Brevet FR2137567A1 — publié le 19721229

La présente invention se rapporte aux transducteurs électromagnétiques de sons tels què les haut-parleurs, les écouteurs et les microphones. Les haut-parleurs du type le plus ancien comportaient des 5 membranes rigides de petites dimensions et des pavillons qui amplifiaient les sons produits par ces membranes, lorsqu'elles vibraient sous l'action de signaux électriques appliqués. L'intorduction des membranes côniques de grandes dimensions a marqué un progrès dans le domaine de la fidélité de la reproduction, mais cette fidélité lais-10 se encore beaucoup à désirer. Un inconvénient des membranes côniques est que, à cause de la différence des diamètres de la périphérie et de la partie centrale reliée à l'armature du dispositif d'excitation du moteur, elles ne peuvent vibrer à la même vitesse sur toute leur surface, et leurs différentes parties résonnent avec une 15 répartition complexe des oscillations. La plupart de ces oscillations ont une amplitude incorrecte et contiennent des fréquences parasites . Un cône a également une inertie et un moment considérables qui lui confèrent une mauvaise réponse aux transitoires. Il est donc souhaitable de réaliser une membrane dont chaque 20 point puisse être commandé directement. Le premier transducteur réalisé dans ce but a été le haut-parleur de Platthaller qui comporte une membrane métallique flexible serrée par deux bords opposés et maintenue sous tension, et dont une face porte une bande de cuivre retournée sur elle-même à intervalles 25 réguliers de manière à constituer un ensemble de conducteurs parallèles et espacés connectés en série. Ce haut-parleur comporte également un ensemble de pièces polaires magnétiques disposés à proximité de la face de la membrane portant la bande de cuivre, une pièce polaire étant placée entre chaque paire de conducteurs voisins et 30 les pièces polaires voisines étant de polarité opposées. Selon un mode de réalisation, des enroulements d'excitation sont bobinés sur les pièces polaires et, selon un autre mode de réalisation, un enroulement d'excitation entourant la membrane est prévu entre chaque paires de pièces polaires voisines, avec un axe commun parallèle 35 au plan de la membrane. Plus tard, les pièces polaires et les enroulements d'excitation ont été remplacés par des aimants permanents afin de réduire les dimensions et le poids de l'appareil. D'autres modifications ont été encore apportées, telles que le remplacement de la membrane métallique flexible par une plaque flexible non métal-40 lique, et la fixation d'un groupe de conducteurs sur les deux faces 72 16179 2137567 de la membrane. Un perfectionnement ultérieure â consisté à utiliser une membrane légère mais rigide qui , selon un mode de réalisation, est faite d'une plaque épaisse de polystyrène expansé dans une face de 5 laquelle sont pratiquées plusieurs rainures parallèles. Ces rainures forment des parois parallèles à la partie supérieure desquelles sont fixées des bandes métalliques connectées en série et constituant le conducteur. Ces derniers types de haut-parleurs donnent de très bons 10 résultats, leur forme est plate et ils conviennent extrêmement bien pour être montés n'importe où, et non pas nécessairement dans des enceintes réalisées spécialement pour les recevoir. Ils présentent cependant l'inconvénient que leur réponse aux fréquences audibles basses n'est pas aussi bonne qu'aux fréquences aiguës. Dans le but 15 de remédier à cet inconvénient, il a été conçu un transducteur acoustique comportant une membrane dont une face au moins porte un conducteur de courant électrique constitué par un certain nombre d'éléments conducteurs espacés et parallèles, une unité magnétique fixe étant disposéeà une certaine distance du conducteur. Cette unité 20 magnétique consiste en une rangée d'aimants permanents disposés de manière que leurs pôles se présentent suivant une configuration choisie de polarités, et qu'un pôle magnétique opposé se prolonge le long de chaque intervalle entre des é-léments de conducteurs parallèles voisins et en une plaque en matériau magnétique ou culasse sur 25 laquelle sont fixés les aimants. Les parties de la culasse situées entre au moins des paires choisies d'aimants voisins de la rangée sont perforées. Selon un autre mode de réalisation d'un transducteur basé sur le même principe, le circuit magnétique est fait d'un corps 30 épais d'une seule pièce en un matériau magnétique permanent aniso-trope à oxyde fritte. Les matériaux magnétiques traditionnels utilisés jusqu'à présent ne permettent pas de réaliser des circuits magnétiques de forme plate sans qu'ils se désaimantent d'eux-mêmes. Ces matériaux 35 sont également coûteux à usiner, et lorsqu'ils ont formés en bandes, ils sont extrêmement fragiles. En outre les perforations destinées à permettre le passage de l'air à travers la culasse du circuit magnétique unitaire font très souvent apparaître des résonances intempestives aux fréquences 40 élevées. 72 16179 3 2137567 Le progrès technique souhaité auquel on souhaite arriver consiste donc à réaliser un transducteur acoustique qui soit plus plat que ce qu'il était possible d'obtenir jusqu'à présent et dont la réponse en fréquences soit bonne, sans résonances intempestives, 5 même aux fréquences élevées. L'invention a pour objet un tel transducteur acoustique. Un transducteur audio-électromagnétique selon l'invention comporte une membrane portant au moins sur l'une de ses faces un conducteur de courant électrique, et une unité magnétique fixe dis- 10 posée à une certaine distance du conducteur . L'unité magnétique consiste en un certain nombre d'aimants permanents disposés de manié-/ re à développer un champ magnétique dans le plan de la membrane, perpendiculairement au conducteur. Les aimants sont faits d'un matériau magnétique plastique, c'est-à-dire d'un matériau constitué par des 15 particules aimantables noyées dans une matière non magnétique. Les aimants peuvent être fixés sur une culasse en matériau magnétique dont des parties, situées entre au moins certains aimants sélectionnées, sont percées. La membrane peut être courbe de manière à augmenter l'angle 20 de radiation, l'unité ou les unités magnétiques étant incurvées de manière correspondante. Chaque conducteur peut être fait d'une seule bande retournée sur elle-même à intervalles réguliers, de manière à constituer en ensemble d'éléments conducteurs connectés en série. Selon ce 25 mode de réalisation, les pôles voisins de la rangée d'aimants associés peuvent être de polarités opposées. En variante, les éléments conducteurs peuvent être connectés en parallèle ou en série et en parallèle. La membrane peut être ondulée , les axes d'ondulation étant 30 de préférence perpendiculaires à la direction des éléments conducteurs parallèles. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple : 35 la Fig. 1 est une vue en perspective d'un transducteur acous tique, une partie de l'une des unités magnétiques étant coupée de manière à montrer sa construction ; la Fig. 2 est une vue en coupe d'un transducteur dont la membrane ne comporte qu'un seul conducteur, des unités magnétiques 40 étant disposées près des faces opposées de la membrane ; 72 16179 4 2137567 la Fig. 3 est une vue en coupe d'un transducteur comportant une membrane ondulée, le plan de coupe de cette Fig. étant perpendiculaire à celui de la Fig. 2 ; la Fig. 4 représente un transducteur qui comporte une mem-5 brane ondulée ; la Fig. 5 illustre une disposition de reproduction à quatre canaux et , la Fig. 6 illustre schématiquement la réalisation des aimants en forme de bande. 10 La Fig. 1 montre une membrane 1 qui porte un conducteur 2 en forme de ruban, constitué par un ensemble d'éléments conducteurs 2A à 2"H, qui sont espacés, parallèles, connectés en série et fixés sur la membrane 1. Une unité magnétique 3 est constituée par une rangée d'ai-15 mants 4, chaque aimant étant disposé en regard d'un intervalle entre des conducteurs 2A à 2H parallèles voisins et s'étendant sur toute la longueur de ceùx-ci. Les aimants 4 sont fixés sur une culasse 5 en matière magnétique, telle qu'une feuille d'acier doux. Les parties de la culasse 5 situées entre des aimants 4 voisins sont percées 20 de trous 6. Il faut noter que selon le mode de réalisation illustré sur la Fig. 2 les aimants voisins de chaque rangée sont de polarités opposées. Selon la Fig. 3, la membrane 1 est ondulée, les axes d'ondulation étant perpendiculaires aux éléments conducteurs parallèles. Lors de l'utilisation, un courant alternatif tel que celui 25 fourni par un amplificateur de puissance, est appliqué au conducteur 2'. Les polarités des aimants 4 sont distribuées de manière que le flux de fuite entre des paires de pôles voisines corresponde à la direction du courant qui circule dans les éléments conducteurs 2A à 2H associés, et est perpendiculaire à cette direction de manière que 30 l'effet global sur l'ensemble de la membrane 1 soit une attraction et une répulsion uniformes réalisées par l'unité, ou les unités magnétiques 4. Si le transducteur comporte des unités magnétiques près des deux faces opposées de la membrane, l'une des unités est agencées de manière à attirer le conducteur 2 en même temps que 1'autre 35 unité le repousse. Les culasses perforées 5 permettent le libre passage de l'âir offrant ainsi une réponse très améliorée,aux fréquences basses. En donnant aux perforations des formes et des dimensions appropriées, en les supprimant par exemple à certains endroits, il est 40 possible d'obtenir un effet d'amortissement et de modifier ainsi lo 72 16179 2137567 calement l'impédance acoustique de manière à déterminer les résonances indésirables. La membrane est supportée librement par serrage de ses bords opposés 7, les bords 8 restant libres. La réponse en basse 5 fréquence est améliorée si la membrane est ondulée dans une direction parallèle à ses dispositifs de fixation, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction des conducteurs principaux et des aimants en forme de bande en matière plastique magnétique. Selon un mode de réalisation, la section des ondulations est triangulaire avec un an-10 gle au sommet de ■03 radians. La Fig. 3 montre une coupe d'une membrane ondulée. Il est bien connu que les fréquences élevées émises par une source sonore de grandes dimensions ont tendance à se former en faisceau de sorte que des haut-parleurs pour fréquences élevées de petit 15 diamètre sont utilisés pour augmenter l'étalement. Le présent mode de réalisation permet, pour la plage des fréquences élevées, d'adapter une seconde membrane devant la membrane principale, près de l'ensemble avant d'aimants. Du fait que l'amplitude du déplacement de la membrane est beaucoup plus faible aux fréquences élevées 20 qu'aux fréquences basses, cette membrane secondaire peut être disposée très près des aimants et par conséquent, soumise à un champ magnétique plus élevé, qui lui donne un rendement supérieur, (qui compense Mes petites dimensions). De préférence,elle est également misfe sous tension, car il n'est pas nécessaire que cette membrane à 25 fréquence élevée soit molle , ce qui est requis normalement pour des fréquences faibles. La tension mécanique peut être utilisée comme un filtre séparateur mécanique de sorte que les deux membranes peuvent être connectées directement à un amplificateur sans autre élément séparateur électrique intermédiaire. La Fig. 4 montre une disposition 30 appropriée selon laquelle une membrane 41 pour la plage complète est disposée près d'une membrane 42 pour les fréquences élevées, et près des aimants 43. La tension mécanique est appliquée à la membrane pour fréquences élevées dans la direction indiquée par la flèche A. La réponse polaire du transducteur peut être modifiée en 35 incurvant le circuit magnétique. La possibilité de déterminer la réponse polaire constitue une autre caractéristiques de l'invention. Les écouteurs traditionnels obligent, afin d'obtenir une bonne réponse aux fréquences basses, à coupler le transducteur à l'oreille au moyen d'une cham-40 bre acoustique fermée entre le boîtier et la tête. Avec les trans 72 16179 6 2137567 ducteurs réalisés selon la présente invention, il a été constaté qu'une réponse satisfaisante aux fréquences basses est maintenue lorsqu'un intervalle d'air subsiste entre la tête et le transducteur. Cela permet non seulement aux sons extérieurs, tels que ceux produits 5 par une sonnette de porte, d'atteindre l'oreille mais aussi de réaliser des écouteurs permettant une reproduction sonore à 4 canaux. Selon ce système , 4 canaux remplacent les deux canaux des dispositifs stéréophoniques conventionnels. La Fig 5 montre une disposition de ce genre selon laquelle des écouteurs 5IL et 51R sont placés de 10 chaque côté d'un sujet 52. Chaque écouteur comporte une partie avant F et une partie arrière B qui contiennent chacune un transducteur directionnel dont les faisceaux sonores sont dirigés vers l'oreille voisine 53L, 53R et de laquelle ils sont séparés chacun par un intervalle d'air 54. 15 La réalisation en forme de bande des aimants et des conduc teurs de la bobine mobile offre un certain nombre de possibilités supplémentaires de réalisation. Par exemple, en disposant de manière asymétrique les conducteurs et les aimants correspondants, la force motrice des membranes peut être rendue non homogène. Cette disposi-20 tion peut être utilisée pour annuler les effets de distorsion harmonique grâce à la création de positions anti-nodales, d'une manière analogue à celle qui permet d'éliminer les harmoniques discordantes d'un instruments à cordes par la manière de gouverner l'archet. Un effet complémentaire peut être obtenu en plaçant des boucles conduc-25 trices refermées sur elles-mêmes en des emplacements appropriée de la membrane de manière à créer un amortissement par courants de Foucault. Il est possible de fabriquer la bobine mobile sous forme d'un certain nombre d'enroulements élémentaires et de les connecter en différentes combinaisons série et parallèle de manière à modifier 30 1'impédance. Une importante caractéristique de réalisation réside dans l'emploi d'aimants de matière plastique magnétique définie ci-dessus, et dont la réalisation est illustrée par la Fig. 6 . La matière est produite par imprégnation de granulés de ma-35 tière aimantable dans un liant non magnétique. Le caoutchouc au néo-prène constitue un liant convenable. Une feuille épaisse est formée par collage d'un certain nombre de feuilles élémentaires minces. La matière est rendue anisotrope par une action mécanique au cours de laquelle les particules de matière magnétique 63 sont alignées. La 40 feuille préparée peut être facilement coupée en bandes 64 au moyen 72 16179 2137567 d'une lame par exemple et, bien que sa perméabilité ne soit pas aussi élevée que celle des matières en masse telles que les ferrites, elle convient à la réalisation de transducteurs satisfaisants. En outre, elle est extrêmement robuste alors que le ferrite est friable et des feuilles minces peuvent être aimantées alors que les matériaux conventionnels se désaimantent d'eux-mêmes. 72 16179 3 2137567 REVENDICATIONS 1. Transducteur acoustique comportant une membrane qui porte, au moins sur une face, un conducteur de courant constitué par plusieurs éléments conducteurs parallèles et espacés, et une unité magnétique fixe, disposée à une certaine distance du 5 conducteur, et constituée par plusieurs aimants permanents disposés de manière à développer un champ magnétique dans le plan de la membrane, perpendiculairement au conducteur, transducteur caractérisé en ce que les aimants sont réalisés en une matière plastique magnétique, c'est-à-dire en une matière constituée par 10 des particules aimantabl.es noyées dans un liant de matière non magnétique. 2. Transducteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est réalisée en une matière non magnétique qui ne se comporte pas comme un écran et en ce 15 qu'il porte un conducteur sur l'une seulement de ses faces, des unités magnétiques étant montées de chaque coté de la membrane. 3. Transducteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est supportée tout en ayant une certaine liberté de mouvement. 20 4. Transducteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est incurvée de manière à augmenter l'angle de radiation, l'unité ou chaque unité magnétique étant incurvée de manière correspondante. 5. Transducteur acoustique selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la membrane est ondulée. 6. Transducteur acoustique selon la revendication 5» caractérisé en ce que les axes des ondulations sont perpendiculaires à la direction des éléments conducteurs parallèles. I