Brevet FR2143715A1 — publié le 19730209

Cette invention se rapporte à des haut-parleurs en trompette et a pour objet des haut-parleurs en trompette perfectionnés comme spécifié par la suite qui présentent des caractéristiques avantageuses particulières par rapport aux hzat-parleurs de types connus. Les haut-parleurs, dans la plus vaste acceptation du mot, sont connus et la littérature technique et celle en matière de bre vets rend superflu de s'étendre plus longuement sur l'état de la technique antérieure. En principe, on peut considérer que les hautparleurs tombent sous deux categories, soit ceux à "irraaution directe" et ceux "en trompette". Dans les premiers, l'organe essentiel est composé d'un diaphragme lequel se meut en reproduisant 1' allure dans le temps d'un signal qui le pilote (suivant des modes et à l'aide de moyens connus) et transmet ce mouvement directement au moyen (air) dans lequel il estimmergé. La dimension du diaphragme est liée à la gamme de fréquences à reproduire.Plus la limite inférieure de la gamme est basse et de ce fait plus la longueur d'onde est grande et avec elle la dimension du diaphragme. Les haut-parleurs à irradiation directe, pourvu qu'ils possèdent des caractérietiques physiques et géométriques appropriées, sont bien adaptés à irradier une certaine gamme directement dans l'air. Indépendamment de certaines caractéristiques particulières, le même résultat peut être atteint par des haut-parleurs en trompette, utilisant un iaphLagme aux dimensions de beaucoup réduites, placé et opérant à l'embouchure (dite "gorge") d'une conduite rigide à section graduellement croissant' (dite "trompette") et se terminant par une ouverture suffisamment étendue (dite "bouche") dans l'air, auquel on veut transmettre le mouvement. La trompette est donc un trznsformateur acoustique transformant un diaphragme de petite surface dans un diaphragme de grande surface, en adaptant à un diaphragme relativement lourd une ambiance légère qui est l'air. Une telle définition s'applique proprement dite aux hautparleurs munis des "trompettes à gorge large", présentant une gorge de la dimension approximative du diaphragme. Cette condition peut se réaliser sans pertes par interf4- rence, uniquement pour les fréquences pour lesquelles la longueur d'onde atteint au moins quatre fois la dimension de la gorge. Néanmoins, d'une façon générale, les trompettes à gorge large sont utilisées seulement pour la partie basse de la gamme. Cette limitation n'intervient pas dans le cas des hautparleurs munis de trompette "agorge étroite" ou "à compression. Dans ce cas il s'agit d'une trompette dans laquelle il est passé du diaphragme à la trompette proprement dite (la conduite ou plusieurs conduites rigides à section graduellement croissante) à travers une chambre dite de "compression" du fait que dans celleci va augmenter la densité moyenne de l'ambiance (air), laquelle chambre est formée par la surface du diaphragme lui-meme et par une paroi opposée et uniformement rapprochée de celui-ci et interrompue par des ouvertures pour le passage à la trompette.Ce passage se produit au moyen de canaux dans un nombre, une position et des dimensions tels que soient annulées les résonances d'ordre supérieur se trouvant dans ladite chambre de compression et résultant de la perturbation radiale réfléchie par le bord de la chambre et de développement approprié à faire arriver serisiblement en phase à lo trompette les composantes provenant des divers points du diaphi-agme. Qu'il soit rappelé à ce propos que la production indésirable des résonances ci-dessus mentionnees ntintervient pas dans le cas des haut-parleurs munis de trompette à gorge large du fait qu'il existe des réductions de section dans la conduite et que de changements brusques de direction dans le passage entre les chambres de compression et la trompette n'interviennent pas. Tout en laisant abstraction des difficultés constructives et les complexités structurelles se présentant dans une mesure plus ou moins grande pour les haut-parleurs et plus précisément dans les trompettes à gorge étroite ou à compression, en général, les conditions posées pour l'élimination des inconvénients cités, parml;lesquels en premier lieu ceux résultant de la présence de résonances d'ordre supérieur, sont incompatibles avec celles pour atteindre une efficacité de référence (fréquence moyenne). Dans la pratique il existe entre autre le cas dans lequel de ces conditions résulte un rapport entre la surface du diaphragme et la surface de la gorge qui est égal à 10, correspondant à une efficacité ou un rendement de l'ordre de 10 à 12%, tandis qu' un rapport de 2 aurait donné un rendement de 20 à 2216. On peut ainsi supposer que la technologie moderne des hautparleurs, tout en disposant d'une connaissance théorique complète des phénomènes présents dans le fonctionnement du type du hautparleur considéré ci-dessus et possédant une vaste expérience expérimentale et de constructive, soit encore loin d'aboutir à des rglisations qualitativement avancées. Le but de l'invention consiste précisément à réaliser des haut-parleurs perfectionnés lequels, sous certains rapports, tirent profit des propriétés avantgeuses des haut-parleurs à large gorge, profitant à la fois des vannages ofI-erts par la condensation ou l'épaississement graduel de l'ambiance (air), parvenant à des fréquences plus élevées, propriétés recherchées pour des haut-parleurs avec chambre de compression, tout en évitant certains inconvénients. L'invention vise en particulier des haut-parleurs en trompette perfectionnés de manière que dans ceux-ci la propagation intervienne dès l'origine le long d'une conduite s'évasant graduellement et ayant un développement n'accusant pas de brusques variations de direction, en utilisant précisément la propagation radiale présente d'une manière caractéristique dans les chambres de compression, mais excluant les causes donnant origine aux modes supérieurs dont les résonances devaient, dans les limites du possible, entre supprimées d ans les haut-parleurs munis de chambre de compression. L'invention préconise en outre la réalisation de hautparleurs, perfectionnés de manière à associer aux combinaisons de propriétés avantageuses précédemment énoncées, celle de permettre l'obtention volontaire et contrtlée de modifications des courbes de réponse respectives. Le perfectionnement essentiel de l'invention est caractérisé en ce que dans les haut-parleurs en trompette, incluant au moins un transducteur électro-mécanique comportant au moins un diaphragme dont la surface utile est solidement escillante dans une direction essentiellement arthogonale au plan défine par le contour de cette surface en opposition avec le diaphragme est prévu une surface dont la distance du diaphragme est minimum en un point à son contour et augmente progressivement en fonction de la distance de ce point en se raccordant ainsi, sans aucune solution de continuité appréciable à des surfaces fixes définissant entre elles la partie rigide d'une trompette. Les caractéristiques de l'invention sont consignées dans la description détaillée qui suit montrant, à titre d'exemple non limitatif plusieurs formes de réalisation à l'appui des dessins annexés et de la représentation graphique de quelques résultats ex périmentaux. Fig. 1 et 2 montrent schématiquement un premier exemple de réalisa tion d'un haut-parleur en trompette perfectionné sui vant l'invention, reproduisant principalement la trom pette dans ses deux plans de symétrie, se coupant or thogonalement dans l'axe (x-x) du ciaphragmeO Fig. 3 fait voir à échelle amplifiée le détail de la partie princiX pale, mais non exclusivement caractéristique de l'invent tion, c'est-à-dire le dispositif transducteur comprenant le diaphragme suivant une coupe dans un plan quelconque conte nant l'axe de ce diaphragme, Figo 4,5,6 et 7 montrent approximatevement les sections de la trom pette suivant les Fig.l et 2 au niveau des plans N-IV, V-V, VI-VI et VII-VII, Fig. 8 est une représenthtion graphique reproauisant une série de courbe de réponse obtenues par des moyens connus dans l'axe du haut-parleur selon les Fig.l à 7, ces courbes étant valables en ce qui concerne leur allure générale pratiquement pour tout haut-parleur réalisable suivant l'invention. Fig. 9A montre schématiquement à échelle fortement amplifiée et se limitant à une de leurs moitiés symFrique, les par ties initiales de conduites répondant à différentes ca ractériqtiques géométriques par lesquelles il est obte nu une première série des courbes reprises à la Fig.8 jusqu'd l'aboutissement de la caractéristiques plate de la réponse pour toute la gamme, rig. 9B montre d'une façon similaire d'autres profils de telles parties initiales de la conduite d'ou résultent d'au tres courbes de réponse représentées à la Fig.8, permet tant d'obtenir l'expression voulue et contrtlée de la réponse des fréquences plus élevées, rig. lOÂ et l1Â représentent partiellement des variantes de réa lisation du haut-parleur perfectionné se prestant en particulier à une diffusion essentiellement circulaire ou éventuellement à secteurs et ca publies de fournir une courbe de réponse pratique ment plate pour toute l'étendue de la gamme, tandis que les Fig. 10B et 113 représentent d'une façon similaire des modifica tions du haut-parleur selon les Fig. lOA et llA, comportant des cohduites équivalentes à celles indiquées à la Fig.93 capables d'expression vo lontaires et contrtlées de la réponse acoustique dans la partie plus elevée de la gamme. Commençant par la ioint a'exécution de la Fig.3 reproduisant les parties adjacentes au diaphragme, le haut-parleur comprend un diaphragme creux en forme de coupole 10, supporté périphériquement par une suspension souple 12 appropriée(voir aussi le détail à la Fig.9A kA et G) solidaire d'une bobine 14, coopé rant avec un cl cuit magnétique de type courant. Ce circuit peut comprendre, par exemple, des composants 16 et 1E, tormant des expansions polaires et un aimant permanent annulaire 2C, les cavités de ce circuit pouvant être d'une manière connue remplles d' une matière phono-absorbante 22 en laine de verre ou autres. En face du diaphragme 10 est logée une paroi rigide (dénommée par la suite par simplification "paroi opposée") désignée par 24 et appartenant à un corps rigide 26 dont la surface extérieure définit, conjointement à la surface intérieure 28 d'un corps creux évasé 30 également rigide et ouvert de manière à délimiter d'une manière précise (dans les limites de la liberté de mouvement nécessaire) la périphérie de la partie utile du diaphragme 10, 1a trompette proprement dite, indiquée par (T). Tel que le montre le détail A et G de la Fig. 9Â, reproduisant les conditions géométriques du haut-parleur selon la Fig.l et ou la partie initiale plus étroite 32 de la paroi 28 se raccorde tangentiellement à la périphérie du diaphragme 10. La distance minimum entre le diaphragme et la paroi opposee 24 coïncide avec le point central (P) du diaphragme, soit sur l'axe (X-X). Cette aistance doit être avantageusement très faible et, dans la pratique, aussi réauite que possible et compatible avec l'amplitude maximum du mouvement axial prévu pour le diaphragme lors de son fonctionnement. A partir de ce point prend naissance une conduite, généralement aesignée par (C) de section progressivement croissante et qui se prolonge sans la moindre déviation apréciable à l'exception faite de la courbure de grand rayon des surfaces opposées dans la trompette (T).La terminologle coarnte ne suggère aucune expression approppiée à définir une conduite de ce type parce que, dans sa position initiale s'étendant jusquau contour du diaphragme, elle peut & re considérée soit comme une 1,chambre11 dans laquelle opère le diaphragme, soit la partie initiale de la trompette dans laquelle s'effectue la propagation.. La géométrie de cette conduite, indépendamment du fait qu' elle est rectiligne ou curviligne (pour autant qu'elle présente de grands rayons de courbure par rapport à la section de la conduite avec rapport déterminé par la plus haute fréquence à transmettre) satisfait aux fins de la réponse optimum aux différentes fréquences. A titre d'exemple voici quelques résultats obtenus au cours d'essais effectués sur des haut-parleurs perfectionnés suivant 1' invention, destinés à fonctionner dans la gamme comprise entre lKc et 14,5 gc. Ces haut-parleurs sont appelés à fournir un rendement de haute fidélité, tout en garantissant une large marge de sécurité même en cas de surcharge. Ils comprennent une unité magnéto-dynamique avec une densité de flux de 14 000 Gauss, dans l'intervalle d'air. Le diaphragme est réalisé en alliage léger d'une épaisseur de 0,05 mm,et la bobine est formée d'un enroulement de 36 spires de fil de cuivre de 0,1 mm sur deux couches.La calotte sphérique du diaphragme présente le diamètre utile de 34 mm et la masse globale de l'équipement mobile est de l'ordre de 0,45 g environ. ta résonance naturelle du système mobile sur l'unité atteint 3Kc environ. Cette unité magnéto-dynamique, combinée avec une trompette de fréquence de coupure établie à la valeur de 800 Hz, a été liée à des parois opposées de profil différent et précisément de manière à former des conduites répondant aux reproductions de détail données aux Fig. 9k et 93 dans lesquelles la distance entre le diaphragme 10 et la paroi opposée se modifie de cas en cas dans le sens que, de la condition géométrique limite donnée à la Fig.9A (A) dans laquelle ladite distance était constante sur la quasi totalité de la surface du diaphragme (dans la pratique jusqu'au point (D), a passé progressivement à la condi tion géométrique donnée à la Fig,9A (G) (correspondant à celle de la Fig. 3). Dans la représentation graphique de la Fig.8 les courbes a),b)...g) correspondent aux courbes de réponse obtenues entre ces différentes conditions géométriques A),B),..G) données à la Fig.3À. I1 y a lieu d'observer que, tandis que dans les conditions montrées à la Fige 9A (A), la réponse tombe considérablement déjà à partir de 7 Kc environ (courbe a), la réponse s'étendant sans tomber pour des fréquences de plus en plus élevées, jusqu'à pouvoir atteindre une platitude notable sur toute son extension à la condition géométrique représentée à la Fig. 9k (G) (courbe g).Ainsi se trouve démontré l'importance de la progression de la distance entre les parois opposées (fixe et mobile, mais d'une manière équivalente, aussi dans le cas de parois opposées étant toutes les deux mobiles) dans le sens de la propagation et du fait que la conduite présente des réductions de section ou des variations brusques de direction. En augmentant convenablement la distance entre ces parois il a été constaté qu'à partir du point (P) et procédant vers l'extérieur, par exemple en adoptant les conditions géométriques données à la Fig.93, tout en maintenant la condition de 1'augmen- tation progressive de la distance entre les parois, il est possible d'obtenir dans une large mesure et pratiquement à volonté t une augmentation de la réponse aux fréquences plus élevées En effet, aux conditions géométriques de la Fig. 9B (H et I) correspondent les courbes de réponse h) et 1) de la représentation graphique de la Fig.8. ta possibilité obtenir volontairement et dans la mesure voulue une réponse plus élevée aux hautes fréquences, peut ttre très utile et intéressante, par exemple pour obtenir des effets brillants dans les exécutions musicales, en particulier quand elles sont effectuées dans des conditions d' enveronnement qpéciales. Les Fig.l à 7 montent une solution paticulièrement intéressante d'un haut-parleur, dont la trompette (T) se développe, en partant d'une torve annulaire dans ses parties adjacentes au diaphragme (au niveau VII-VII), à une forme en bouche allongée et incurvée dans un plan orthogonal à l'axe (x-X) (au niveau lV-1V), passant par des sections d'évolution progressive, mais tout en maintenant la constance de parcours par l'augmentation de surface de chaque section dans les plans contenant l'axe.Par ailleurs d' autres solutions équivalentes pour dlffuser dans de différentes conditions sont possibles, par exemple par diffusion circulaire à développement complet ou éventuellement par secteurs. Les lig.lOA et lIA se rapportent à des exemples de hautparleurs répondant aux conditions indiquées ci-dessus, aptes à fournir des courbes de réponse du type indiqué à la Fig.8 (g) qui sont éminemment plates pour toute la gamme, soit entre les génératrices d'une surface conique et respectivement dans le plan axial (X-I) du haut-parleur. Dans l'exemple de la Fig.lOA, le haut-parleur comprend un diaphragme 10 et une unité magnéto-dynamique équivalente à celle des exemples décrits précédemment, avec la seule différence que la trompette (T') est prévue pour une diffusion essentiellement dans un ctne à ouverture large, les parois rigides de la trompette se raccordant dans les conditions précédemment décrites à la courbure du diaphragme 10 et à celle de la paroi oppo eée 24'. Dans la forme de réalisation de la Fig.llA, le hautparleur pour diffusion circulaire et éventuellement à secteurs, comporte un diaphragme 110 convexe, opérant en opposition avec une paroi opposée 24" formant avec celle-ci une conduite C", correspondant fonctionnellement à celle de la Fig. 9À (G), fournit par conséquent une courbe de réponse eenwSblement plate pour toute la gamme (Fig.8(g).Ici la irogression géométrique dans les diftérentes sections de cette conauite h été obtenue par la courbure du seul diaphragme 110. En modifiant ces courbures, soit du diaphragme, soit de la surface opposée, fixe ou éventuellement mobile, il est toujours possible d'obtenir d'une manière contre lée les conditions de réponse acoustique désirées Ainsi le hautparleur de la Big.lOA peut être modifié comme représenté à la Fig. 103, en changeant leprofil de la paroi opposée (24'a) pour obtenir une courbe de réponse comme indiqué à la Fig.8 (h), la conduite (C'a) étant équivalente à celle de la Fig. 33 (H). D'une façon similaire, le haut-parleur de la Fig.llA peut être modifié comme représenté à la Fig.llS, en donnant à la paroi opposée 24"a une convexité telle que la conduite C"a intéressée devienne équivalente à celle de la Fig. 93 (I), en obtenant une courbure de réponse considérablement expressive des hautes fréquences suivant la courbe de la Fig.8 (i).Les haut-parleurs à diffusion circulaire du type représenté aux Fig.llA et 113 ou équivalents, sont particulièrement intéressants par l'uniformité de la diffusion circulaire (éventuellement à secteur) due à la parfaite allure rectiligne de la direction de la propagation. En outre, ces haut-parleurs admettent plus aisément l'application des deux diaphragmes opposés, égaux ou différents et, dans un tel cas, les conduites et les trompettes correspondantes peuvent être considérées comme fonctionnellement séparées en deux parties, divisées par le plan idéal médian des dites conduites et des dites trompettes. Les haut-parleurs perfectionnés décrits et représentés peuvent subir des modifications en vue de leur amélioration au rythme des progrès techniques réalisés dans le domaine de la transmission auditive, tout en se maintenant dans le cadre délimité par l'invention. REvvmDICATItIAS 1.) Perfectionnement aux haut-parleurs en trompette, incluant au moins un tranducteur électro-mécanique, comportant au moins un diaphragme dont la surface utile est solidairement oscillante dans une direction essentiellement orthogonale au plan défini par le contour de la dite surface, caractérisé en ce qu'en op- position au diaphragme (lu) est disposée une surface dont la distance du diaphragme est minimum dans un poins (P) intérieur de son contour et augmente progressivement avec la distance de ce point, les surfaces du diaphragme et des surfaces oppo sée, se raccordant ainsi, sans solution de continuité, appré ciable à des surfaces fixes (24,26,30) entre elles, définissant la partie rigide de la trompette (T). 2.) Haut-parleur perfectionné suivant la revendication l,caracté risé en ce que la distance minimum ebtre les surfaces opposées correspondant essentiellement à l'espace nécessaire avec mar ge de sécurité pour le mouvement pulsatoire du ou des dia phragmes. 3.) Haut-parleur perfectionné suivant la revendication 1, caracté risé en ce que la conduite formée entre les surfaces opposées et se prolongeant dans la partie rigide de la trompette pré sente une allure sans diminution de section et sans brusques variations de direction. 4.) Haut-parleur perfectionné suivant une ou plusieurs des re vendications de 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des surfaces opposées dont la distance augmente progressivement, de manière à obtenir une courbe de réponse acoustique essen tiellement plate pour toute la largeurde gamme détermi née. 5.) Haut-parleur perfectionné suivant une ou plusieurs revendi cations de 1 à 3, caractérisé en ce qutil comprend des sur faces opposées dont la distance augmente progressivement de manière à obtenir une courbe de réponse acoustique dans la quelle la réponse est exprimée de manière contrtlée, en par ticulier à la partie plus élevée de la gamme déterminée. 6.) Haut-parleur perfectionné suivant une ou plusieurs des re vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un diaphragme concave en forme de coupole, une surface oppo sée convexe et une trompette, formant le prolongement de la conduite prenant son origine dans le point à distance mini mum de manière à obtenir une diffusion à secteurs. 7o) Haut-parleur perfectionné suivant une ou plusieurs revendi cations de 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dia phragme convexe en forme de coupole, une surface opposée pla ne ou convexe et une trompette rigide formant la prolonga tion de la conduite prenant son origine dans le point de dis tance minimum entre les dites surfaces du diaphragme et op posée, conformée de manière à obtenir une diffusion circulai re ou à secteur, dans un plan axial de ces surfaces.