Brevet FR2241942A1 — publié le 19750321

La présente invention concerne un haut-parleur du type électrodynamique capable de rayonner, dans la totalité du spectre sonore, des ondes acoustiques dont la linéarité, l'amplitude et la phase soient parfaitement controlées. Ce résultat est obtenu, selon présente invention, en utilisant une membrane conçue pour se comporter comme un piston indéformabIe dans toute la bande des fréquences à transmettre et en asservissant le mouvement de cette menbrane au-signal électrique à reproduire grâce à un capteur d'accélération solidaire de la membrane. On a déjà utilisé un capteur d'accélération lie mécaniquement à la bobine mobile d'un haut-parleur à membrane conique classique afin d'asservir les mouvements de cette membrane à un signal électrique( voir par exemple les brevets français n0 1 399 486 et 1 401 643 A. Cependant, comme cela est reconnu dans le texte de ces brevets, les résonnances parasites de l'équipage mobile limitent l'emploi de la méthode à des fréquen ces relativement basses, en général inférieures à 1 kilohertz. On a également cherché à réaliser des membranes à la fois légères et exemptes de résonnances parasites dans le spectre sonore en utilisant du polystyrène expansé ou toute autre matière analogue et en cherchant à répartir le plus uniformément possible la force motrice à la surface de ces membranes. Cette répartition est obtenue soit en utilisant un grand nombre de bobines soit en disposant ltélément conducteur en zig-zag ouen spirale à la surface de la membrane ( voir par exemple les brevets français n" 1 269 138 et 2 036 087 \.L'inconvénient de cette solution est qu'un tel haut-parleur, outre son pnx de revient élevé dû à la complexité du circuit magnétique, ne possède qu'un faible rendement. en raison du faible champ magnétique obtenu dans un entrefer de grande longueur. Dans un haut-parleur selon la présente invention, l'elimination des défauts des réalisations antérieures est obtenue en combinant une structure mécanique particulière de la membrane et une repartition judicieu se de la force motrice à la surface de cette membrane. La membrane est constituée d'un double sandwich dont la structure sera mieux comprise en se référant à la figure I qui en représente une coupe schématique. Elle comporte deux âmes du type nid d'abeille 2et 4, d'un modèle en alliage d'aluminium couramment utilisé en construction aéro nautique, emprisonnées et collées entre trois feuilles minces du même alliage 1, 3 et 5. Les ames en nid d'abeille sont disposées de façon que les rubans d'aluminium de l'une soient perpendiculaires aux rubans d'aluminium de l'autre. Cette disposition, conforme à la presente invention, permet d'obtenir une résistance au cisaillement uniforme dans toutes les directions du plan de la membrane. La colle est d'un type également employé en construction aéronautique et résistant particulièrement bien aux vibrations.Les caracteristiques du sandwich sont choisies en fonction des dimensions de la membrane que l'on veut réaliser et de la fréquence la plus élevée qu'elle doit etre capable de rayonner. Voici, à titre d'exemple non limitatif, des caractéristiques typiques d'une telle structure: maille du nid d'abeille 3 mm, épaisseur des parois 0. 036 mm, hauteur de chacune des deux âmes 3 mm, épaisseur de chacune des feuilles constituant les peaux du sandwich 0. 040 mm. La répartition de la force motrice à la surface de la membrane selon la présente invention, repose sur les considérations suivantes. I1 est connu qu'une membrane plane, vibrant sous l'action de forces perpendiculaires à son plan, est susceptible de subir des déformations importantes si ces forces sont périodiques et si leur fréquence est voisine de certaines valeurs f1 , f , f3 ....etc... appelees fréquences propres de vibration de la membrane. I1 se produit un phénomène de résonnance au voisinage de ces fréquences mais l'amplitude de la résonnance dépend de la répartition de la force motrice à la surface de la membrane. L'ampli tude de la résonnance à une fréquence fi peut en particulier devenir nulle pour une répartition convenablement choisie de la force motrice.Seule une répartition rigoureusement uniforme de la force motrice sur toute la surface de la. membrane élimine toutes les résonnances,mais une telle répartition n'est pas réalisable dans un haut-parleur électrodynamique. La structure sandwich selon la présente invention permet la réali sation de membranes circulaires dans les diamètres usuels, présentant l'avantage que seules leurs trois premières résonnances propres correspondent à des fréquences inférieures à 25 kilohertz. De ce fait, il suffit de réparti r la force motrice à leur surface de façon à eliminer ces trois résonnances, pour obtenir une membrane fonctionnant sans pratiquement se déformer dans toute la bande des fréquences audibles. Le mode d'application de la force motrice selon la présente invention peut être différent selon qu'on réalise une membrane de petit ou de grand diamètre. En effet, pour une membrane de structure conforme à la présente invention et de petit diamètre, seule la première fréquence propre est inférieure à 25 kHz. On élimine cette résonnance en applicant la forcemotrice à I'aide d'une bobine cylindrique unique dont le diamètre est choisi égal à celui du cercle nodal ( lieu des points immobiles ) correspondant à cette résonnance. Cette bobine est avantageusement constituée dzun fil d'aluminium émaillé enrobé lors du bobinage d'une résine du type époxy afin d'obtenir une bobine légère et rigide.Elle est ensuite collée sur l'une des faces de la membrane à I'aide d'une colle présentant les mêmes qualités mécaniques que celle employée pour la fabrication du sandwich. On obtient ainsi un équipage mobile de forme très simple dont la bobine peut aisément être placée dans l'entrefer d'un puissant aimant permanent de type classique. Pour une membrane de plus grand diamètre, il devient nécessaire d'éliminer les deux premières résonnances qui se produisent à des fréquen ces toutes deux inférieures à 25 kHz. On élimine la résonnance à la fréquen ce la plus élevée en utilisant deux bobines concentriques dont les diamètres coïncident avec ceux des deux cercles nodaux correspondant à cette résonnance. La résonnance à la fréquence inférieure est éliminée par un réglage convenable du rapport des forces motrices exercées par les deux bobines. Une façon commode et stable d'effectuer ce réglage, selon la présente invention, consiste à ajuster le rapport des champs magnétiques régnant dans les deux entrefers concentriques ou se déplacent ces bobines. Les deux bobines sont naturellement réalises et fixées comme il vient d'être dit lors de la description d'une membrane à bobine unique, sans que cette description donnée à titre d'exemple, présente un caractère limitatif quelconque. Enfin, pour une membrane de grand diamètre, il suffit selon la présente invention, d'utiliser deux bobines cylindriques concentriques de diamètres convenablement choisis et un réglage convenable du rapport des forces motrices exercées par ces deux bobines pour éliminer simultanément les trois premières résonnances propres, ce qui devient nécessaire lorsque leurs fréquences sont toutes trois inférieures à 25 kHz Grâce aux dispositions qui viennent d'hêtre exposées et font partie de la présente invention, le signal électrique fourni par un capteur d'accélé ration, par exemple un disque mince de pièzoxyde, collé au centre de la membrane, restera pratiquement en phase avec le courant circulant dans les bobines pour toute fréquence inférieure à celle de la première Çéson- nance propre non éliminée, c'est à dire dans tout le domaine des fréquences audibles. I1 devient ainsi possible d'utiliser ce signal, selon la présente invention, pour asservir le mouvement de la membrane au signal électrique à reproduire dans la totalité du spectre sonore. On peut ainsi étendre à tout le spectre sonore les avantages résultant de la commande du haut-parleur par un amplificateur asservi, à savoir : élimination des distorsions non linéaires, régularité de la réponse en fréquence . contrôle de l'amplitude et de la phase de l'onde acoustique émise. On montre sur la figure 2 une forme préférée mais non limitative de réalisation d'un haut-parleur conforme aux dispositions de la présente~ invention On reconnait sur cette coup e schématique, la membrane 6 qui porte les bobines 7 et 8 ainsi que le capteur d'accélération 9 . Le circuit magnétique utilise un aimant permanent annulaire 10 d'un modèle courant, produisant des champs magnétiques radiaux intenses et de sens opposes dans les deux entrefers annulaires concentriques destinés à recevoir les deux bobines. Le centrage et la suspension élastique de l'équipage mobile sont assurés par exemple à l'aide d'une bague annulaire souple 11.Le rap--- port des champs magnétiques dans les deux entrefers est par exemple ajusté à l'aide d'une mince lame d'air ménagée à la base du noyau central 12 et remplie de résine époxy une fois le réglage effectué. Le schéma électrique de principe d'un haut-parleur asservi selon la présente invention est donné à titre d'exemple non limitatif sur la figure 3 . I1 comporte un amplificateur de puissance 13 produisant le courant circulant dans les bobines du haut-parleur 14. Ct amplificateur possède deux entrées différentielles dont l'une reçoit le signal électrique à reproduire éventuellement corrigé par un filtre 15, l'autre le signal électrique provenant du capteur 9 préalablement amplifié et filtré par le circuit correcteur 16 .Ce circuit est réalisé selon des méthodes connues de l'homme de l'art afin de-procurer à l'asservissement obtenu une stabilité et des performances satisfaisantes. 1l comporte en particulier un dispositif limitant la bande passante du circuit de contre-réaction aux fréquences inférieures à 25 kHz et un dispositif produisant un retard de phase au voisinage de la fréquence de résonnance basse de l'ensemble constitué par l'équipage mobile et sa suspension élastique. Le filtre 15 est éventuellement utilisé pour obtenir la réponse en fréquence désirée compte tenu des conditions d'utilisation du haut-parleur. Les haut-parleurs selon la présente invention sont en particulier destinés à la réalisation d'enceintes acoustiques de haute qualité mettant à profit le contrôle de l'amplitude et de la phase des ondes émises sur la totalité du spectre sonore permis par cette invention. - REVENDICATIONS 1. Haut-parleur de type électrodynamique dans lequel on utilise une membrane de structure sandwich à âme nid d'abeille en alliage d'alumini um mue par une ou plusieurs bobines disposées et excitées de façon à éliminer les résonnances propres de l'équipage mobile situées dans le domaine des fréquences à reproduire. 2. Haut-parleur suivant la revendication 1 dans lequel un capteur d'accélération solidaire de la membrane fournit un signal électrique pouvant être utilisé pour asservir le mouvement de la membrane au signal électrique à reproduire dans tout 1 e domaine de fréquences à transmettre. 3. Ensembles constitués de un ou plusieurs haut-parleurs suivant les revendications 1 et 2 destinés à rayonner un signal acoustique possédant sur tout le spectre de~fréquences les caractéristiques désirées, en particulier en ce qui concerne la répartition spatiale ou angulaire des ondes émises.