FR2888186A1 - Dispositif pour conditionner l'ambiance sonore de l'habitacle d'un vehicule - Google Patents

Abstract

Le dispositif pour conditionner l'ambiance sonore d'un habitacle (4) de véhicule comprend une voie dédiée (6) de transmission d'au moins une vibration mécanique depuis un générateur (2) de vibration jusqu'à l'habitacle, la voie étant une voie de transmission solide.

Description

L'invention concerne l'ambiance sonore des habitacles de véhicule. Elle

concerne l'acoustique, et plus particulièrement le domaine de la qualité sonore à l'intérieur de l'habitacle, notamment le design de l'ensemble des sonorités perçues par les occupants du véhicule, en particulier les sonorités

du moteur.

L'invention s'applique aux véhicules automobiles comprenant un moteur à explosion. Mais elle concerne aussi les véhicules fonctionnant au moyen d'énergies alternatives, tels que les véhicules électriques, les véhicules hybrides, ou les véhicules dotés de piles à combustible.

Le design sonore appliqué au bruit automobile est une activité relativement récente dans l'industrie qui n'a pas encore donné lieu à des solutions techniques très nombreuses. Les solutions développées par l'acoustique jusqu'à ce jour ont pour objectif principal de réduire le niveau de bruit.

Il est connu par exemple de modifier la perception des sons émanant du moteur par les occupants de l'habitacle au moyen d'une transmission de sons depuis les circuits d'admission ou d'échappement du moteur. Néanmoins, l'utilisation de ces dispositifs augmente généralement le niveau de bruit à l'extérieur du véhicule et ce niveau dépasse ce qu'autorise la réglementation.

Il existe par ailleurs des dispositifs pour le typage de la sonorité du moteur qui relèvent majoritairement de l'électroacoustique et utilisent classiquement des hauts-parleurs pour transmettre une partie du signal du moteur, ce dernier ayant été éventuellement traité et/ou modifié. Les dispositifs de typage utilisent pour certains des moyens modifiant la sonorité du moteur par voie aérienne. Toutefois, cela entraîne une dégradation de la qualité du bruit émis à l'extérieur par le véhicule à un niveau en général incompatible avec la réglementation, ici encore.

Un but de l'invention est d'améliorer l'ambiance sonore perçue par 30 les occupants du véhicule sans dégrader le bruit émis à l'extérieur.

A cet effet, on prévoit selon l'invention un dispositif pour conditionner l'ambiance sonore d'un habitacle de véhicule, comprenant une voie dédiée de transmission d'au moins une vibration mécanique depuis un générateur de vibration jusqu'à l'habitacle, la voie étant une voie de transmission solide.

Ainsi, l'utilisation de la voie solide permet de typer la sonorité du moteur à l'intérieur de l'habitacle sans compromettre le niveau de bruit extérieur.

Le dispositif selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - il comprend des moyens de sélection de la ou chaque vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle; il comprend des moyens d'amplification de la ou chaque vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle; - il comprend au moins un élément de vibration apte à vibrer suivant au 15 moins une fréquence propre prédéterminée; - les éléments de vibration sont au moins au nombre de deux et raccordés en parallèle à un même tronçon aval de la voie; - les éléments de vibration sont au moins au nombre de deux et raccordés en parallèle à un même tronçon amont de la voie; - au moins deux des éléments de vibration sont d'une seule pièce l'un avec l'autre; - au moins deux des éléments de vibration forment des pièces différentes; - les éléments de vibration comprennent au moins l'un parmi: - un diapason; et - une tige; et - il comprend des moyens commandables pour interdire la vibration de l'élément de vibration ou de l'un au moins des éléments de vibration.

On prévoit également selon l'invention un procédé pour conditionner l'ambiance sonore d'un habitacle de véhicule, dans lequel on transmet au moins une vibration mécanique par une voie solide dédiée depuis un générateur de vibration jusqu'à l'habitacle.

Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on sélectionne au moins une vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle; - on amplifie au moins une vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle; - on empêche une transmission d'au moins une autre vibration par la voie solide jusqu'à l'habitacle; le nombre de vibrations transmises étant au moins égal à deux, les vibrations que l'on transmet sont liées les unes aux autres par une règle d'harmonie, telle qu'une règle d'accord; - on transmet la ou les vibrations jusqu'à au moins deux zones de l'habitacle; - le nombre de vibrations étant au moins égal à deux, on transmet les vibrations jusqu'à des zones respectives de l'habitacle; - le générateur de vibration est le moteur; - le générateur de vibration est distinct du moteur et d'un circuit de gaz du moteur, le générateur de vibration fonctionnant par exemple sous l'effet d'une excitation mécanique ou d'un courant électrique; et - le générateur de vibration est excité par un passage d'air.

Enfin, on prévoit selon l'invention une ambiance sonore d'un 20 habitacle de véhicule résultant du procédé selon l'invention.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de plusieurs modes préférés de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention dans un premier mode de réalisation; - les figures 2, 3 et 4 illustrent la partie centrale de dispositifs selon l'invention proches de celui de la figure 1 dans des deuxième, troisième et quatrième modes de réalisation respectivement; et - les figures 5 et 6 sont des schémas en perspective illustrant des parties de cinquième et sixième modes de réalisation respectivement.

On a illustré à la figure 1 un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif est ici mis en oeuvre dans un véhicule automobile doté d'un moteur à explosion 2 ainsi que d'un habitacle 4 destiné à recevoir le conducteur et les passagers du véhicule.

Le dispositif selon l'invention comprend une voie 6 de transmission de vibrations mécaniques depuis le moteur 2 qui fait ici office de générateur de vibrations jusqu'à l'habitacle 4. La voie 6 comprend en l'espèce une partie amont 8 formée par un bras et contiguë au moteur 2 ainsi qu'une partie aval 10 également formée par un bras et contiguë à l'habitacle 4. Entre les bras 8 et 10 est interposée une partie centrale formant un organe de vibration 12.

La voie 6 est une voie dédiée. On entend par là qu'elle n'assure pas d'autre fonction dans le véhicule que la transmission de vibrations depuis le moteur 2 jusqu'à l'habitacle 4 de la façon qui va être décrite plus loin. De plus, cette voie est une voie intégralement solide de transmission des vibrations mécaniques depuis le moteur 2 jusqu'à l'habitacle 4. Entre ces deux parties, à aucun moment, la transmission par cette voie n'est assurée de façon aérienne ni convertie sous forme de signal électrique.

L'organe 12 comprend un ensemble de plusieurs éléments de vibration 14 formé chacun par une partie amont 16 en forme de demi-ellipse ou de U et une tige aval 18. La partie amont 16 que nous appellerons un diapason présente deux branches qui, à leur extrémité aval commune, sont raccordées à l'extrémité amont de la tige 18. L'une des branches a son extrémité amont raccordée à l'extrémité aval du bras 8 tandis que l'extrémité aval de la tige 18 est raccordée à l'extrémité amont du bras aval 10. Les éléments de vibration de l'organe 12 sont ici au nombre de six.

Dans le présent exemple, chaque élément de vibration formé par un diapason et la tige associée s'étend dans un plan radial à un axe longitudinal 20 de l'organe de vibration. Les diapasons s'étendent dans des plans radiaux respectifs sans être en contact les uns avec les autres.

Chacun des éléments de vibration 14 est caractérisé par au moins une fréquence propre de vibration w;. Dans ces conditions, le moteur 2 transmet au bras amont 8 un ensemble de vibrations mécaniques de différentes fréquences résultant du fonctionnement du moteur. Ce bras transmet ces vibrations à l'organe 12. Ce dernier sélectionne parmi ces vibrations les harmoniques qui correspondent aux fréquences propres des différents éléments 14, les amplifie et les transmet au bras aval 10. L'organe 12 empêche a contrario la transmission au bras 10 des autres fréquences de vibrations en opérant ainsi un fitrage. Les vibrations ainsi sélectionnées et amplifiées sont transmises à l'habitacle 4.

On aura soin de préférence de concevoir les éléments de vibration 14 dans chacune de leurs caractéristiques physiques (masse, dimension, etc.) de façon à ce que les vibrations transmises par chacun d'eux soient liées les unes aux autres par une règle d'harmonie telle qu'une règle d'accord. Cet accord contribue alors à la coloration de l'ambiance intérieure perçue dans l'habitacle 4 par les occupants du véhicule, l'accord étant une combinaison et/ou une association de diverses fréquences de vibration choisies.

Le dispositif illustré à la figure 1 permet donc de sélectionner, d'amplifier et de transmettre certains des harmoniques présents dans les vibrations du moteur afin de transformer la sonorité du moteur transmise jusqu'à l'habitacle. Le dispositif permet en particulier de ne transmettre et de n'amplifier que les harmoniques moteur souhaités. En particulier, les harmoniques peuvent être accordés pour produire un effet de coloration musicale prédéterminé. On pourra en particulier accorder les harmoniques en appliquant les règles acoustiques issues de l'harmonie musicale occidentale et/ou orientale en jouant par exemple sur les consonances et les dissonances. Dans le présent exemple, le dispositif génère un accord pouvant aller jusqu'à six tons.

Les éléments 14 de l'organe de vibration 12 pourront être réalisés par exemple en métal ou en matériau composite. On pourra en particulier 30 prévoir la présence de fibres dans ce matériau et jouer sur l'orientation de ces fibres pour l'obtention de telle ou telle fréquence propre.

On a illustré un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention à la figure 2. Ce dispositif est identique à celui de la figure 1 mis à part la configuration particulière de l'organe de vibration 22. Cet organe comprend en effet deux tiges 24 recourbées montées en parallèle l'une à l'autre et ainsi raccordées d'une part à leurs extrémités amont et d'autre part à leurs extrémités aval. Dans le présent exemple, les tiges ont même longueur mais ont des épaisseurs el et e2 différentes, ce qui permet de leur associer des fréquences propres w; différentes l'une de l'autre. Par ailleurs, l'organe 22 est ici d'une seule pièce. Cet organe permet de générer une sonorité à deux tons.

A nouveau, le principe ici retenu est l'amplification. Chacune des tiges 24 est caractérisée par une longueur L; et une raideur k; qui définissent une fréquence propre w;.

Pour la conception de l'organe 22, on pourra mettre en oeuvre les étapes suivantes: - on réalise tout d'abord l'organe 22 en définissant la raideur k, la longueur L et l'épaisseur e de chacune des tiges résonnantes, et ce, pour réaliser une harmonie produisant un accord; - on calcule et on définit les bras 8 et 10 qui serviront à relier l'organe au moteur et à l'habitacle, et en particulier les points de fixation de ces bras à l'organe 22; et - on définit les caractéristiques des points d'accrochage de l'extrémité amont du bras amont 8 au moteur 2 et de l'extrémité aval du bras aval 10 à l'habitacle 4 pour s'assurer que les harmoniques sélectionnés pour la coloration de la sonorité du moteur ne sont pas filtrés à l'entrée de l'habitacle.

En particulier, on s'assurera que le point d'accrochage aval du bras 10 à l'habitacle 4 n'amortit pas les fréquences que l'on souhaite faire entrer dans l'habitacle, et au contraire, n'amplifie pas des fréquences ou des bruits non souhaités. De même, il faut s'assurer que ce point transmette de façon homogène en niveau les différents harmoniques du spectre sélectionné. Par ailleurs, les fonctions de transfert de l'habitacle 4 et les inertances de chacune des pièces devront être examinées avec attention.

Un troisième mode de réalisation proche de celui de la figure 2 a été illustré à la figure 3. Dans celui-ci, on retrouve les deux tiges 34 agencées en parallèle. Toutefois, les tiges ont cette fois des longueurs différentes l'une de l'autre et peuvent par ailleurs avoir même épaisseur. Cette variation de longueur permet ici encore de donner aux tiges des fréquences propres différentes. Il s'agit encore d'un organe à deux tons.

Un quatrième mode de réalisation a été illustré à la figure 4. Cette fois, l'organe de vibration 42 comprend trois tiges 44 ayant même épaisseur entre elles mais des longueurs différentes et à nouveau agencées en parallèle comme dans les deux précédents modes de réalisation. On obtient ainsi un organe à trois tons. La configuration de l'organe 42 de la figure 4 a pour avantage d'être plate dans la mesure où les trois tiges s'étendent dans un même plan. En particulier, la tige la plus courte s'étend entre les deux autres tiges. Ce mode de réalisation est avantageux lorsque le dispositif de l'invention doit être logé dans un environnement sous capot moteur très contraint en termes d'espace.

Bien sur, dans chacun de ces quatre modes de réalisation, on pourra 20 modifier le nombre d'éléments vibrants en fonction du nombre de tons et d'harmoniques que l'on souhaite obtenir.

Dans chacun de ces modes de réalisation, les tiges de l'organe 22, 32, 42 pourront être d'une seule pièce l'une avec l'autre, comme c'est le cas en l'espèce sur la figure 2 ou être constituées de pièces différentes comme c'est le cas en l'espèce sur la figure 3.

Dans une variante de réalisation, on pourra prévoir un interrupteur mécanique commandable permettant d'interrompre la voie de transmission solide. On pourra par exemple faire en sorte que la transmission n'a lieu de façon audible que lorsque le moteur est en charge. Un tel agencement permettra par exemple d'amplifier l'écart de sonorité entre un fonctionnement à vide et un fonctionnement en charge, ce qui favorise pour les occupants la perception de la sportivité de la conduite du véhicule.

Dans une autre variante, on pourra prévoir que les différents éléments de vibration 14, 24, 34 et 44 de l'organe de vibration ne sont pas reliés entre eux à leur extrémité aval mais sont connectés à ces extrémités par des voies solides respectives différentes à des zones différentes de l'habitacle 4. Ainsi, on transmet à différentes parties de l'habitacle des sonorités respectives différentes, ce qui entraîne un effet de spatialisation sonore.

Par ailleurs, on pourra prévoir que, dans chacun des modes de réalisation des figures 1 à 4, le bras aval 10 présente plusieurs branches permettant de transmettre l'ensemble des vibrations amplifiées par l'organe 12 à différentes parties de l'habitacle 4.

Un autre mode de réalisation a été illustré à la figure 5. Il s'agit cette fois d'une configuration dans laquelle l'organe de vibration 52 n'est pas relié en amont à un générateur de vibration tel que le moteur, mais constitue lui-même ce générateur de vibration. Dans son agencement, cet organe est proche de l'organe 12 de la figure 1 mais est complété dans chaque élément de vibration 54 par un organe d'excitation 56 tel qu'une boule s'étendant de l'une à l'autre des parties médianes des deux branches. On peut prévoir d'exciter cette boule par un passage d'air (par exemple des bouffées d'air provenant de l'extérieur du véhicule) ou par un courant électrique susceptible de produire une stimulation mécanique de la boule. Dans les deux cas, la vibration mécanique engendrée par la boule est transmise à l'élément 54. De même que précédemment, certains harmoniques sont sélectionnés et amplifiés et sont transmis ensuite vers l'habitacle par la voie mécanique dédiée 6. Dans ce mode de réalisation, la génération sonore revêt donc un caractère indépendant de l'apparition des harmoniques du moteur.

Un autre mode de réalisation est illustré à la figure 6. De même que dans le dispositif de la figure 5, l'organe 62 fait ici office de générateur de vibration. II comprend cette fois-ci une boule captive dans une cage musicale, les barreaux de la cage étant constitués par des tiges 64 accordés entre elles. La boule peut être excitée pour produire un mouvement au moyen d'une bouffé d'air provenant par exemple d'un passage de roues du véhicule ou d'une prise d'air provenant du circuit d'admission du véhicule. Ce dispositif est agencé à la manière des carillons actionnés par le vent. Les tiges peuvent par exemple être agencées pour pendre par gravité.

On remarquera que dans ces deux derniers modes de réalisation, le générateur de vibration est distinct du moteur et distinct d'un circuit de gaz du moteur. II est ainsi distinct du circuit d'admission et du circuit d'échappement.

On veillera à mettre en oeuvre l'invention sans amplifier des phénomènes acoustiques périphériques, et de façon fiable et robuste pour ne pas dégrader la prestation acoustique à long terme. On remarquera que l'invention met en oeuvre la transmission et l'amplification d'une partie harmonique du bruit généré par le moteur et non une réduction de ce bruit. Les vibrations du moteur non transmises par cette voie solide peuvent être transmises jusqu'aux occupants de façon classique par voie aérienne en étant plus ou moins atténuées.

De préférence, on mettra en oeuvre l'invention pour obtenir une résonance à un accord précis (par exemple l'accord de do majeur do-mi-sol) et non une harmonie accord majeur qui suivrait dans le temps l'évolution d'une harmonique du moteur. Néanmoins, on pourra prévoir que le fonctionnement du dispositif selon l'invention évolue en temps réel suivant une loi indexée par le contenu des vibrations du moteur.

Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims (20)

io REVENDICATIONS,

1. Dispositif pour conditionner l'ambiance sonore d'un habitacle (4) de véhicule, comprenant une voie dédiée (6) de transmission d'au moins une vibration mécanique depuis un générateur (2; 52; 62) de vibration jusqu'à l'habitacle, caractérisé en ce que la voie est une voie de transmission solide.

2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12; 22; 32; 42; 52; 62) de sélection de la ou chaque vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amplification (12; 22; 32; 42; 52; 62) de la ou chaque vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément (14; 24; 34; 44; 54; 64) de vibration apte à vibrer suivant au moins une fréquence propre prédéterminée.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de vibration (14; 24; 34; 44; 54; 64) sont au moins au nombre de deux et raccordés en parallèle à un même tronçon aval (6) de la voie.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de vibration (14; 24; 34; 44) sont au moins au nombre de deux et raccordés en parallèle à un même tronçon amont (8) de la voie.

2888186 Il

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que au moins deux des éléments de vibration (24) sont d'une seule pièce l'un avec l'autre.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que au moins deux des éléments de vibration (14; 34; 44; 54; 64) forment des pièces différentes.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les éléments de vibration comprennent au moins l'un parmi: - un diapason; et - une tige.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens commandables pour interdire la vibration de l'élément de vibration ou de l'un au moins des éléments de vibration.

11. Procédé pour conditionner l'ambiance sonore d'un habitacle (4) de véhicule, caractérisé en ce qu'on transmet au moins une vibration mécanique par une voie solide dédiée (6) depuis un générateur de vibration (2; 52; 62) jusqu'à l'habitacle.

12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on sélectionne au moins une vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle.

13. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'on amplifie au moins une vibration à transmettre jusqu'à l'habitacle.

14. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'on empêche une transmission d'au moins une autre vibration par la voie solide jusqu'à l'habitacle.

15. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le nombre de vibrations transmises étant au moins égal à deux, les vibrations que l'on transmet sont liées les unes aux autres par une règle d'harmonie, telle qu'une règle d'accord.

16. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'on transmet la ou les vibrations jusqu'à au moins deux zones de l'habitacle.

17. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le nombre de vibrations étant au moins égal à deux, on transmet les vibrations jusqu'à des zones respectives de l'habitacle.

18. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que le générateur (2) de vibration est le moteur (2). 20

19. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que le générateur de vibration (52; 62) est distinct du moteur et d'un circuit de gaz du moteur, le générateur de vibration fonctionnant par exemple sous l'effet d'une excitation mécanique ou d'un courant électrique.

20. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 11 à 17 ou selon la revendication 19, caractérisé en ce que le générateur de vibration (52; 62) est excité par un passage d'air.