Brevet FR2415408A1 — publié le 19790817

Pour réaliser un haut-parleur de très grande qualité on est obligé de reproduire une gamme très étendue de fréquences couvrant le spectre audible de I6 à 20.000 Hz. Destrès nombreux essais effectués jusqu'à ce jour, on arrive à conclure que pour le bas de la gaL1me les haut-parleurs électrodynamiques comportant une assez grande membrane à laquelle est fixée une bobine mobile plongée dans un champ magnétique intense, est encore le meilleur système de transducteur, mais si la puissance qu'il est capable d'absorber et sa membrane assez gian- de permettent de descendre-avec un certain-sendement à IO Hz, il est en général incapable de couvrir une gamme étendue dans l'aigu pour diverses raisons:: re sa sa masse est trop élevée et rendement s'effondre au dessus de I000 Hz. 20- la grande surface de sa membrane s'oppose à la transmission correctes de fréquences au delà de 300 Hz, par suite de la formation de nombreuses réflexions tant dans sa substance même (vibrations "nodales") (et vibrations en"cloches") que dans l'espace aérien dans lequel elle agit. On doit donc arrenter l'usage d'un tel haut-parleur vers 300 Hz, et faire usage d'un haut-parleur à membrane beaucoup plus petite pour couvrir le spectre au delà de 300 Hz. Nais rapidement, généralement au delà de 3000 Hz on se trouve dans la meme situation que précédemment et l'on est obligé d'avoir recours à un troisième haut-parleur dont la membrane soit suffisamment légère et d'une dimension telle, que l'on atténue au mieux les défauts dû aux vibrations nodales et autres; en outre la cohabitation des deux ou trois haut-parleurs dans la même enceinte, entraine de nouveaux incon vénients bien connus que nous ne décrirons pas; (intermodulation et. on- des stationnaires génératrices de résonances). L'inventeur a déjà réalisé et fait breveté dès 1926 des haut-par- leurs électrostatiques qui ont des qualités remarquables pour la re production des sons très aigus, du fait qu'ils échappent à tous les défauts des membranes des haut-parleurs électrodynamiques, ce oui leur permet des reproductions beaucoup plus linéaires. La présente invention constitue une espèce de synthèse des modèles précédemment brevetés par l'inventeur, à savoir: I - Chaque haut-parleur est logé da'.r une encense séparée afin d'éviter tout effet d'intermodulation entre les haut-parleurs. Ces en ceintes sont tubulaires afin d'éviter que les pressions acoustiques in ternes puissent se transmettre à l'extérieur par la mise en vibration des parois. 2 - On utilise un haut-parleur électrodynamique d'ne surface de membrane aussi grande que le permet une enceinte tubulåire,d'un diamètre compatible avec un encombre.nent acceptable par la clientèle, tout en airant une régularité suffisante jusqu'à 1000 Hz. 3 - Un hait-parleur électrostatique sur le principe de celui imaginé en I926, mais dont le rendement a été très amélioré et peut reprendre le relai depuis I000 Hz jusque dans l'extrème aigu. Nous allons décrire ci-dessous les civers procédés ployés et que nous revendiquons. IO - Haltt-Parleur basse médium- I1 se différencie de tout ce qui a été fait précédemment par le fait qu'il comprend deux culasses et deux bobines mobiles qui agissent sir le même diaphragme, lequel constitue un volume sphérique complètement clos et contenant les deux culasses comme on peut le voir sur la Pig. I les deux culasses I et 2 sont du type tout à fait classique et sont soudées dos à dos, dans ces conditions l'une des bobines sort du champ quand l'autre y pénètre plus profondément. Mème si l'on a eu soin de bien équilibrer les courses on peut admettre que les lignes de forces magnétiques dues à la forme des pièces polaires et aux fuites, ne restent pas équivalentes sur toute la course possible de la bobine mobile. Du fait du dispositif de l'invention on conçoit aisément que l'on bénéficie de l'effet "push-pull" bien connu dans les transformateurs B.F. de tous les spécialistes, car on peut esti mer que la même forme de champ magnétique se retrouve dans les deux culasses, on réduit donc ainsi la distorsion harmonique pour les très basses fréquences , et on peut obtenir de bonnes reproduction avec des amplitudes de mouvement pouvant atteindre 6 à 7 millimètres. 9ans l'exemple représenté sur la Fig. I le diaphragme est constitué nr deux calottes an matière plastique expansée 3 et 4 soudées par leur base en 5. Les bobinas mobiles sont collées dans deux cheminées 6 et 7. Dans ces cheminées deux colonnes 8 et 9 en métal non magnétique, prolongent les noyaux magnétiques des culasses I et 2 et viennent se fixer sur une enceinte perforée constituée par deux hémisphères très rigides IO et II. Dans ces conditions, diaphragme et bobines mobiles sont suspendues uniquement par les deux pièces ondulées classiques souvent dé non.ées "Spider", montés de la façon classique I2 et I3, ce qui donne une grande liberté de mouvement à l'ensemble mobile et supprime la partie flexible du bord de la membrane.Néanmoins il faut remplacer celleci par un joint à haute impédance acoustique avec l'enceinte fixe du haut-parleur, celle-ci est un tubez diamètre exact de la partie cylindrique par laquelle se termine les hémisphères perforés IO et II. Le diaphragme de son coté comporte une excroissance périphêrique,15 également cylindrique qui peut se déplacer à faible distance de la partie cylindrique I4. L'interval I4-I5 très étroit et assez haut, forme donc ce joint à haute impédance acoustique. Ce procédé avait déjà été breveté par nous en I926 ou I927 et ne fait donc pas partie e lui-même des présentes revendications, mais il permet la réalisation de ce qui précède et constitue donc une application nouvellenet n'est revendiqué qu'à ce titre. Avantages d nouveau dianragme. 10 pour toutes les très basses fréquences les deux bobines mobiles qui peuvent être montées en série ou en parallèles sont rigoureusement en phases et l'ensemble du diaphragme se déplace en bloc comme un piston. trace à l'absegoe de flecteur à la partie péripi'rique cn peut lui donner à quelques millimètres près, le diamètre de l'enceinte, donc la surface maximale permise par l'en cambrement et l'on gagne e ce fait au moins un tiers sur les haut-parleurs classiques. 2 - Au fur et à mesure que la fréquence monte l'air occlus dans le diaphragme en asservit toutes les parties avec la même phase car les dimene siens sont trop petites devant les longueurs d'ondes à reproduire, il ne se forme donc pas de vibrations "nodalest' ou en "cloches" et l'hémis sphère qui rayonne le son à l'extérieur engendre une onde homogène et sphérique. Si la fréquence s'élève encore on peut alors s'arranger pour que lorsque les longueurs d'ondes sont plus petites que les dimensions du volume interne, dissocier les deux bobines mobiles.Si par exemple elles sont montées en série, on peut shunter la bobine inférieure par une capaaité, ce qui la rend inefficace au dessus de 400 Hz.L'impédance électrique du haut-parleur s'en trouve abaissée, ce qui augmente le rendement de la bobine supérieure. On peut alors augmenter les amplitudes de la calotte supérieure, en entourant sa base de corrugations venues de moulage ou en incisant la matière du diaphragme à l'extérieur -I6- et à l'intérieur -I7- ce qui crée un découplage élastique avec la partie inférieure du diaphragme, et réduit considérablement la masse active pour les hautes fréquences, ce qui permet d'utiliser le transducteur sur un spectre plus étendu et d'éviter ainsi l'usage d'un haut-parleur mBC dium. On ne pratiquera pas ces entailles si l'on préfère cette dernière solution. On pourrait craindre encore que la suspen-ion du diaphrag.me n'entraine un phénomène de résonance, malgré l'amortissement apporté par le joint à haute impédance acoustique; dans ce but, la cavité circulaire -I8- a été remplie de laine de verre qui introduit un fort amortissement et évite la solution couteuse, que nous préconisions dans un de nos brevets de 1927 consistant à asservir la membrane par contreréaction.Cette masse de laine de verre ne joue pas pour les fréquences assez élevées, car elle est découplée par son élasticité même, au contact de la cavité, mais par contre au fur et à mesure que la fréquence s'abaisse, cette élasticité s'efface et le couplage avec le contenant augmente et sa masse s'additionne de plus en plus à la masse générale, et abaisse de plus en plus la fréquence propre et par conséquent étale la bosse dans la courbe de réponsevet l'amortie considérablement. Pour améliorer encore cette particularité, l'onde arrière captée par le tube enceinte -I9- est canalisée dans un labyrinthe visible rig 4, comme nous l'avons défini dans un de nos brevets précédentes, déposé en I928; en l'occurence ce labyrinthe est constitué par des tubes concentrai; ques -I9-28- terminés par des réflecteurs à 45 -29-30-31- faisant passer succéssivement le son d'un tube à l'autre .On obtient ainsi un trajet de plusieurs mètres pour l'onde arrière, et un grand amortissement dû au faible intervalle et à la grande surface totale des tubes longés par l'onde sonore sa section du labyrinthe est néanmoins calculée pour ne pas augmenter trop l'impédance arrière du haut-parleur.La masse d'air mise en mouve ment pour les plus grandes longueurs d'ondes, charge encore le diaphra gme et abaisse encore sa résonance de suspension. Au total celle-ci peut s'abaisser vers 16 Hz avec un labyrinthe d'environ 5 à 6 mètres, ce qui maintient le rendement du haut-parleur jusqu'aulx plus basses fréquences de ltorgue;; un tel haut-parleur grace à ses deux bobines mobiles peut recevoir une énergie double d'un modèle conventionnel, et pourra repro duire avec une bonne énergie, un coup de grosse caisse en respectant le fondamental. I1 est particulièrement bien adapté sur un amplificateur de puissance à transistors d'une centaine de watts, logé dans le haut-par leur lui-même, ce qui permet d'en régler la courbe aux très basses fré- quences par un système de contre réaction très simple afin d'obtenir une courbe de réponse aussi droite que possible. Un filtre à l'entrée de ltamplificateur limite cette réponse dans l'aigu. Haut-parleur aigu- Comme il est dit plus haut, il est du type élec trostatique à trois armatures "Push-pull". La figure 2 indique son mode de réalisation. Pour qu'un haut-parleur statique soit suffisamment puis sant il est nécessaire que sa surface soit assez grande, mais alors son effet directionnel devient intense aux très hautes fréquences et très gênant en stéréophonie. Pour éviter cet inconvénient, le présent haut parleur comporte deux caractéristiques conjointes. IQ- La surface ne doit pas être plane mais hémicylindrique pour rayonner le son sur toute la surface d'écoute d'une manière homogène. Dans le sens vertical la hauteur de la membrane est assez grande pour provoquer une polarisation du champ sonore suffisante, pour que le rayon nement n'atteigne le plafond de l'auditorium que vers le fond et ne provoque pas une dispersion gênant l'effet stéréophonioue. 20- Les dimensions étant donc stictement limitées en fonction des longueurs d'ondes à reproduire, on a superposé plusieurs élérients connu portant chacun les deux armature fixes, polarisées cogvenablement par rapport à une membrane mobile. Sur la -ig. 2 qui représente le dispositif vu en coupe il y a trois armatures fixes -20-2I-22- et deux membranes mobiles -23-24-. Ces membranes constituées par des feuilles de plastique excéssivemnt minces et métallisées, ont une masse insignifiante devant laquelle la masse de l'air devint prépondérante, en outre les armatures fixes perforées et très proche obligent l'air à circuler dif ficilement à cause des obstacles fouinés. Si l'on veut augmenter la puissance du iaut-parlsur, il faut ou- voir lui faire absorber une énergie électrique correspondante d'ou la nécessité de faire travailler 2 ou 4 membranes les une derrières les autres pour arriver à augmenter pression et amplitude. La Fig.3 donne le schéma général du couplage des armatures sur un ampli à tubes, avec son circuit d'excitation, tel qu'il est utilisé dans l'invention. Le couplage de chacune des armatures du H.P. statique et la polarisation des membranes, positive ou négative par rapport à la tension moyenne de plaques, est combinée de telle sorte que les quatre membranes se dépla cent dans le même sens pour une alternance donnée. On peut augmenter encore dans l'extrème aigu le rendement du haut parleur statique, en découplant les armatures fixes postérieures à l'ai de de selfs inductances, pour compenser la désadaptation du haut-parleur par suite de sa réduction d'impédance progressive, au fur et à mesure de l'augmentation de la fréquence. Dans ce cas au dessus de I200 Hz par exemple, seule la membrane de façade se trouve actionnée. Si l'on incor pore l'amplificateur dans l'enceinte du haut-parleur, comme c'est le caS on pourra en outre, comme pour les très basses fréquences, apporter des corrections fixes dans l'amplificateur par filtrage, qui donneront une linéarité exemplaire à cette région du spectre. Enceinte du haut-parleur statique est constituée par un tube à axe horizontal -26- au dessus du haut-parleur basse et le plus près pos sible.La pression des basses sera équivalente sur les deux faces du haut-parleur statique et n'engendrera pas d'intermodulation. Toutefois pour éviter à l'arrière une réflexion nuisible à la bonne définition du son et à ses transitoires, l'arrière du tube sera avantageusement bourré de laine de verre -27- ou autre substance analogue. La Fig. 4, représente enfin l'assemblage général du haut-parleur vu en coupe. On remarquera l'enceinte tubulaire extérieure -I4- les tubes concentriques formant les cinq passages du labyrinthe -I9 et 28les réflecteurs à 450 -29-30-3I-, le haut parleur basse électrodynamique -IO et Il-, l'amplificateur basse -32- à transistors; l'amplificateur à tubes du haut-parleur aigu -25- et dans le socle les organes d'alimentation des amplificateurs -33-. Une grille cylindrique unique -34masque les deux haut-parleurs. Deux enceintes identiques placées dans les angles d'une pièce, peuvent donc donner une audition stéréophonique à partir d'un ensemble de source de modulation comportant un préamplificateur unique stréophoni- que, avec tous les réglages utiles. Chaque haut-parleur étant relié par une ligne à deu conducteurs, à chacune des voic, et aboutissant dans le haut-parleur à un filtre de répartition, entre l'amplificateur des basses et l'amplificateur aigu. Ce haut-parleur pourra ctre utilisé 3s1 bien pr un amateur dans un salon, dont il ne dépare pac l'esthé- que, que pour des besoins professionnels tels que cabine e contrôle de prise de son, de radio, ou d'enregistrement de disque. Pour de grandes salles, on pourra en accoupler une paire en les plaçant tête-beche l'un au dessus de l'autre, afin nue les haut-parleurs statiques soient très près l'un de l'autre et que le haut-parleurs dvnamiques soient en phase l'un avec l'autre; on pourra dans ce cas, a l'intérieur de leur enceinte, donner une certaine inclinaison aux hautparleurs statiques, our que celui du bas plonge légèrement sur le parterre de la salle et celui du haut, w soit dirigé vers le balcon. REVENDICATIONS: Enceinte de rerroductiin sonore à haute fidèlité carac térisée en ce qu'elle comporte: I - Haut-?arleur comprenent deux saladiers et deux bobine mobiles montés symétriquement par rapport à deux culasses et liés à un diaphragme clos sensiblement sphéro-cônique suspendu par les deux speeders habituels, le joint acoistioue entre le diaphragme et l'enceinte étant assuré par un intervale trè-s étroit en forme de couronne cylindrique entre l'ensemble des saladiers et du diaphragme. 20- Haut-parleur selon les revendications I~ caractérisé en ce que le diaphragme est constitué par deux calottes en matière plastique expansée de très faible densité soudées par leur base et comportant une ou plu- sieurs cavitées pouvant être remplies par un matériau de remplissage par exemple une laine minérale modifiant l'amortiase-.ent dy système. 30 Diaphragme du haut-parleur selon les revendicatians précedentesç caractérisé en ce qu'il comporte des fentes circulaires I6- I7- diminuant le couplage mécanique entre la calotte supérieure et la masse équatoriale du diaphragme et de la bobine mobile inférieure, cette der nière bobine mobile étant shuntée par un filtre passe haut. 4 .- Enceinte selon les revendications précédentes caractérisée en ce que le haut-parleur est placé au dessus d'un labyrinthe acoustique, destiné à absorber l'onde produite par la calotte inférieure et constitué par le procédé connu de tubes concentriques reliés entre eux par des réflec teurs à 450 5 - Enceinte selon l'une des revendications précédentes, etv caractérisée n ce qu'elle comporte un haut-parleur électrostatique à une deux ou n armatures pour la reproduction des fréquences supérieures à I000 herz 6 - Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu les amplificateurc adaptés au système électre-acoustioue sont logés à l'intérieur de l'enceinte.