EP3725090B1

EP3725090B1 - Enceinte acoustique de type bass-reflex

Info

Publication number: EP3725090B1
Application number: EP18814633.6A
Authority: EP
Inventors: Gilles Bourgoin
Original assignee: Sagemcom Broadband SAS
Current assignee: Sagemcom Broadband SAS
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2025-11-26
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: BR112020011557A2; FR3075546B1; US20200322715A1; US11665468B2; WO2019121213A1; EP3725090A1; CN111492665A; FR3075546A1

Description

L'invention concerne le domaine des enceintes acoustiques de type bass-reflex.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

De nombreux équipements électriques modernes intègrent une enceinte acoustique destinée à restituer un signal audio. Parmi ces équipements électriques, on trouve notamment des passerelles résidentielles, des boîtiers décodeurs, des télévisions, des assistants vocaux, etc.
Une enceinte acoustique équipant ce type d'équipement électrique comporte classiquement un caisson et un haut-parleur fixé au caisson. Le haut-parleur restitue le signal audio en générant vers l'extérieur du caisson des ondes sonores. Les ondes sonores sont produites par le haut-parleur à partir d'un courant électrique fourni à une bobine du haut-parleur par un amplificateur audio.
Les performances de l'enceinte acoustique dans les basses fréquences peuvent être améliorées par l'ajout dans le caisson d'un évent. On parle alors d'une enceinte de type « bass-reflex ». L'air qui circule dans l'évent entre le volume intérieur du caisson (à l'arrière du haut-parleur) et l'espace extérieur (à l'avant du haut-parleur) forme un système mécanique qui résonne à une fréquence spécifique.
On cherche bien sûr à réduire le coût et l'encombrement de ces équipements électriques.
Le document EP 1 581 025 A2 décrit un équipement électronique intégrant un haut-parleur.

OBJET DE L'INVENTION

L'invention a pour objet de réduire le coût et l'encombrement d'un équipement électrique tel que celui qui vient d'être décrit.

RESUME DE L'INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, on propose une enceinte acoustique de type bass-reflex selon 1a revendication 1.
Le dissipateur thermique interne est positionné à l'intérieur du caisson. On limite donc l'encombrement total requis par la fonction de refroidissement du composant électrique et par la fonction de restitution sonore. On réduit ainsi l'encombrement d'un équipement électrique intégrant l'enceinte acoustique selon l'invention.
Comme un flux d'air circule naturellement dans le caisson grâce au premier évent et au deuxième évent, il n'est pas nécessaire d'utiliser un ventilateur pour améliorer le refroidissement. On réduit ainsi le coût d'un équipement électrique intégrant l'enceinte acoustique selon l'invention.
On propose de plus un dispositif acoustique comprenant une enceinte acoustique telle que celle qui vient d'être décrite, et une carte électrique sur laquelle est monté le composant électrique.
On propose en outre un équipement électrique comprenant un dispositif acoustique tel que celui qui vient d'être décrit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers, non limitatifs de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :

la figure 1 représente une enceinte acoustique;
la figure 2 représente une enceinte acoustique;
la figure 3 représente une enceinte acoustique
la figure 4 représente une enceinte acoustique;
la figure 5 représente une enceinte acoustique;
la figure 6 représente une enceinte acoustique;
la figure 7 représente une enceinte acoustique selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 8 représente un dissipateur thermique interne de l'enceinte acoustique selon ce mode de réalisation de l'invention ;
la figure 9 représente une enceinte acoustique

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence à la figure 1, une passerelle résidentielle 1 comporte une carte électrique 2 comprenant une pluralité de composants électriques 3 appartenant à un amplificateur audio (c'est à dire que les composants électriques 3 contribuent à mettre en œuvre une fonction d'amplificateur audio). L'amplificateur audio produit un courant électrique utilisé pour reproduire un signal audio.
Le composant électrique 4 est, parmi les composants électriques 3, le composant électrique qui génère le plus de chaleur.
La passerelle résidentielle 1 comporte de plus une enceinte acoustique selon un premier mode de réalisation de l'invention 5.
L'enceinte acoustique 5 comporte un caisson 6 définissant une cavité interne de volume défini, et un haut-parleur 7. Le haut-parleur 7 est situé sur une première face 8 du caisson 6, qui est ici une face avant du caisson 6.
Le haut-parleur 7 comporte une bobine. Le courant électrique produit par l'amplificateur audio circule dans la bobine du haut-parleur 7 pour que le haut-parleur 7 génère des ondes sonores et restitue ainsi le signal audio.
L'enceinte acoustique 5 comporte de plus un premier évent 10 et un deuxième évent 11.
Le premier évent 10 est situé à proximité d'une première extrémité de la première face 8. La première extrémité est une extrémité supérieure. Le deuxième évent 11 est situé à proximité d'une deuxième extrémité de la première face 8. La deuxième extrémité est une extrémité inférieure. Par « à proximité », on entend qu'une distance maximale entre un évent et une extrémité de la face est inférieure à un tiers de la longueur totale de la face.
Le premier évent 10 s'étend depuis la première face 8, horizontalement, à l'intérieur du caisson 6. Le deuxième évent 11 s'étend depuis la première face 8, horizontalement, à l'intérieur du caisson 6.
Bien sûr, les termes « supérieure », « inférieure », « horizontalement » et « verticalement » doivent être interprétés dans une configuration où l'enceinte acoustique 5 est positionnée dans une position nominale d'utilisation.
Le haut-parleur 7 est ici positionné entre le premier évent 10 et le deuxième évent 11.
Le premier évent 10 et le deuxième évent 11 sont positionnés et dimensionnées pour permettre une circulation naturelle de l'air dans l'enceinte acoustique 5, de sorte qu'un flux d'air F circule naturellement au travers du deuxième évent 11, dans le caisson 6, et au travers du premier évent 10. Le sens du flux d'air F peut bien sûr être différent de celui représenté sur la figure 1.
Le premier évent 10 et le deuxième évent 11 sont aussi positionnés et dimensionnés pour optimiser les performances acoustiques de l'enceinte acoustique 5, notamment dans les basses fréquences.
Le dimensionnement du premier évent 10 et du deuxième évent 11, tous deux de type « bass-reflex », est obtenu en utilisant, pour chaque évent, la définition d'un résonateur de Helmholtz.
On a ainsi, pour chaque évent : ${(λ / 2)}^{2} = (L + k . ϕ) . V / S,$ où λ est la longueur d'onde de la fréquence de résonance de l'évent, L est la longueur de l'évent, Ø est le diamètre de l'évent, V est le volume défini de la cavité interne du caisson 6, S est la section de l'évent. Le coefficient k est un coefficient représentatif de l'état de discontinuité des extrémités de l'évent. Le coefficient k tend vers 0,5 si les terminaisons de l'évent sont évasées. Le coefficient k tend vers 1 si les terminaisons de l'évent sont affleurantes.
On a aussi :
λ=c/F, où F est la longueur d'onde de la fréquence de résonance et c est la vitesse du son.
Par exemple, pour avoir un résonateur « bass-reflex » à 100 Hz dans une enceinte acoustique 5 présentant un volume défini de 3 litres, on peut dimensionner le premier évent 10 et le deuxième évent 11 de sorte qu'ils présentent chacun un diamètre de 4 cm et une longueur de 13 cm.
L'enceinte acoustique 5 comporte en outre un dissipateur thermique interne 12, en l'occurrence un dissipateur thermique à ailettes. Le dissipateur thermique interne 12 comporte une base 13 et une pluralité d'ailettes 14 s'étendant depuis la base 13 perpendiculairement à la base 13.
Lorsque le dissipateur thermique interne 12 est monté dans le caisson 6, le dissipateur thermique interne 12 s'étend à proximité d'une deuxième face 15 du caisson 6 située en regard de la première face 8. La deuxième face 15 est donc ici une face arrière du caisson 6.
La base 13 du dissipateur thermique interne 12 s'étend parallèlement et est fixée à une paroi interne de la deuxième face 15. Par « paroi », on entend ici un côté d'une face. Les ailettes 14 du dissipateur thermique interne 12 s'étendent alors vers l'intérieur du caisson 6.
La carte électrique 2 de la passerelle résidentielle 1 se trouve à l'extérieur du caisson 6 de l'enceinte acoustique 5. La carte électrique 2 est positionnée parallèlement à une paroi externe de la deuxième face 15 du caisson 6 de l'enceinte acoustique 5.
La base 13 du dissipateur thermique interne 12 est couplée thermiquement au composant électrique 4 de la carte électrique 2.
Pour réaliser le couplage thermique, le dissipateur thermique interne 12 comprend un pion métallique 17 qui s'étend depuis la base 13 du dissipateur thermique interne 12 du côté opposé aux ailettes 14. Lorsque le dissipateur thermique interne 12 est monté dans le caisson 6, le pion métallique 17 s'étend au travers de la deuxième face 15 du caisson 6. Lorsque l'enceinte acoustique 5 et la carte électrique 2 sont intégrées dans la passerelle résidentielle 1, le composant électrique 4 est en contact avec le pion métallique 17. Le couplage thermique est donc ici un contact direct.
Ainsi, la chaleur produite par le composant électrique 4 est dissipée par le dissipateur thermique interne 12 à l'intérieur du caisson 6. Le flux d'air F, qui circule aussi le long du dissipateur thermique interne 12 et sur les ailettes 14 du dissipateur thermique interne 12, évacue vers l'extérieur du caisson 6 la chaleur produite par le composant électrique 4.
En référence à la figure 2, une enceinte acoustique 105 comporte un ventilateur 120. Le ventilateur 120 est positionné à l'extérieur de l'enceinte acoustique 105, au niveau d'une entrée du deuxième évent 111. Le ventilateur 120 s'étend en face de l'entrée du deuxième évent 111. Par « entrée », on entend ici l'orifice d'un évent qui débouche à l'extérieur du caisson 106, et par « sortie », on entend ici l'orifice d'un évent qui débouche à l'intérieur du caisson 106.
Le ventilateur 120 est un ventilateur axial à hélice. La pression statique du ventilateur 120 est relativement réduite, et est par exemple inférieure à 20Pa ou 30Pa. Le ventilateur peut ainsi être monté directement à l'entrée du deuxième évent 111, et pourrait aussi être monté à une sortie du deuxième évent 111, ou bien à l'intérieur du deuxième évent 111.
Il est possible de choisir un autre type de ventilateur, et notamment un ventilateur à turbine ayant une pression statique supérieure, par exemple de l'ordre de 100Pa ou de 150Pa. Dans ce cas, le ventilateur 120 devra être éloigné du deuxième évent 111 de quelques millimètres, par exemple de 5 à 10mm, pour ne pas perturber les performances du deuxième évent 111 tout en assurant sa fonction de brassage d'air.
Le choix du ventilateur 120 est basé sur des critères acoustiques. Le ventilateur 120 est silencieux et équilibré. Le ventilateur 120 ne génère pas de vibrations au niveau de la structure de l'enceinte acoustique 105, et ne perturbe pas la fonction première de l'enceinte acoustique 105, qui est de restituer un signal audio.
Le ventilateur 120 est monté via un dispositif d'amortissement intégré au ventilateur 120 et situé entre le corps du ventilateur 120 et le caisson 106. Ce montage souple permet de limiter les transmissions des vibrations résiduelles produites par le ventilateur 120. Le ventilateur 120 pourrait aussi être monté rigide en prenant certaines précautions pour éviter la transmission de vibrations.
Le dimensionnement du deuxième évent 111 doit bien sûr être compatible avec les dimensions du ventilateur 120. Le diamètre du ventilateur 120 est ici supérieur à celui du deuxième évent 111.
Le ventilateur 120 permet d'améliorer les performances thermiques de l'enceinte acoustique 105. Le ventilateur 120 force la circulation d'air au travers du deuxième évent 111, dans le caisson 106 et au travers du premier évent 110, ainsi que le long du dissipateur thermique interne 112. Le flux d'air F est donc plus important et la chaleur produite par le composant électrique 104 est évacuée vers l'extérieur du caisson 106 de l'enceinte acoustique 105 de manière plus efficace.
On note que la faible surpression générée par cette ventilation peut être assimilée à une charge continue négligeable pour le haut-parleur 107 et pour le premier évent 110 et le deuxième évent 111. Le fonctionnement du haut-parleur 107, du premier évent 110 et du deuxième évent 111 n'est pas remis en cause par cette charge continue.
On note que le ventilateur 120 pourrait aussi être monté à l'entrée, à la sortie ou à l'intérieur du premier évent 110.
En référence à la figure 3, une enceinte acoustique 205 comporte un ventilateur 220. Le ventilateur 220 est positionné à l'intérieur de l'enceinte acoustique 205, au niveau d'une sortie du deuxième évent 211. Le diamètre du ventilateur 220 est proche de celui du deuxième évent 211 (mais il pourrait être supérieur ou inférieur).
En référence à la figure 4, une enceinte acoustique 305 comporte un premier ventilateur 320 et un deuxième ventilateur 321. Le premier ventilateur 320 est positionné à l'intérieur de l'enceinte acoustique 305, au niveau d'une sortie du premier évent 310. Le deuxième ventilateur 321 est positionné à l'intérieur de l'enceinte acoustique 305, au niveau d'une sortie du deuxième évent 311.
En référence à la figure 5, on remarque qu'il est possible de positionner la carte électrique 402 à l'intérieur du caisson 406 d'une enceinte acoustique selon un cinquième mode de réalisation de l'invention 405.
La carte électrique 402 s'étend parallèlement et est fixée à la paroi interne de la deuxième face 415 (face arrière). La base 413 du dissipateur thermique interne 412 s'étend parallèlement à la paroi interne de la deuxième face 415. La carte électrique 402 est positionnée entre la base 413 du dissipateur thermique interne 412 et la paroi interne de la deuxième face 415. Le pion métallique 417 est en contact avec le composant électrique 404.
Cette configuration améliore encore l'intégration de l'enceinte acoustique 405 comprenant le dissipateur thermique interne 412 et de la carte électrique 402, et réduit le volume total nécessité par l'enceinte acoustique 405 comprenant le dissipateur thermique interne 412 et par la carte électrique 402.
Bien sûr, il serait possible d'ajouter à l'enceinte acoustique 405 un ou plusieurs ventilateurs positionnés comme cela a été décrit plus tôt.
En référence à la figure 6, le dissipateur thermique interne 512 d'une enceinte acoustique 505 est intégré à la structure de l'enceinte acoustique 505.
Une surface plane du dissipateur thermique interne 512 forme au moins une portion d'une paroi externe d'une face du caisson 506. Ici, en l'occurrence, cette surface plane est une surface de la base 513 du dissipateur thermique interne 512. La base 513 forme la totalité de la deuxième face 515 (face arrière) du caisson 506 de l'enceinte acoustique 505.
La carte électrique 502 s'étend alors à l'extérieur du caisson 506 de l'enceinte acoustique 505, parallèlement à la deuxième face 515 du caisson 506. Le pion métallique 517 du dissipateur thermique interne 512 est en contact avec le composant électrique 504.
La base 513 du dissipateur thermique interne 512 et la face arrière du caisson 506 sont donc confondues. On réduit donc la masse et le coût global de l'enceinte acoustique 505, qui remplit la fonction de restitution du signal audio et de dissipation thermique, et donc la masse et le coût de la passerelle résidentielle dans laquelle l'enceinte acoustique 505 est intégrée.
En référence aux figures 7 et 8, le dissipateur thermique interne 612 est à nouveau intégré à la structure de l'enceinte acoustique selon un mode de réalisation de l'invention 605. La base 613 du dissipateur thermique interne 612 forme à nouveau la totalité de la deuxième face 615 (face arrière) du caisson 606 de l'enceinte acoustique 605.
Le premier évent 610 et le deuxième évent 611 sont intégrés au dissipateur thermique interne 612. Le premier évent 610 et le deuxième évent 611 s'étendent donc à l'intérieur du caisson 606 depuis la deuxième face 615 du caisson 606.
Le premier évent 610 et le deuxième évent 611 sont chacun constitués par un cylindre qui s'étend au moins partiellement dans le dissipateur thermique interne 612. Le cylindre formant le premier évent 610 s'étend entre les deux ailettes 614a, 614b. Le cylindre formant le deuxième évent 611 s'étend entre les deux ailettes 614c, 614d. Un axe de chaque cylindre est perpendiculaire à la base 613 du dissipateur thermique interne 612 et parallèle aux plans dans lesquels s'étendent les ailettes 614. On remarque que les cylindres s'étendent entre deux paires d'ailettes différentes, ce qui est une possibilité mais non une obligation. Il serait ainsi par exemple envisageable que l'axe d'un évent corresponde à celui d'une ailette.
Le premier évent 610, le deuxième évent 611 et le dissipateur thermique interne 612 forment ici une pièce unique. La pièce unique peut par exemple être fabriquée entièrement ou partiellement en métal ou en plastique thermique, par exemple en polyamide.
En référence à la figure 9, un boîtier d'une passerelle résidentielle 701 comporte une enceinte acoustique 705. L'enceinte acoustique 705 comporte un dissipateur thermique interne 712. La passerelle résidentielle 701 comporte de plus un dissipateur thermique externe 722 positionné à l'extérieur de l'enceinte acoustique 705.
Le dissipateur thermique interne 712 et le dissipateur thermique externe 722 sont tous deux des dissipateurs thermiques à ailettes, semblables à ceux déjà décrits.
Le dissipateur thermique interne 712 est positionné à l'intérieur du caisson 706. La base 713 du dissipateur thermique interne 712 est montée contre la paroi interne de la deuxième face 715 du caisson 706. La carte électrique 702 s'étend parallèlement à la paroi externe de la deuxième face 715 (face arrière) du caisson 706, à l'extérieur du caisson 706.
Le dissipateur thermique externe 722 est positionné à l'extérieur du caisson 706. Une base 723 du dissipateur thermique externe 722 s'étend parallèlement à la paroi externe de la deuxième face 715 du caisson 706. Les ailettes 724 du dissipateur thermique externe 722 s'étendent depuis la base 723, perpendiculairement à la base 723, vers une face 725 du boîtier de la passerelle résidentielle 701 située à l'opposé de la première face 708 (face avant) de l'enceinte acoustique 705 (et de la passerelle résidentielle 701).
Le dissipateur thermique externe 722 est lui-aussi couplé thermiquement avec le composant électrique 704. Le dissipateur thermique externe 722 comporte à cet effet un pion métallique 727 qui vient en contact avec le composant électrique 704. Le pion métallique 717 du dissipateur thermique interne 712, quant à lui, vient en contact avec une surface du circuit imprimé de la carte électrique 702 s'étendant sous le composant électrique 704.
On remarque que le premier évent 710 est à nouveau situé à proximité de la première extrémité de la première face 708, et que le deuxième évent 711 est à nouveau situé à proximité de la deuxième extrémité de la première face 708.
Cette fois, cependant, le premier évent 710 s'étend verticalement à l'intérieur du caisson, depuis une troisième face 730. La troisième face est une face supérieure du caisson 706.
De même, le deuxième évent 711 s'étend verticalement à l'intérieur du caisson, depuis une quatrième face 731. La quatrième face est une face inférieure du caisson 706.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
On a décrit ici que le couplage thermique entre chaque dissipateur thermique et un composant électrique est un contact direct via un pion métallique. Le couplage thermique pourrait être un couplage indirect, par exemple un couplage via un composant thermiquement conducteur, éventuellement élastique.
Bien que l'on ait décrit ici que le premier évent et le deuxième évent s'étendent à l'intérieur du caisson, l'un ou les deux évents pourraient parfaitement s'étendre à l'extérieur du caisson, ou bien partiellement à l'intérieur et partiellement à l'extérieur du caisson.
Il est aussi possible que seul l'un des deux évents s'étende horizontalement, et que seul l'un des deux évents s'étende verticalement.
On a indiqué que le dissipateur thermique interne et le dissipateur thermique externe sont agencés pour refroidir le même composant électrique. Bien sûr, le dissipateur thermique interne peut parfaitement refroidir un premier composant électrique et le dissipateur thermique externe un deuxième composant électrique. Le deuxième composant électrique peut par exemple être situé sur la même carte électrique mais sur une autre face, ou bien sur une autre carte électrique.
Le dissipateur thermique interne (et/ou externe) peut bien sûr refroidir non pas un mais plusieurs composants électriques. Le ou les composants électriques couplés thermiquement avec le dissipateur thermique interne (et/ou externe) n'appartiennent pas forcément à un amplificateur audio : il peut s'agir de tout type de composant électrique s'échauffant en fonctionnement, par exemple un processeur, un transmetteur radio, etc.
Le premier évent peut être situé sur n'importe quelle face du caisson. De préférence, l'extrémité du premier évent est situé en partie haute pour évacuer l'air chaud. De même, le deuxième évent peut être situé sur n'importe quelle face du caisson. De préférence, l'extrémité du deuxième évent est situé en partie basse pour permettre l'entrée d'air frais.
On a indiqué que le premier évent est situé à proximité d'une première extrémité de la première face, que le deuxième évent est situé à proximité d'une deuxième extrémité de la première face, et que la première extrémité est une extrémité supérieure et la deuxième extrémité une extrémité inférieure. On pourrait imaginer une configuration différente. Ainsi, par exemple, si la première face comprenant le haut-parleur est une face supérieure, la première extrémité pourrait être une extrémité de gauche et la deuxième extrémité être une extrémité de droite de la première face.

Claims

Enceinte acoustique de type bass-reflex comportant un caisson (606) un haut-parleur et un premier évent (10 ; 110), un deuxième évent (11 ; 111) et un dissipateur thermique interne (612) situé à l'intérieur du caisson et destiné à être couplé thermiquement avec un premier composant électrique pour dissiper à l'intérieur du caisson une chaleur produite par le premier composant électrique, le premier évent, le deuxième évent et le dissipateur thermique interne étant positionnés de sorte qu'un flux d'air (F) circulant au travers du premier évent, du deuxième évent et dans le caisson évacue vers l'extérieur du caisson la chaleur produite par le premier composant électrique, caractérise en ce que une surface plane du dissipateur thermique interne (612) forme une portion d'une paroi externe d'une face du caisson, le premier évent et/ou le deuxième évent s'étendant au moins partiellement dans le dissipateur thermique interne.
Enceinte acoustique selon la revendication 1, dans laquelle le premier évent et/ou le deuxième évent s'étendent horizontalement à l'intérieur du caisson.
Enceinte acoustique selon la revendication 1, dans laquelle le premier évent (610), le deuxième évent (611) et le dissipateur thermique interne (612) forment une pièce unique.
Enceinte acoustique selon la revendication 1, dans laquelle le dissipateur thermique interne (612) est un dissipateur thermique à ailettes, et dans laquelle le premier évent et le deuxième évent s'étendent chacun entre deux ailettes (614) du dissipateur thermique interne.
Dispositif acoustique comprenant une enceinte acoustique selon l'une des revendications précédentes, et une carte électrique (2 ; 102) sur laquelle est monté le premier composant électrique.
Dispositif acoustique selon la revendication 5, dans lequel la carte électrique est située à l'intérieur du caisson.
Dispositif acoustique selon la revendication 5, dans lequel la carte électrique est située à l'extérieur du caisson.
Dispositif acoustique selon la revendication 5, dans lequel le premier composant électrique appartient à un amplificateur audio.
Dispositif acoustique selon la revendication 5, comprenant en outre un dissipateur thermique externe (722) positionné à l'extérieur de l'enceinte acoustique.
Dispositif acoustique selon la revendication 9, le dissipateur thermique externe étant couplé thermiquement avec un deuxième composant électrique.
Dispositif acoustique selon la revendication 10, le deuxième composant électrique et le premier composant électrique étant un même composant électrique.
Equipement électrique comprenant un dispositif acoustique selon l'une des revendications 5 à 11.
Equipement électrique selon la revendication 12, l'équipement électrique étant une passerelle résidentielle ou un boîtier décodeur ou une télévision ou un assistant vocal.