EP4386741A1 - Dispositif électromécanique à fréquence de résonance variable et dispositif acoustique associé - Google Patents

Dispositif électromécanique à fréquence de résonance variable et dispositif acoustique associé Download PDF

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EP4386741A1
EP4386741A1 EP23215142.3A EP23215142A EP4386741A1 EP 4386741 A1 EP4386741 A1 EP 4386741A1 EP 23215142 A EP23215142 A EP 23215142A EP 4386741 A1 EP4386741 A1 EP 4386741A1
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EP
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loudspeaker
frequency
mobile
piezoelectric layer
electrical
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EP23215142.3A
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EP4386741B1 (fr
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Romain LIECHTI
Fabrice Casset
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
    • G10K9/125—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means with a plurality of active elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • the technical field of the invention is that of microsystems, in particular microsystems for acoustic applications.
  • the present invention relates to an electromechanical device and, in particular, to an electromechanical device whose resonance frequency can be modulated.
  • the present invention also relates to an acoustic device making use of an electromechanical device according to the invention.
  • a loudspeaker is used to transform an electrical signal into sound pressure.
  • speakers have been miniaturized for integration into computers, cell phones and wireless headphones.
  • the loudspeaker is an electro-mechano-acoustic transducer.
  • the operation of the loudspeaker involves the actuation of a membrane, coupled to the ambient air.
  • the electrical signal passes through a first electromechanical transducer which converts voltage into displacement.
  • a mechanical-acoustic transducer very often a membrane, then converts this displacement into acoustic pressure.
  • a good speaker is one that reproduces all frequencies in the audio band (20 Hz to 20 kHz) at the same amplitude, with a low distortion rate.
  • the lowest frequency at which a loudspeaker effectively produces sound is determined by the resonant frequency of the mechanical-acoustic transducer.
  • the membrane guidance system is more rigid and the mass of the membrane is lower, which increases the resonance frequency of the system and therefore reduces its bandwidth.
  • a sealed cavity is necessary to avoid destructive interference between the front and rear sound waves of the speaker. This hermetic cavity increases the apparent stiffness of the system and therefore its resonant frequency, thus reducing its bandwidth.
  • the level of pressure radiated by a loudspeaker depends on the volume of air accelerated by the loudspeaker. This volume of accelerated air depends on the product of the surface area and the maximum displacement of the membrane. In a context of miniaturization, the surface area of the membrane is greatly reduced, and a significant displacement is therefore necessary to obtain a satisfactory pressure level.
  • piezoelectric transduction Another means of transduction showing notable performance is piezoelectric transduction. Although not conferring displacements as large as electromagnetic transduction, piezoelectric transduction has the advantage of being compatible with micro-manufacturing processes. It is for example possible to use the bimetallic effect and an actuator positioned on a membrane in order to obtain relatively large displacements. However, this is not the only possible configuration. For example, in another configuration, the piezoelectric actuators are offset from the membrane, this solution making it possible to produce a “pistonic” movement of the latter (see for example the patent US9980051 B2 ).
  • Fig. 1 shows the frequency response of a MEMS loudspeaker, with a 100 mm 3 rear cavity and without this rear cavity. Increasing the resonant frequency removes much of the pressure radiated at low frequencies.
  • an electromechanical device whose frequency can be varied, and in particular lowered, according to needs.
  • an acoustic device equipped with such an electromechanical device so as to have a loudspeaker whose resonant frequency can vary, thus making it possible to reproduce all the frequencies of the audio band with substantially the same amplitude, with a low distortion rate, the loudspeaker also being compatible with micro-fabrication techniques.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by proposing an electromechanical device whose frequency can be varied, and in particular lowered, according to needs.
  • the invention also proposes an acoustic device making use of such an electromechanical device and in which the resonant frequency of the speaker(s) adapts to the frequency or frequencies of the acoustic signal emitted by said speaker(s).
  • the electromechanical device according to the invention is remarkable in that it comprises an electrical circuit connected to the second piezoelectric layer in parallel to the capacitance formed by said second layer and comprising an adjustable capacitance which can take a negative value.
  • the invention it is possible to vary the resonance frequency of the mobile element(s) (and therefore of the mobile mechanical structure) by varying the value of the adjustable capacitance.
  • the electromechanical device according to a first aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or in all technically possible combinations.
  • the adjustable capacitance which can take a negative value is produced using an operational amplifier.
  • the adjustable capacitance which can take a negative value is produced by micro-fabrication.
  • the mobile mechanical structure consists of a mobile mechanical element in the form of a disc-shaped membrane, the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer being arranged on the surface of said membrane.
  • the mobile mechanical structure comprises a rigid surface configured to be able to perform a translation movement perpendicular to its surface, the mobile mechanical element(s) of the mobile mechanical structure being configured to actuate the rigid surface according to said movement.
  • each mobile mechanical element is produced using a beam embedded at one of its ends and guided, the first piezoelectric layer being arranged on a first part of an upper surface of the beam and the second piezoelectric layer being arranged on a second part of the upper surface of the beam.
  • each mobile element is made using a beam embedded at its two ends.
  • the resonant frequency of the loudspeaker is adjustable around the rest frequency of said loudspeaker and the digital signal processing means is configured to send the instantaneous frequency of the signal to the speaker, the latter being configured to adjust its resonant frequency to the instantaneous frequency of the electrical audio signal received on the input port.
  • audio electrical signal means an electrical signal corresponding to an electrical signal intended to be converted into an audio signal by one or more speakers.
  • the acoustic device according to a second aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or in all technically possible combinations.
  • the acoustic device comprises a bandpass filter configured to isolate, from the electrical audio signal received on the input port, the electrical audio signal at a predetermined frequency, the electrical signal output from the bandpass filter being sent to the loudspeaker, the bandpass filter being configured to adjust its predetermined frequency to the instantaneous frequency of the signal received on the input port and determined by the digital signal processing means.
  • the resonance frequency of each speaker of the plurality of speakers is adjustable around the rest resonance frequency of the speaker considered in a range of predetermined frequencies
  • the means for processing a digital signal is configured to send, to each speaker of the plurality of speakers, the instantaneous frequency of the signal received on the input port having the highest amplitude in the predetermined frequency range associated with the loudspeaker considered, the latter being configured to adjust its resonant frequency to this instantaneous frequency, the bandpass filter associated with the loudspeaker considered being configured to adjust its predetermined frequency to this same instantaneous frequency .
  • the acoustic device according to a third aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or in all technically possible combinations.
  • the resting resonance frequencies of the plurality of speakers are distributed based on the harmonics of a stringed instrument.
  • a first aspect of the invention illustrated in [ Fig. 2] to [Fig. 7 ] relates to an electromechanical device comprising at least one mobile mechanical structure SM (hereinafter mobile structure), said mobile structure SM comprising at least one mobile mechanical element EM (hereinafter mobile element) and, for each of these mobile elements EM, a first piezoelectric layer CP1, said first layer CP1 being arranged on a first part of the mobile element EM so as to be able to actuate said mobile element EM, and a second piezoelectric layer CP2, said second layer CP2 being arranged on a second part of the mobile element EM, distinct from the first part, so as to be able to convert the mechanical energy associated with the movement of the mobile element EM into electrical energy (thus the first layer CP1 and the second layer CP2 are separated from each other the other), the second layer CP2 forming a capacitor.
  • mobile structure comprising at least one mobile mechanical element EM (hereinafter mobile element) and, for each of these mobile elements
  • the electromechanical device according to the invention is remarkable in that it comprises an electrical circuit CEL connected to the second piezoelectric layer CP2, said electrical circuit comprising an adjustable capacitance which can take a negative value. Furthermore, this adjustable capacitance is in parallel with the capacitance formed by the second piezoelectric layer CP2 so that the equivalent capacitance can take a positive value or a negative value according to needs.
  • a piezoelectric layer CP1, CP2 acts as a transducer. Also, the electrical components connected to such a layer have an influence on the mechanical behavior of the mobile element EM on which said piezoelectric layer CP1, CP2 is deposited.
  • the electromechanical structure according to the invention is represented by an equivalent electrical circuit comprising a series resistor R g representing the output resistance of the amplifier (in charge of actuating the mobile element EM), a capacitor C pa representing the capacitive effect of the first piezoelectric layer CP1, a transformer ⁇ a representing the electromechanical transduction of the first piezoelectric layer CP1 (in other words, representing the conversion of the electrical energy supplied by the amplifier into mechanical energy of the mobile element EM), a resistance R ms representing the viscous losses in the mechanical domain suffered by the mobile element EM, an inductance M ms representing the mobile mass of the mobile element EM, a capacitance C ms representing the apparent stiffness of the mobile element EM relative to at the fixing point or points of fixing of said mobile element EM, a transformer S d representing the mechano-acoustic transduction, an impedance
  • the resonance frequency of the mobile element EM is increased or decrease by varying the negative value of the capacitance C n as shown in [ Fig. 3 ].
  • the frequency response of the mobile element EM is represented for different values of C ps + C n located between -1nF and -10nF.
  • the capacitance values are chosen so that the resonance frequency can be varied within a range of +/- 20% around the rest resonance frequency (corresponding to the situation in which the CEL circuit in parallel with the capacity formed by the second layer is open).
  • the adjustable capacitance is achieved using an operational amplifier.
  • R 1 , R 2 and VS not ′ take positive values, at least one of which may vary.
  • the value of VS not ′ can be varied.
  • the mobile structure SM according to the invention can adopt different configurations depending on the intended use.
  • the mobile structure SM consists of a mobile element EM in the form of a disk-shaped membrane, the first piezoelectric layer CP1 and the second piezoelectric layer CP2 being arranged on the surface of said membrane.
  • the diameter of the disc-shaped membrane is between 1 mm and 25 mm.
  • the first piezoelectric layer CP1 is located in a part of the surface of the membrane separated from the part of the surface of the membrane where the second piezoelectric layer CP2 is located, the separation between the two parts being located at the level of the inflection of the membrane (in a section according to the diameter of the latter), generally at 2/3 of the radius from the center of the membrane.
  • the first piezoelectric layer CP1 forms a disk in the center of the membrane and the second piezoelectric layer CP2 forms a ring around this disk.
  • the first layer CP1 forms a first ring and the second layer CP2 forms a second ring surrounding the first ring.
  • the mobile structure SM comprises a rigid surface SR configured to be able to carry out a translation movement perpendicular to its surface (movement represented by the dotted arrow in the figure), the mobile element(s) EM of the structure SM being configured to actuate the rigid surface SR according to said movement.
  • the equivalent electrical diagram and the operating principle remain the same as in the case introduced previously: the influence of the second piezoelectric layer CP2 present on each mobile element EM makes it possible to modify the resonance frequency of the mobile structure SM in his outfit.
  • each mobile element EM is produced using a beam embedded at one of its ends at the level of a frame CR and guided (taking into account the symmetry of the structure), the first piezoelectric layer CP1 being arranged on a first part of an upper surface of the beam and the second piezoelectric layer CP2 being arranged on a second part of the upper surface of the beam, distinct from the first part.
  • the boundary between the first part and the second part is located at a point of inflection of the beam (when the latter is set in motion).
  • this boundary is located at mid-length of the beam, that is to say at a distance L/2 from one end of the beam, L being the length of the beam.
  • each mobile element is made using a beam embedded at its two ends.
  • An electromechanical device can advantageously be used to produce a HP loudspeaker whose resonance frequency is variable, the resonance frequency of the loudspeaker being given by the frequency of the electromechanical device of said loudspeaker.
  • each HP loudspeaker comprises a mobile structure SM produced using a membrane such that presented to the [ Fig. 5A ] or at the [ Fig. 5B ].
  • each HP loudspeaker comprises a control circuit configured to determine, from a set frequency, the value of the negative capacitance making it possible to obtain a resonance frequency equal to the set frequency, the control circuit control being further configured to control the electrical circuit CEL of the electromechanical device according to the invention in order to obtain the value of the capacitance (and therefore the resonance frequency) desired.
  • the control circuit is configured to determine the movement of the speaker using the second piezoelectric layer CP2 and, from this movement, the vibration frequency of the speaker.
  • Acoustic device comprising an electromechanical device with variable resonance frequency
  • the resonant frequency of the HP loudspeaker is adjustable around the rest frequency of said HP loudspeaker and the digital signal processing means MT is configured to send the instantaneous frequency of the signal to the HP loudspeaker, the latter being configured to, from this instantaneous frequency, adjust its resonance frequency.
  • the acoustic device DA can for example be integrated into a mobile phone, a tablet or any other equipment requiring small speakers and/or only requiring to reproduce a single frequency although variable over time (e.g. a buzzer in an electronic device).
  • the loudspeaker being produced using an electromechanical device DE according to a first aspect of the invention, it is possible to control the frequency of the latter by intermediate of the electrical circuit CEL of the electromechanical device DE and measure the movement of the speaker HP (and possibly, from this movement deduce the vibration frequency) and to control the variable capacitance in order to adjust the resonance frequency of the high -HP speaker.
  • the acoustic device DA comprises a band pass filter FPB configured to isolate, in the electrical audio signal received on the input port IN, the electrical audio signal at a predetermined frequency, the filtered electrical signal at the output of the filter being sent to the HP speaker.
  • the predetermined frequency of the FPB bandpass filter is adjusted according to the instantaneous frequency of the audio electrical signal received on the IN input port.
  • the FPB bandpass filter makes it possible to filter the parasitic signals to send to the HP loudspeaker only the signal at the instantaneous frequency of the input signal, the latter being by elsewhere the resonant frequency of the HP speaker.
  • the predefined frequency of the FPB bandpass filter and the resonant frequency of the HP loudspeaker are slaved to the instantaneous frequency of the input signal.
  • the instantaneous frequency of the input audio electrical signal is determined using a Short-Time Fourrier Transform (TFCT or STFT).
  • TFCT Short-Time Fourrier Transform
  • STFT Short-Time Fourrier Transform
  • Other methods well known to those skilled in the art can be used, such as a Hilbert Transform or even a derivative of the phase as a function of time.
  • the acoustic device DA is only configured to emit a single frequency, the instantaneous frequency of the input signal (this frequency can however vary over time). It can, however, be interesting to be able to transmit in a plurality of frequencies, for example to reproduce the sound emitted by a stringed instrument or to vary the sounds of a buzzer.
  • the acoustic device DA according to the invention is remarkable in that the resonance frequency of each HP speaker of the plurality of HP speakers is adjustable around the rest resonance frequency of the HP speaker considered. in a predetermined frequency range, and in that the digital signal processing means MT is configured to send, to each HP speaker of the plurality of HP speakers, the instantaneous frequency of the signal received on the port of input IN having the highest amplitude in the predetermined frequency range associated with the HP loudspeaker considered, said HP loudspeaker being configured to adjust its resonant frequency to this instantaneous frequency.
  • the FPB bandpass filter associated with the HP speaker considered is configured to adjust its predetermined frequency to this same frequency. instantaneous.
  • the frequency associated with the greatest signal amplitude is the one on which the control of the frequency of the signal will take place. resonance of the HP speaker and the predefined frequency of the FPB bandpass filter.
  • each HP speaker of the plurality of HP speakers is associated with a rest resonance frequency, different from the rest resonance frequency of the other HP speakers.
  • each HP loudspeaker of the plurality of HP loudspeakers is adjustable around the rest resonance frequency of the HP loudspeaker considered in a predetermined frequency range (this frequency range therefore defining a frequency band) .
  • There [ Fig. 11 ] represents the frequency response of eight HP loudspeakers, each curve being associated with a HP loudspeaker, each peak corresponding to the rest resonance frequency of the loudspeaker, the gray band surrounding each of the peaks representing the band of speaker frequency in which the resonant frequency can be adjusted.
  • the resting resonant frequencies of the HP speakers of the plurality of HP speakers are distributed according to the harmonics of a stringed instrument, for example a guitar, a piano, etc.
  • a stringed instrument for example a guitar, a piano, etc.

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Abstract

Un aspect de l'invention concerne dispositif électro-mécanique comprenant : au moins une structure mécanique mobile comprenant au moins un élément mécanique mobile ; pour chaque élément mécanique mobile de chaque structure mécanique mobile une première couche piézoélectrique, ladite première couche étant disposée sur une première partie de l'élément mobile de sorte à pouvoir actionner ledit élément mécanique mobile et une deuxième couche piézoélectrique, ladite deuxième couche étant disposée sur une deuxième partie de l'élément mobile, distincte de la première partie, de sorte à pouvoir convertir l'énergie mécanique associé au mouvement de l'élément mécanique mobile en énergie électrique, ladite couche formant une capacité ; le dispositif comprenant en outre un circuit électrique connecté à la deuxième couche piézoélectrique en parallèle de la capacité formée par ladite couche et comportant une capacité réglable pouvant prendre une valeur négative.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • Le domaine technique de l'invention est celui des microsystèmes, en particulier des microsystèmes pour des applications acoustiques.
  • La présente invention concerne un dispositif électromécanique et, en particulier, un dispositif électromécanique dont la fréquence de résonance peut être modulée. La présente invention concerne également un dispositif acoustique faisant usage d'un dispositif électromécanique selon l'invention.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Un haut-parleur est utilisé pour transformer un signal électrique en pression acoustique. Depuis de nombreuses années, les haut-parleurs sont miniaturisés pour être intégrés dans les ordinateurs, téléphones portables et écouteurs sans fil. Plus particulièrement, le haut-parleur est un transducteur électro-mécano-acoustique. Dans son principe linéaire, le fonctionnement du haut-parleur passe par l'actionnement d'une membrane, couplée à l'air ambiant. Le signal électrique passe par un premier transducteur électromécanique qui convertit la tension en déplacement. Un transducteur mécano-acoustique, très souvent une membrane, convertit ensuite ce déplacement en pression acoustique.
  • Un bon haut-parleur est un haut-parleur reproduisant toutes les fréquences de la bande audio (20 Hz à 20 kHz) à la même amplitude, avec un taux de distorsion faible. Dans la pratique, la fréquence la plus basse à laquelle un haut-parleur produit efficacement du son est déterminée par la fréquence de résonance du transducteur mécano-acoustique. Dans le contexte de miniaturisation, le système de guidage de la membrane est plus rigide et la masse de la membrane est plus faible, ce qui augmente la fréquence de résonance du système et réduit donc sa bande passante. De plus, pour éviter des interférences destructives entre les ondes acoustiques avant et arrière du haut-parleur, une cavité hermétique est nécessaire. Cette cavité hermétique augmente la raideur apparente du système et donc sa fréquence de résonance, réduisant ainsi sa bande passante.
  • En outre, le niveau de pression rayonnée par un haut-parleur dépend du volume d'air accéléré par le haut-parleur. Ce volume d'air accéléré dépend quant à lui du produit de la surface et du déplacement maximum de la membrane. Dans un contexte de miniaturisation, la surface de la membrane est grandement réduite, et un déplacement important est donc nécessaire pour obtenir un niveau de pression satisfaisant.
  • Pour atteindre de grands déplacements, la transduction électromagnétique reste une solution de choix, et c'est celle-ci qui équipe la grande majorité des haut-parleurs. Bien que ce type de haut-parleurs montre de bonnes performances, leurs dimensions ne permettent pas une intégration dans des systèmes portables. De plus, le recours à un aimant rend la fabrication de ces haut-parleurs incompatible avec les procédés de micro-fabrication.
  • Un autre moyen de transduction montrant des performances notables est la transduction piézoélectrique. Bien que ne conférant pas des déplacements aussi importants que la transduction électromagnétique, la transduction piézoélectrique présente l'avantage d'être compatible avec les procédés de micro-fabrication. Il est par exemple possible d'utiliser l'effet bilame et un actionneur positionné sur une membrane afin d'obtenir des déplacements relativement importants. Cependant, ce n'est pas la seule configuration possible. Par exemple, dans une autre configuration, les actionneurs piézoélectriques sont déportés de la membrane, cette solution permettant de produire un mouvement « pistonique » de celle-ci (voir par exemple le brevet US9980051 B2 ).
  • Les solutions de l'état de la technique comportent cependant des limitations, notamment en termes de réponse en fréquence. La [Fig. 1] montre la réponse en fréquence d'un haut-parleur MEMS, avec une cavité arrière de 100 mm3 et sans cette cavité arrière. L'augmentation de la fréquence de résonance enlève une grande partie de la pression rayonnée dans les basses fréquences.
  • Il existe donc un besoin d'un dispositif électromécanique dont la fréquence peut être variée, et notamment abaissée, en fonction des besoins. Il existe également un besoin d'un dispositif acoustique équipé d'un tel dispositif électromécanique de sorte à disposer d'un haut-parleur dont la fréquence de résonance peut varier, permettant ainsi de reproduire toutes les fréquences de la bande audio avec sensiblement la même amplitude, avec un taux de distorsion faible, le haut-parleur étant en outre compatible avec les techniques de micro-fabrication.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un dispositif électromécanique dont la fréquence peut être variée, et notamment abaissée, en fonction des besoins. L'invention propose également un dispositif acoustique faisant usage d'un tel dispositif électromécanique et dans lequel la fréquence de résonance du ou des haut-parleurs s'adapte à la fréquence ou aux fréquences du signal acoustique émis par ledit ou lesdits haut-parleurs.
  • Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne un dispositif électromécanique comprenant :
    • Au moins une structure mécanique mobile comprenant au moins un élément mécanique mobile ;
    • Pour chaque élément mécanique mobile de chaque structure mécanique mobile :
      • une première couche piézoélectrique, ladite première couche étant disposée sur une première partie de l'élément mécanique mobile de sorte à pouvoir actionner ledit élément mécanique mobile ;
      • une deuxième couche piézoélectrique, ladite deuxième couche étant disposée sur une deuxième partie de l'élément mécanique mobile, distincte de la première partie, de sorte à pouvoir convertir l'énergie mécanique associée au mouvement de l'élément mécanique mobile en énergie électrique, ladite deuxième couche formant une capacité ;
  • Le dispositif électromécanique selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend un circuit électrique connecté à la deuxième couche piézoélectrique en parallèle de la capacité formée par ladite deuxième couche et comportant une capacité réglable pouvant prendre une valeur négative.
  • Grâce à l'invention, il est possible de faire varier la fréquence de résonance du ou des éléments mobiles (et donc de la structure mécanique mobile) en faisant varier la valeur de la capacité réglable.
  • Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif électromécanique selon un premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • Dans un mode de réalisation, la capacité réglable pouvant prendre une valeur négative est réalisée à l'aide d'un amplificateur opérationnel.
  • Dans un mode de réalisation, la capacité réglable pouvant prendre une valeur négative est réalisée par micro-fabrication.
  • Dans un mode de réalisation, la structure mécanique mobile est constituée d'un élément mécanique mobile sous la forme d'une membrane en forme de disque, la première couche piézoélectrique et la deuxième couche piézoélectrique étant disposées à la surface de ladite membrane.
  • Dans un mode de réalisation, la structure mécanique mobile comprend une surface rigide configurée pour pouvoir effectuer un mouvement de translation perpendiculaire à sa surface, le ou les éléments mécaniques mobiles de la structure mécanique mobile étant configurés pour actionner la surface rigide selon ledit mouvement.
  • Dans un mode de réalisation, chaque élément mécanique mobile est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de l'une de ses extrémités et guidée, la première couche piézoélectrique étant disposée sur une première partie d'une surface supérieure de la poutre et la deuxième couche piézoélectrique étant disposée sur une deuxième partie de la surface supérieure de la poutre.
  • Dans un mode de réalisation, chaque élément mobile est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de ses deux extrémités.
  • Un deuxième aspect de l'invention concerne un dispositif acoustique comprenant :
    • un port d'entrée destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    • un haut-parleur comprenant un dispositif électromécanique selon un premier aspect de l'invention, le haut-parleur étant associé à une fréquence de résonance au repos et comprenant un moyen de mesure configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur ; et
    • un moyen de traitement d'un signal numérique configuré pour déterminer la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée.
  • En outre, dans le dispositif acoustique selon l'invention, la fréquence de résonance du haut-parleur est ajustable autour de la fréquence au repos dudit haut-parleur et le moyen de traitement du signal numérique est configuré pour envoyer la fréquence instantanée du signal au haut-parleur, ce dernier étant configuré pour ajuster sa fréquence de résonance sur la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée.
  • On entend par « signal électrique audio » un signal électrique correspondant à un signal électrique destiné à être converti en signal audio par un ou plusieurs haut-parleurs.
  • Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif acoustique selon un deuxième aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • Dans un mode de réalisation, le dispositif acoustique comprend un filtre passe-bande configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée, le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique en sortie du filtre passe bande étant envoyé au haut-parleur, le filtre passe bande étant configuré pour ajuster sa fréquence prédéterminée sur la fréquence instantanée du signal reçu sur le port d'entrée et déterminée par le moyen de traitement d'un signal numérique.
  • Un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif acoustique comprenant :
    • un port d'entrée destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    • une pluralité de haut-parleurs, chaque haut-parleur de la pluralité de haut-parleurs comprenant un dispositif électromécanique selon un premier aspect de l'invention, chaque haut-parleur étant associé à une fréquence de résonance au repos, différente de la fréquence de résonance au repos des autres haut-parleurs, et comprenant un moyen de mesure configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur considéré ;
    • un moyen de traitement d'un signal numérique configuré pour déterminer le contenu fréquentiel du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée ; et
    • pour chaque haut-parleur de la pluralité de haut-parleurs, un filtre passe-bande configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée, le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique en sortie du filtre passe bande étant envoyé au haut-parleur considéré.
  • De plus, dans le dispositif selon un troisième aspect de l'invention, la fréquence de résonance de chaque haut-parleur de la pluralité de haut-parleurs est ajustable autour de la fréquence de résonance au repos du haut-parleur considéré dans une gamme de fréquences prédéterminée, et le moyen de traitement d'un signal numérique est configuré pour envoyer, à chaque haut-parleur de la pluralité de haut-parleurs, la fréquence instantanée du signal reçu sur le port d'entrée ayant l'amplitude la plus élevée dans la gamme de fréquence prédéterminée associée au haut-parleur considéré, ce dernier étant configuré pour ajuster sa fréquence de résonance sur cette fréquence instantanée, le filtre passe bande associé au haut-parleur considéré étant configuré pour ajuster sa fréquence prédéterminée sur cette même fréquence instantanée.
  • Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif acoustique selon un troisième aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • Dans un mode de réalisation, les fréquences de résonance au repos des haut-parleurs de la pluralité de haut-parleurs sont réparties en fonction des harmoniques d'un instrument à corde.
  • L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
    • La [Fig. 1] illustre la modification de la pression acoustique associée à la présence d'une cavité.
    • La [Fig. 2] illustre un schéma équivalent d'un dispositif électromécanique selon l'invention.
    • La [Fig. 3] illustre l'évolution de la fréquence de résonance en fonction de la valeur de la capacité réglable d'un dispositif électromécanique selon l'invention.
    • La [Fig. 4] illustre la capacité réglable est réalisée à l'aide d'un amplificateur opérationnel dans un mode de réalisation d'un dispositif électromécanique selon l'invention.
    • La [Fig. 5A] et [Fig. 5B] illustrent un mode de réalisation dans lequel la structure mobile est réalisée à l'aide d'une membrane circulaire.
    • La [Fig. 6] illustre un mode de réalisation dans lequel la structure mécanique comprend une membrane rigide actionnée par des cantilevers.
    • La [Fig. 7] illustre un mode de réalisation d'un cantilever comprenant, sur sa surface supérieure, une première couche piézoélectrique et une deuxième couche piézoélectrique.
    • La [Fig. 8] illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'un dispositif acoustique selon l'invention sans filtre passe-bande.
    • La [Fig. 9] illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'un dispositif acoustique selon l'invention avec un filtre passe-bande.
    • La [Fig. 10] illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'un dispositif acoustique selon l'invention avec une pluralité de haut-parleurs.
    • La [Fig. 11] illustre une répartition possible des fréquences de résonance et des gammes de fréquences associées à une pluralité de haut-parleurs (8 haut-parleurs) d'un dispositif acoustique selon l'invention.
    • La [Fig. 12] représente l'amplitude du signal en temps/fréquence d'un dispositif acoustique selon l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
    • Dispositif électromécanique à fréquence de résonance variable
  • Un premier aspect de l'invention illustré aux [Fig. 2] à [Fig. 7] concerne un dispositif électromécanique comprenant au moins une structure mécanique mobile SM (ci-après structure mobile), ladite structure mobile SM comportant au moins un élément mécanique mobile EM (ci-après élément mobile) et, pour chacun de ces éléments mobiles EM, une première couche piézoélectrique CP1, ladite première couche CP1 étant disposée sur une première partie de l'élément mobile EM de sorte à pouvoir actionner ledit élément mobile EM, et une deuxième couche piézoélectrique CP2, ladite deuxième couche CP2 étant disposée sur une deuxième partie de l'élément mobile EM, distincte de la première partie, de sorte à pouvoir convertir l'énergie mécanique associée au mouvement de l'élément mobile EM en énergie électrique (ainsi la première couche CP1 et la deuxième couche CP2 sont séparées l'une de l'autre), la deuxième couche CP2 formant une capacité. Le dispositif électromécanique selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend un circuit électrique CEL connecté à la deuxième couche piézoélectrique CP2, ledit circuit électrique comportant une capacité réglable pouvant prendre une valeur négative. Par ailleurs cette capacité réglable est en parallèle avec la capacité formée par la deuxième couche piézoélectrique CP2 de sorte que la capacité équivalente peut prendre une valeur positive ou une valeur négative selon les besoins.
  • Afin de comprendre les avantages résultant d'un dispositif électromécanique selon l'invention, il est intéressant de noter qu'une couche piézoélectrique CP1, CP2 agit comme un transducteur. Aussi, les composants électriques connectés sur une telle couche ont une influence sur le comportement mécanique de l'élément mobile EM sur lequel est déposée ladite couche piézoélectrique CP1, CP2.
  • Le comportement de l'élément mobile EM peut alors être modélisé par un schéma électrique équivalent tel que celui illustré à la [Fig. 2]. Dans ce schéma, la structure électromécanique selon l'invention est représentée par un circuit électrique équivalent comprenant une résistance série Rg représentant la résistance de sortie de l'amplificateur (en charge d'actionner l'élément mobile EM), un condensateur Cpa représentant l'effet capacitif de la première couche piézoélectrique CP1, un transformateur γa représentant la transduction électromécanique de la première couche piézoélectrique CP1 (autrement dit, représentant la conversion de l'énergie électrique fournie par l'amplificateur en énergie mécanique de l'élément mobile EM), une résistance Rms représentant les pertes visqueuses dans le domaine mécanique subit par l'élément mobile EM, une inductance Mms représentant la masse mobile de l'élément mobile EM, une capacité Cms représentant la raideur apparente de l'élément mobile EM par rapport au point de fixation ou aux points de fixation dudit élément mobile EM, un transformateur Sd représentant la transduction mécano-acoustique, une impédance Zrad représentant l'impédance de rayonnement de l'élément mobile EM, une capacité Cps représentant l'effet capacitif de la deuxième couche piézoélectrique CP2 et une capacité Cn en parallèle avec la capacité crée par la deuxième couche piézoélectrique CP2 et pouvant prendre des valeurs négatives (cet aspect sera détaillé dans la suite).
  • Sachant que la deuxième couche piézoélectrique CP2 a une influence sur le comportement de l'élément mobile EM, connecter cette deuxième couche CP2 à une capacité Cn ayant une valeur négative permet de diminuer la raideur apparente de l'élément mobile EM et donc de modifier sa fréquence de résonance. A partir du schéma équivalent précédent, il est possible d'exprimer la fréquence de résonance de l'élément mobile EM à l'aide de la relation suivante :
    f s = 1 2 π M ms C eq
    Figure imgb0001
    où Mms est la masse équivalente de l'élément mobile EM et Ceq est la capacité équivalente du circuit donnée par la relation suivante :
    C eq = 1 1 C ms + 1 C ps + C n γ s 2
    Figure imgb0002
  • Ainsi, il est possible d'augmenter ou de diminuer la fréquence de résonance de l'élément mobile EM en jouant sur la valeur négative de la capacité Cn comme le montre la [Fig. 3]. Sur cette figure, la réponse fréquentielle de l'élément mobile EM est représentée pour différentes valeurs de Cps + Cn situées entre -1nF et -10nF. De préférence, les valeurs des capacités sont choisies de sorte que la fréquence de résonance puisse être variée dans une plage de +/- 20% autour de la fréquence de résonance au repos (correspondant à la situation dans lequel le circuit CEL en parallèle de la capacité formée par la deuxième couche est ouvert).
  • Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 4], la capacité réglable est réalisée à l'aide d'un amplificateur opérationnel. L'impédance ainsi obtenue est donnée par la relation suivante :
    C n = − R 2 R 1 C n ′
    Figure imgb0003
  • Où R 1, R 2 et C n ′
    Figure imgb0004
     prennent des valeurs positives, l'une d'elles au moins pouvant varier. De préférence, la valeur de C n ′
    Figure imgb0005
     peut être variée.
  • La structure mobile SM selon l'invention peut adopter différentes configurations en fonction de l'usage envisagé.
  • Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 5A] et la [Fig. 5B], la structure mobile SM est constituée d'un élément mobile EM sous la forme d'une membrane en forme de disque, la première couche piézoélectrique CP1 et la deuxième couche piézoélectrique CP2 étant disposées à la surface de ladite membrane. Dans un mode de réalisation, le diamètre de la membrane en forme de disque est compris entre 1 mm et 25 mm. De préférence, la première couche piézoélectrique CP1 est située dans une partie de la surface de la membrane séparée de la partie de la surface de la membrane où se trouve la deuxième couche piézoélectrique CP2, la séparation entre les deux parties se situant au niveau de l'inflexion de la membrane (dans une coupe selon le diamètre de cette dernière), en général à 2/3 du rayon depuis le centre de la membrane. Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 5A], la première couche piézoélectrique CP1 forme un disque au centre de la membrane et la deuxième couche piézoélectrique CP2 forme un anneau autour de ce disque. Dans un mode de réalisation alternatif illustré à la [Fig. 5B], la première couche CP1 forme un premier anneau et la deuxième couche CP2 forme un deuxième anneau entourant le premier anneau.
  • Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 6], la structure mobile SM comprend une surface rigide SR configurée pour pouvoir effectuer un mouvement de translation perpendiculaire à sa surface (mouvement représenté par la flèche en pointillés sur la figure), le ou les éléments mobiles EM de la structure SM étant configurés pour actionner la surface rigide SR selon ledit mouvement. Bien entendu, le schéma électrique équivalent et le principe de fonctionnement restent les même que dans le cas introduit précédemment : l'influence de la deuxième couche piézoélectrique CP2 présente sur chaque élément mobile EM permet de modifier la fréquence de résonance de la structure mobile SM dans son ensemble.
  • Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 7], chaque élément mobile EM est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de l'une de ses extrémités au niveau d'un cadre CR et guidée (compte tenu de la symétrie de la structure), la première couche piézoélectrique CP1 étant disposée sur une première partie d'une surface supérieure de la poutre et la deuxième couche piézoélectrique CP2 étant disposée sur une deuxième partie de la surface supérieure de la poutre, distincte de la première partie. Dans un mode de réalisation, la frontière entre la première partie et la deuxième partie se situe au niveau d'un point d'inflexion de la poutre (lorsque cette dernière est mise en mouvement). Dans l'exemple de la [Fig. 7], compte tenu de la symétrie de la poutre, cette frontière se situe à mi-longueur de la poutre, c'est à dire à une distance L/2 d'une extrémité de la poutre, L étant la longueur de la poutre.
  • Dans un mode de réalisation alternatif, chaque élément mobile est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de ses deux extrémités.
  • Un dispositif électromécanique selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour réaliser un haut-parleur HP dont la fréquence de résonance est variable, la fréquence de résonance du haut-parleur étant donnée par la fréquence du dispositif électromécanique dudit haut-parleur. De même, il est possible de réaliser une pluralité de haut-parleurs HP, chaque haut-parleur HP étant réalisé avec un dispositif électromécanique selon l'invention et associé à une fréquence de résonance au repos, de préférence différente pour chaque haut-parleur HP. De préférence, chaque haut-parleur HP comprend une structure mobile SM réalisée à l'aide d'une membrane telle que présentée à la [Fig. 5A] ou à la [Fig. 5B]. De préférence, chaque haut-parleur HP comprend un circuit de commande configuré pour déterminer, à partir d'une fréquence de consigne, la valeur de la capacité négative permettant d'obtenir une fréquence de résonance égale à la fréquence de consigne, le circuit de commande étant en outre configuré pour commander le circuit électrique CEL du dispositif électromécanique selon l'invention afin d'obtenir la valeur de la capacité (et donc la fréquence de résonance) souhaitée. De plus, le circuit de commande est configuré pour déterminer le mouvement du haut-parleur à l'aide de la deuxième couche piézoélectrique CP2 et, à partir de ce mouvement, la fréquence de vibration du haut-parleur.
    • Dispositif acoustique comprenant un dispositif électromécanique à fréquence de résonance variable
  • Le dispositif électromécanique selon l'invention peut avantageusement être utilisé dans un dispositif acoustique afin d'obtenir un dispositif acoustique comprenant un haut-parleur dont la fréquence de résonance peut être modulée (c'est à dire un haut-parleur tel que présenté précédemment). Pour cela, un deuxième aspect de l'invention illustré à la [Fig. 8] concerne un dispositif acoustique DA comprenant :
    • un port d'entrée IN destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    • un haut-parleur HP comprenant un dispositif électromécanique selon l'invention, le haut-parleur HP étant associé à une fréquence de résonance au repos et comprenant un moyen de mesure CP2 configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur HP ; et
    • un moyen de traitement d'un signal numérique MT configuré pour déterminer la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée IN.
  • De plus, dans le dispositif selon un deuxième aspect de l'invention, la fréquence de résonance du haut-parleur HP est ajustable autour de la fréquence au repos dudit haut-parleur HP et le moyen de traitement du signal numérique MT est configuré pour envoyer la fréquence instantanée du signal au haut-parleur HP, ce dernier étant configuré pour, à partir de cette fréquence instantanée, ajuster sa fréquence de résonance.
  • Le dispositif acoustique DA selon l'invention peut par exemple être intégré dans un téléphone portable, une tablette ou bien tout autre matériel nécessitant des haut-parleurs de petites tailles et/ou ne nécessitant de reproduire qu'une fréquence unique bien que variable dans le temps (par ex. un buzzer dans un dispositif électronique).
  • Dans le dispositif selon un deuxième aspect de l'invention, le haut-parleur étant réalisé à l'aide d'un dispositif électromécanique DE selon un premier aspect de l'invention, il est possible de contrôler la fréquence de ce dernier par l'intermédiaire du circuit électrique CEL du dispositif électromécanique DE et mesurer le mouvement du haut-parleur HP (et éventuellement, à partir de ce mouvement en déduire la fréquence de vibration) et à commander la capacité variable afin d'ajuster la fréquence de résonance du haut-parleur HP.
  • Dans un mode de réalisation illustré à la [Fig. 9], le dispositif acoustique DA comprend un filtre passe bande FPB configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée IN, le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique filtré en sortie du filtre étant envoyé au haut-parleur HP. De plus, la fréquence prédéterminée du filtre passe bande FPB est ajustée en fonction de la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée IN. Ainsi, lorsque le signal en entrée n'est pas monotone, le filtre passe bande FPB permet de filtrer les signaux parasites pour n'envoyer au haut-parleur HP que le signal à la fréquence instantanée du signal d'entrée, cette dernière étant par ailleurs la fréquence de résonance du haut-parleur HP. Autrement dit, la fréquence prédéfinie du filtre passe-bande FPB et la fréquence de résonance du haut-parleur HP sont asservies sur la fréquence instantanée du signal d'entrée.
  • Dans un mode de réalisation, la fréquence instantanée du signal électrique audio d'entrée est déterminée à l'aide d'une transformée de Fourrier à court terme (TFCT ou STFT pour Short-Time Fourrier Transform en anglais). Bien entendu, il ne s'agit que d'un exemple. D'autres méthodes bien connues de la personne du métier pouvant être utilisées, comme une Transformée de Hilbert ou bien encore une dérivée de la phase en fonction du temps.
  • Dans les modes de réalisation précédents, le dispositif acoustique DA n'est configuré que pour émettre une unique fréquence, la fréquence instantanée du signal d'entrée (cette fréquence peut cependant varier dans le temps). Il peut cependant être intéressant de pouvoir émettre dans une pluralité de fréquences, par exemple pour restituer le son émis par un instrument à corde ou pour varier les sonorités d'un buzzer.
  • Pour cela, un troisième aspect de l'invention illustré à la [Fig. 10] (pour un exemple dans lequel trois haut-parleurs sont présents - le dispositif peut bien entendu comporter un nombre plus important de haut-parleurs) concerne un dispositif acoustique DA comprenant :
    • un port d'entrée IN destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    • une pluralité de haut-parleurs HP, chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP comprenant un dispositif électromécanique selon l'invention, le haut-parleur HP étant étant associé à une fréquence de résonance au repos, différente de la fréquence de résonance au repos des autres haut-parleurs HP et comprenant un moyen de mesure CP2 configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur HP considéré ;
    • Un moyen de traitement d'un signal numérique MT configuré pour déterminer le contenu fréquentiel du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée IN ; et
    • Pour chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP, un filtre passe bande FPB configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée IN, le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique filtré en sortie du filtre passe bande FPB étant envoyé au haut-parleur HP considéré.
  • De plus, le dispositif acoustique DA selon l'invention est remarquable en ce que la fréquence de résonance de chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP est ajustable autour de la fréquence de résonance au repos du haut-parleur HP considéré dans une gamme de fréquences prédéterminée, et en ce que le moyen de traitement du signal numérique MT est configuré pour envoyer, à chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP, la fréquence instantanée du signal reçu sur le port d'entrée IN ayant l'amplitude la plus élevée dans la gamme de fréquence prédéterminée associée au haut-parleur HP considéré, ledit haut-parleur HP étant configuré pour ajuster sa fréquence de résonance sur cette fréquence instantanée. De plus, le filtre passe bande FPB associé au haut-parleur HP considéré est configuré pour ajuster sa fréquence prédéterminée sur cette même fréquence instantanée. Autrement dit, parmi toutes les fréquences présentes dans le signal qui sont dans la bande de fréquence compatible avec le haut-parleur HP considéré, la fréquence associée à la plus grande amplitude de signal est celle sur laquelle se fera l'asservissement de la fréquence de résonance du haut-parleur HP et de la fréquence prédéfinie du filtre passe-bande FPB.
  • Comme déjà mentionné, chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP est associé à une fréquence de résonance au repos, différente de la fréquence de résonance au repos des autres haut-parleurs HP. De plus, chaque haut-parleur HP de la pluralité de haut-parleurs HP est ajustable autour de la fréquence de résonance au repos du haut-parleur HP considéré dans une gamme de fréquences prédéterminée (cette gamme de fréquence définissant donc une bande de fréquence). La [Fig. 11] représente la réponse en fréquence de huit haut-parleurs HP, chaque courbe étant associée à un haut-parleur HP, chaque pic correspondant à la fréquence de résonance au repos du haut-parleur, la bande grisée entourant chacun des pics représentant la bande de fréquence du haut-parleur dans laquelle peut être ajustée la fréquence de résonance.
  • Dans un mode de réalisation, les fréquences de résonance au repos des haut-parleurs HP de la pluralité de haut-parleurs HP sont réparties en fonction des harmoniques d'un instrument à corde, par exemple une guitare, un piano, etc. Comme illustré à la [Fig. 12] qui représente l'amplitude du signal en temps/fréquence, un tel dispositif DA permet de reproduire (hors attaque) les notes de guitare avec un vibrato.

Claims (13)

  1. Dispositif électro-mécanique comprenant :
    - Au moins une structure mécanique mobile comprenant au moins un élément mécanique mobile (EM) ;
    - Pour chaque élément mécanique mobile (EM) de chaque structure mécanique mobile (SM) :
    o une première couche piézoélectrique (CP1), ladite première couche (CP1) étant disposée sur une première partie de l'élément mobile (EM) de sorte à pouvoir actionner ledit élément mécanique mobile (EM) ;
    ∘ une deuxième couche piézoélectrique (CP2), ladite deuxième couche (CP2) étant disposée sur une deuxième partie de l'élément mobile (EM), distincte de la première partie, de sorte à pouvoir convertir l'énergie mécanique associé au mouvement de l'élément mécanique mobile (EM) en énergie électrique, ladite couche formant une capacité ;
    le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électrique connecté à la deuxième couche piézoélectrique (CP2) en parallèle de la capacité formée par ladite couche (CP2) et comportant une capacité réglable pouvant prendre une valeur négative.
  2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la capacité réglable pouvant prendre une valeur négative est réalisée à l'aide d'un amplificateur opérationnel.
  3. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la capacité réglable pouvant prendre une valeur négative est réalisée par micro-fabrication.
  4. Dispositif selon l'une des trois revendications précédentes dans lequel la structure mécanique mobile (SM) est constitué d'un élément mobile (EM) sous la forme d'une membrane en forme de disque, la première couche piézoélectrique (CP1) et la deuxième couche piézoélectrique (CP2) étant disposées à la surface de ladite membrane.
  5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la première couche piézoélectrique (CP1) forme un premier anneau et la deuxième couche piézoélectrique (CP2) forme un deuxième anneau entourant le premier anneau.
  6. Dispositif selon la revendication 1, la revendication 2 ou la revendication 3 dans lequel la structure mécanique mobile (SM) comprend une surface rigide (SR) configurée pour pouvoir effectuer un mouvement de translation perpendiculaire à sa surface, le ou les éléments mécaniques mobiles (EM) de la structure mécanique mobile (SM) étant configurés pour actionner la surface rigide (SR) selon ledit mouvement.
  7. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel chaque élément mobile (EM) est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de l'une de ses extrémités et guidée, la première couche piézoélectrique (CP1) étant disposée sur une première partie d'une surface supérieure de la poutre et la deuxième couche piézoélectrique (CP2) étant disposée sur une deuxième partie de la surface supérieure de la poutre, distincte de la première partie.
  8. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel chaque élément mécanique mobile (EM) est réalisé à l'aide d'une poutre encastrée au niveau de ses deux extrémités.
  9. Haut-parleur comprenant au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
  10. Dispositif acoustique (DA) comprenant :
    - Un port d'entrée (IN) destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    - Un haut-parleur (HP) selon la revendication précédente, ledit haut-parleur étant associé à une fréquence de résonance au repos et comprenant un moyen de mesure (CP2) configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur (HP) ;
    - Un moyen de traitement d'un signal numérique (MT) configuré pour déterminer la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée (IN) ;
    le dispositif étant caractérisé en ce que la fréquence de résonance du haut-parleur (HP) est ajustable autour de la fréquence au repos dudit haut-parleur (HP) et le moyen de traitement du signal numérique (MT) est configuré pour envoyer la fréquence instantanée du signal au haut-parleur (HP), ce dernier étant configuré pour, à partir de cette fréquence instantanée, ajuster sa fréquence de résonance.
  11. Dispositif acoustique (DA) selon la revendication précédente comprenant un filtre passe bande (FPB) configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée (IN), le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique en sortie du filtre passe bande (FPB) étant envoyé au haut-parleur (HP), le filtre passe bande (FPB) étant configuré pour ajuster sa fréquence prédéterminée sur la fréquence instantanée du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée (IN).
  12. Dispositif acoustique (DA) comprenant :
    - Un port d'entrée (IN) destiné à recevoir un signal électrique audio ;
    - Une pluralité de haut-parleurs (HP) selon la revendication 9, chaque haut-parleur (HP) de la pluralité de haut-parleurs (HP) étant associé à une fréquence de résonance au repos, différente de la fréquence de résonance au repos des autres haut-parleurs (HP) et comprenant un moyen de mesure (CP2) configuré pour mesurer le mouvement du haut-parleur (HP) considéré ;
    - Un moyen de traitement d'un signal numérique (MT) configuré pour déterminer le contenu fréquentiel du signal électrique audio reçu sur le port d'entrée (IN) ;
    - Pour chaque haut-parleur (HP) de la pluralité de haut-parleurs (HP), un filtre passe bande (FPB) configuré pour isoler, dans le signal électrique audio reçu sur le port d'entrée (IN), le signal électrique audio à une fréquence prédéterminée, le signal électrique en sortie du filtre passe bande (FPB) étant envoyé au haut-parleur (HP) considéré ;
    le dispositif (DA) étant caractérisé en ce que la fréquence de résonance de chaque haut-parleur (HP) de la pluralité de haut-parleurs (HP) est ajustable autour de la fréquence de résonance au repos du haut-parleur (HP) considéré dans une gamme de fréquences prédéterminée, et le moyen de traitement d'un signal numérique (MT) est configuré pour envoyer, à chaque haut-parleur (HP) de la pluralité de haut-parleurs, la fréquence instantanée du signal reçu sur le port d'entrée (IN) ayant l'amplitude la plus élevée dans la gamme de fréquence prédéterminée associée au haut-parleur (HP) considéré, ledit haut-parleur (HP) étant configuré pour ajuster sa fréquence de résonance sur cette fréquence instantanée, le filtre passe bande (FPB) associé au haut-parleur (HP) considéré étant configuré pour ajuster sa fréquence prédéterminée sur cette même fréquence instantanée.
  13. Dispositif (DA) selon la revendication précédente dans lequel les fréquences de résonance au repos des haut-parleurs (HP) de la pluralité de haut-parleurs (HP) sont réparties en fonction des harmoniques d'un instrument à corde.
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