Brevet FR2450020A1 — publié le 19800919

Haut-parleur électrodynamique à moteurs multiples. La présente invention concerne les instruments du type 1,Haut- parleur" destinés à transformer les variations d'un courant électrique en une variation de pression acoustique engendrant une onde sonore. Les dispositifs connus de ce genre utilisent le même principe physique de fonctionnement mais dans des conditions techniques plus critiques. Le moteur est généralement constitué par un bobinage cylindrique de fil conducteur baignant dans un champ magnétique à géométrie radiale. La bobine est rendue solidaire par collage de la membrane de forme le plus souvent conique. Le principal incon vénient d'un tel montage est que la force motrice est appliquée localement sur la membrane induisant des contraintes trés importantes, cause de deformations non linéaires du cône qui rendent le transducteur infidèle dans la reproduction du son.Certains dispositifs utilisent des membranes plus rigides par adjonction d'éléments raidisseurs mais l'inconvénient d'une telle approche est qu'elle conduit à un alourdissement de l'ensemble mobile diminuant dans de grandes proportions le rendement du transducteur. Ces hauts-parleurs, utilisant comme moteur une bobine, sont dans tous les cas caractérisés par une impédance électrique à forte composante selfique, ce qui les rend difficiles à adapter correctement au générateur chargé de les alimenter. En outre, ce type de moteur est sujet à des contraintes thermiques importantes pouvant entrainer une déformation permanente de ltéqui- page mobile. En effet la puissance thermique développée par Effet Joule dans la bobine étant dissipée par le mandrin support du conducteur dont la surface en contact avec l'air est nécessairement réduite, ou atteint couramment des températures élevées au niveau de la bobine ce qui limite la puissance admissible par un hautparleur classique. Le dispositif suivant l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Dans celui-c-i, en effet, la force électromagnétique est appliquée suivant un grand nombre de segments de directions différentes tendant à uniformiser les contraintes dans la membrane rendue par ailleurs plus rigide par l'utilisation d'une structure constitutive alvéolaire. Le conducteur tétant pas bobiné sur luimême, la composante réactive de l'impédance du dispositif est négligeable. Dans cette description, le conducteur deposé sur les nombreuses cellules de la structure est en étroit contact thermique avec un dissipateur de grande surface puisque constitué par l'en- semble de la structure alvéolaire et de la membrane. La puissance électrique admissible n'est donc plus limitée par ltéchauffement de l'équipage mobile. Le dispositif, objet de 11 invention comporte un premier moyen cons titué par une structure alvéolaire fermée sur une face dite membrane et ouverte sur l'autre face dite moteur. Ce premier moyen est -rendu partiellement ou totalement conducteur de ltélectricité par dépôt d'un matériau adéquat sur la structure alvéolaire. L'ensemble ainsi défini est rendu solidaire d'un support par ltin- termédiaire d'une suspension élastique lui permettant de se déplacer dans une direction perpendiculaire au plan de la face membrane tout en exerçant une force de rappel proportionnelle à l'amplitude du déplacement. Un second moyen solidaire du support est destiné à créer un champ magnétique de géométrie superposable à la structure de base. Une force électromagnétique produisant un déplacement du premier moyen est engendrée lorsque celui-ci, plongé dans le champ magnétique crée par le second moyen est parcouru par un courant électrique. Selon une réalisation de l'invention, le premier moyen est une structure alvéolaire en nid d'abeille expansée ou moulée sur laquelle est rapportée par soudure ou collage une face membrane constituée soit d'une simple feuille métallique ou de papier ou de plastique soit d'une plaque mince obtenue par la superposition de matériaux alvéolaires et de feuilles minces. Dåns le cas d'un collage non conducteur d'électricité et d'un nid d'abeille métallique,celui-ci peut être utilisé comme conducteur du courant électrique. Dans d'autres réalisations, on dépose un isolant sur la tranche du nid d'abeille opposée à la face membrane puis un conducteur sur cet isolant. Le second moyen peut être réalisé par l'association d'aimants, à raison d'un par cellule; les aimants entourant la cellule et celui se trouvant au centre de celle-ci sont dimensionnés et orientés de telle sorte que les lignes de courant dh champ magnétique résultant soient orthogonales aux lignes de courant du champ électrique dans la cellule. Dans une autre réalisation, des pièces polaires de forme déduite de celle de la cellule, associées à un ensemble d'aimants parallèlépiprédiques, sont assemblées pour obtenir un champ magnétique orthogonal au champ électrique porté par le premier moyen. L'entrefer ménagé entre les aimants ou les pièces polaires est calculé pour que le nid d'abeille puisse se déplacer librement et sans frottement à l'intérieur de cet agencement. Le débattement maximum permis par la suspension est tel que le conducteur porté par le nid d'abeille ne sorte pas de l'entrefer des aimants. On appelle " Transparence à l'onde arrière" le rapport algèbrique de la surface de la membrane a la surface occupée par les aimants et le support : Transparence SurPace membrane Surface aimants-support Dans toutes les réalisations, le support et le premier moyen sont tels que cette grandeur est supérieure à 2. Ceci afin d'assurer une émission satisfaisante de l'onde engendrée par la face arrière d l'ensemble mobile. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention.(voir Fig.-1 & ) Tel qu'il est représenté,le dispositif comporte un support 5 sur lequel sont fixée des aimants 4 créant un champ magnétique au sein duquel se déplace le conducteur 3. Ce conducteur est déposé sur la structure alvéolaire 1 et alimenté par le courant d'excitation- grâce à des fils souples 7 traversant la suspension. La membrane 2 est rapportée sur la structure 1 et l'ensemble est astreint à des déplacements dans une direction perpendiculaire au plan de la membrane par la suspension périphérique 6 fixée d'une part sur la membrane et d'autre part sur le support. Lorsqu'un courant alternatif alimente le dispositif, une force élac tromagnétique agit sur le conducteur 3 et fait se déplacer l'ensem- ble ,2,3, créant ainsi une dépression acoustique reflet du courant de commande. Comme pour tout haut-parleur à membrane, on associera au dispositif une enceinte acoustique appropriée. La nature et la dimension du conducteur dépend du choix retenu pour la réalisation du dispositif;soit Ec l'épaisseur du conduc teur dans le sens du déplacement et E ltépaisseur de l'entrefer e du champ magnétique.Suivant la valeur du rapport Ec/Ee,on définit deux modes distincts de fonctionnement.Le fonctionnement dit à bobine courte et large entrefer" est caractérisé par un rapport EC/Ee inférieur où égal à 0,3 (voir fig. 3a);;dans ce cas le conduc teur est localisé sur la face moteur de la structure et la suspen sion est telle que le conducteur a la possibilité de se déplacer dans tout ltentrefer dtépaisseur E sans toutefois en sortir.Tout e type de matériau conducteur peut être choisi pour une réalisation de ce type à condition que l'impédance globale du dispositif soit compatible avec l'application envisagée.Dans une réalisation de l'invention une couche de carbone aggloméré ou de polymère conducteur est déposée en faible épaisseur sur la face moteur et constitue le conducteur électrique.Le fonctionnement dità bobine longue et entrefer étroitest caractérisé par un rapport EC/Ee supérieur ou égal à 3 (voir fig.3b);;dans ce cas le conducteur dépasse toujours de par et d'autre de l'entrefer quelquesoit l'am- plitude du déplacement.Une réalisation de l'invention dans-ce cas est taite à partir d'un nid d'abeille métallique parcouru dans la totalité de son épaisseur par le courant électrique. Soit E4,?, les vecteurs respectivement représentatifs des directions suivantes:expansion de la structure,courant électrique global dans la structure,champ magnétique global.On distingue 2 classes de dispositifs suivants les directions relatives données àces trois vecteurs.La première où i est colinéaire à Exp donne un mode de fonctionnement dit "longitudinal".La seconde où i est orthogonal à Exp conduit à un mode de fonctionnement dit trans- versal".Les figures 4,5,6,7 donnent des exemples de dispositifs pour des structures en nid d'abeille à cellules héxagonales et rectangulaires.-Dans les cas reportés sur ies figures 4et7 le fonctionnement est "transversal'1 ,dans les cas 5et6 le mode est "longitudinal". Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où on désire transformer un courant électrique alternatif en une onde sonore et tout particulierement lorsque la fidélité de la reproduction est recherchée et ce à un niveau acoustique pouvant être important. Il peut être avantageusement utilisé en remplacement des hautparieurs classiques dans la reproduction sonore à haut e- fidélité et à haut niveau dans le cas de sonorisations de grands espaces. REVENDICATIONS 1-Haut-parleur électrodynamique caractérisé par le fait que la force motriceappliquée à la membrane est crée par plusieurs moteurs électrodynamiques en vue de solliciter uniformément l'ensemble mobile. 2-dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à créer l'onde sonore est une structure alvéolaire jouant simultanément le rôle de membrane et de moteur. 3-dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la structure alvéolaire est un nid d'abeille. 4-dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la structure est utilisée comme conducteur du courant électrique. 5-dispositif selon la revendication z caractérisé par le fait que la structure est utilisée comme support d'un conducteur électrique rapporté sur sa face moteur. 6-dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le conducteur est une couche de carbone aggloméré. 7-dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le conducteur est un dépot de polymère conducteur. 8-dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le conducteur est un film métallique 9-dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à créer le champ magnétique est un ensemble d'aimants disposé suivant une trame identique à celle de la structure alvéolaire. 10-dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à créer le champ magnétique est un ensemble de pièces polaires associé à desdimants.