On peut citer comme exemple une plaque de métal, une feuille de matériau composite à base de résine polyester de faible épaisseur, autour d'un millimètre
pour donner un ordre de grandeur ou encore une feuille à base de fibres de renfort noyées dans une résine de synthèse.
Ce bac 12 inférieur peut prendre toute forme adaptée, rectangulaire, circulaire et présenter une surface courbe. Ce bac inférieur est perforé avec un taux de porosité inférieur à 25%, au-delà il est connu qu'il ne se produit plus aucune sélection, et le diamètre des perforations est également déterminé en fonction de l'application, en sorte de pouvoir filtrer les fréquences à traiter.
Le module 10 comprend au moins un élément 16 piézoélectrique prévu pour vibrer sous l'effet des signaux électriques. Un tel élément travaille de préférence dans la plage de 150 à 15 000 Hz.
Cet élément piézoélectrique est rapporté et maintenu en contact intime avec la face interne du bac inférieur, par exemple au moyen de colle ou d'adhésif en sorte de pouvoir transmettre les vibrations de cet élément piézoélectrique à cette face interne du bac 12 inférieur qui agit alors comme une membrane.
Superposé à cet élément piézoélectrique, en appui, il est prévu un résonateur 18 de Heltmoltz en matériau léger et raide.
La combinaison du résonateur avec la face du bac 12 inférieur agit aussi comme une membrane, travaillant en flexion. Un tel résonateur comprend au moins un cavité ou généralement plusieurs cavités formées en réseau, généralement de cellules 20 indépendantes, disposées en nid d'abeille par exemple, interposées entre un fond 22, perforé ou non perforé, orienté en vis-à-vis du bac supérieur et une face 24 active, éventuellement munie de perforations orientée vers le bac 12 inférieur. Dans le cas où la face active ne présente pas de perforations, le résonateur assure la fonction de résonateur pour les vibrations émises à partir de l'élément piézoélectrique mais ne procure aucune absorption des bruits reçus.
Dans le cas où la face active est perforée, l'air, au passage des perforations dont le diamètre là aussi est choisi, est rendu plus visqueux assurant une atténuation et les vibrations transportées sont piégées dans ces cellules, permettant une absorption des bruits reçus. Au-dessus de ce résonateur, de façon optionnelle, il est possible de disposer une couche 26 de matériau absorbant ou non, à la rigidité adaptée afin d'éliminer certaines vibrations parasites qui se propageraient vers le fond supérieur et d'accorder ainsi le système.
Un tel matériau peut être choisi parmi les laines minérales, les fibres synthétiques ou naturelles, les mousses synthétiques ou encore des combinaisons de ces matériaux.
Sur la figure 1, on a aussi représenté un volume 28 périphérique qui est disposé sensiblement, entre les deux bacs, dans le plan du résonateur et dont le rôle est d'absorber les bruits venus de l'extérieur et se propageant vers le module. Ce volume est de préférence comblé avec un matériau absorbant choisi parmi les laines minérales, les fibres ou les mousses synthétiques ou encore une combinaison de ceux-ci.
Sur la figure 2, le volume 28 périphérique est supprimé et le résonateur s'étend dans ce cas sur toute la surface du bac inférieur. Dans ces deux modes de réalisation, il est possible de réaliser des variantes.
Une première variante consiste à solidariser l'élément piézoélectrique 16 sur la face intérieure du bac 14 supérieur, cet élément venant en appui sur le résonateur 18, cette fois ci par sa face supérieure.
En variante, l'élément 16 piézoélectrique peut être lié intimement sur la face 24 inférieure du résonateur 18 venant alors en appui sur la face intérieure du bac 12 inférieur ou sur la face 22 supérieure du résonateur 18 venant alors en appui sur la face intérieure du bac supérieur 14.
Quel que soit le mode de réalisation retenu et la position de l'élément 16 piézoélectrique, décrit en regard des figures 1 et 2, le fonctionnement d'un tel module est triple.
Le premier mode de fonctionnement est le mode absorption acoustique. Ainsi, dans une pièce, si le plafond et/ou les surfaces murales sont recouverts de modules selon la présente invention, les matériaux absorbants et les cellules de
Heltmoltz permettent de piéger les bruits ambiants et de diminuer le niveau sonore.
Ce mode de fonctionnement est totalement passif et permanent. Le deuxième mode de fonctionnement est acoustiquement actif permettant de générer des émissions sonores. Dans ce cas, il faut prévoir d'alimenter l'élément piézoélectrique de chaque module avec un signal adapté issu d'un amplificateur.
Un ordre de grandeur de sortie d'un signal de lecteur de compact disque est de
100 mV que l'on peut augmenter jusqu'à près de 40 Vcc pour permettre une diffusion par le module.
Deux situations peuvent se présenter ; - soit les moyens électroniques sont embarqués dans le module et il faut prévoir une alimentation électrique accompagnant le signal afin d'alimenter un amplificateur intégré du type "opérationnel". Dans ce cas, la transmission du signal peut être obtenue par tout moyen. - soit les moyens électroniques sont indépendants et il faut prévoir une alimentation directement de l'élément piézoélectrique avec le signal et la tension nécessaire.
Deux modes de transport du signal peuvent se présenter : - soit analogique les moyens électroniques nécessaires ont été décrits ci- avant, - soit numérique et il est nécessaire d'adjoindre à chaque module un convertisseur D/A. Le moyen de transport peut être f flaire ou non f ilaire,
simplement par liaison radio ou à l'aide des protocoles connus sous les dénominations "WIFI" ou "Bluetooth" ou encore à partir d'un faisceau laser qui sert de porteuse. Ainsi, selon ce mode de fonctionnement d'émission acoustique, il est possible d'émettre des bruits de masquage, du bruit ambiant ou de créer une atmosphère musicale ou de diffuser des informations.
C'est la face avant du module ou l'ensemble face avant / résonateur ou encore le résonateur seul qui sert de membrane émettrice.
Le troisième mode de fonctionnement est celui de récepteur acoustique ent actif. En effet, les bruits ambiants mettent en vibration la chaîne dans le sens inverse. La face du bac inférieur et le résonateur sont mis en vibration par les bruits ambiants 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.
On note d'ores et déjà que le parement est en matériau mince mais avec une rigidité importante, en métal par exemple pour le mode de réalisation retenu mais il est possible de le recouvrir de tout revêtement acoustiquement adapté comme un tissu acoustiquement neutre, une peinture adaptée, une impression graphique ou encore une feuille de décoration, une très mince feuille de bois par exemple.
Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 3, le caisson 10-1 comprend un bac 12-1 inférieur ou parement, réalisé en un matériau dont les vibrations ne seront pas transmises au résonateur.
Ce bac 12-1 ou parement peut être en un matériau perforé, non susceptible de vibrer comme du bois, du métal ou une feuille épaisse de matériau composite.
Ce bac 12-1 ou parement peut aussi être réalisée en un matériau acoustiquement transparent comme une mince feuille de plastique, du tissu, du non tissé, montée sur une armature si nécessaire.
Dans le cas où la face de ce bac est perforée, le taux de perforation et le diamètre des trous sont adaptés à l 'application.
Le caisson comprend aussi un bac 14-1 supérieur qui porte un élément 16-1 piézoélectrique et en dessous de cet élément piézoélectrique, plaqué contre lui, on dispose un résonateur 18-1, sans contact avec la face inférieure 12-1 du bac ou parement inférieur. Le résonateur peut être en nid d'abeille comme précédemment, pourvu de perforations sur sa face de couverture pour absorber les bruits ou sans perforation.
Par ailleurs, un volume 28-1 périphérique réalisé en matériau absorbant ou résiliant permet comme précédemment d'absorber les bruits reçus et d'accorder l'ensemble du système. La différence entre les deux modes de réalisation consiste dans un cas à utiliser la face du bac inférieur associée au résonateur comme membrane et l'autre au contraire à s'en passer puisqu'elle ne peut pas jouer ce rôle et à l'affecter au seul résonateur.
L'élément 16-1 peut être indifféremment rapporté du côté du bac inférieur ou supérieur mais dans cette variante, les bacs agissent uniquement comme support mécanique sans entrer en vibrations ou insensibles auxdites vibrations.
Le fonctionnement reste inchangé avec les trois modes possibles : absorption passive, acoustiquement actif en émission et acoustiquement actif en réception.
A partir de tels modules, on peut alors concevoir des surfaces importantes recouvertes de modules, formant un seul et même panneau.
Dans ce cas, il faut prévoir des modules supportés par une structure mécanique reliée à l'ossature du bâtiment au même titre qu'une cloison ou qu'un faux
g plafond. Les modules peuvent aussi être intégrés dans les cloisons ou les dalles de faux plafond au moment de leur fabrication en usine.
Comme indiqué précédemment, l'alimentation électrique peut être prévue en intégration dans le panneau, sans tirer de ligne électrique spécifique, par exemple à partir d'accumulateurs.
Par contre, il faut prévoir la propagation d'un module à l'autre du signal à diffuser ou du signal capté.
Pour cela, il est possible de réaliser un réseau matriciel.
Ainsi, lorsque l'on souhaite alimenter un module, il est possible de choisir celui que l'on souhaite alimenter en l'identifiant.
Chaque module peut être indépendant mais il est aussi possible de définir un groupe d'au moins deux modules dans lequel les modules ont un même signal. Ce groupe comprend alors un module maître et des modules esclaves.
Dans le cas d'un signal numérisé, on peut recourir à un système de réseau asynchrone avec un protocole TCP IP. Chaque groupe peut ainsi être raccordé au réseau par voie f ilaire.
Dans le cas d'un signal transmis par un réseau non f ilaire, on peut recourir à un protocole Wif i (échanges éloignés) pour chaque groupe et un protocole Bluetooth entre la dalle maître et les dalles esclaves (échanges plus proches). On peut déterminer des zones limitées de diffusion avec un signal fort, axe de circulation par exemple et des zones de diffusion avec un signal faible, aire déportée de chalandise.
On constate que si l'agencement des zones varie, il n'est aucunement nécessaire de modifier les câblages ou autres branchements puisque le réseau matriciel autorise les modifications d'affectation de chaque module ou groupe de modules.
En cas de problème sur un module, il suffit de le changer.
En ce qui concerne la nature des matériaux constituant les différents éléments nécessaires à la réalisation de l'invention, notamment le résonateur, on peut recourir par exemple : - pour l'âme, à une structure cellulaire nid d'abeilles en papier imprégné de résine, en métal très mince ou en matière plastique, et - pour les faces de couverture, à des papiers imprégnés de résine, à des tissus imprégnés de résine, à des feuilles de métal, de stratifiés, de composite en tissé ou non tissé imprégné, les faces 22 et 24 pouvant être de nature différente. En lieu et place des perforations, il est aussi possible de mettre en oeuvre des faces de couverture en matériaux poreux qui conduisent à des résultats identiques.