Brevet FR2503516A1 — publié le 19821008

1.i La présente invention concerne un haut-parleur électro- dynamique pour les fréquence basse et medium du spectre sonore, comprenant une membrane vibrante reliée fonctionnellement à une bobine mobile qui est disposée dans l'entrefer d'un cir- cuit magnétique à aimant permanent et qui est parcourue par un courant variable représentant un signal électrique devant être converti en ondes sonores. Dans les haut-parleurs électrodynamiques connus, la membrane se présente habituellement sous la forme d'un cône et/ou d'un dôme qui, lorsqu'il entre en vibrations émet des sons dans une direction privilégiée. Il en résulte que, pour une écoute stéréophonique ou quadriphonique parfaite, les haut-par- leurs doivent être orientés de telle façon que les ondes sonores qu'ils émettent convergent en un point,et l'auditeur doit se placer au point de convergence. Ceci entraîne des limitations quant aux possibilités de placement des haut-parleurs et au nom- bre d'auditeurs qui pourront se trouver dans une situation d'écoute favorable. En outre, les haut-parleurs doivent être montés dans des caisses ou "baffles" soigneusement-étudiés et qui sont souvent encombrants et augmentent sensiblement le prix d'une installation stéréophonique. En outre, on sait que la puissance acoustique totale d'un haut-parleur est proportionnelle à sa surface émissive, au carré de la valeur du déplacement (élongation) de la membra- ne et au carré de la fréquence. Or, dans un haut-parleur classi- que, la membrane conique agit essentiellement comme un piston et sa surface émissive est proportionnelle au carré du diamètre du cercle formant le bord périphérique externe de.la membrane. En conséquence, aux basses fréquences et pour un diamètre exté- rieur donné de la membrane conique, l'amplitude de déplacement D de la membrane doit être grande pour obtenir une grande puissance acoustique. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvé- nients susmentionnés des haut-parleurs connus en fournissant un hautparleur électrodynamique pour fréquences basses et medium, qui soit omnidirectionnel- et qui, pour un diamètre extérieur donné de la membrane, ou bien permette d'obtenir une puissance acoustique plus grande que celle des haut-parleurs connus à amplitudes égales de déplacement des membranes, ou bien ne nécessite qu'une amplitude de déplacement de la membrane plus faible que celle des haut-parleurs connus à puissances acoustiques égales. A cet effet, le haut-parleur électrodynamique selon la présente invention est caractérisé en ce que la membrane vibrante a la forme d'une demisphère, et en ce qu'il est prévu une autre membrane vibrante également en forme de demi-sphère et reliée fonctionnellement à une autre bobine mobile qui est disposée dans l'entrefer d'un circuit magnétique à aimant permanent et qui est aussi parcourue par ledit courant variable, un support sensiblement en forme de disque, dans la région centrale duquel sont fixés les circuits magnétiques, chaque membrane hémisphérique étant disposée d'un côté du support en forme de disque, les bobines mobiles étant disposées coaxialement entre elles et au support en forme de disque de chaque côté de celui-ci, deux pièces rigides de transmission reliant chacune une des deux bobines à la membrane hémisphérique associée, deux dispositifs de suspension reliant chacun le bord périphé- rique d'une des deux membranes hémisphériques au support en forme de disque, l'ensemble étant tel que les deux membranes hémisphériques forment une sphère pulsante capable de vibrer dans deux directions opposées perpendiculaires au support en forme de disque, et des moyens d'équilibrage des pressions interne et externe à la sphère. De préférence, chacune des deux pièces rigides de trans- mission a la forme d'une calotte sphérique et est fixée par son sommet à la bobine mobile et par son bord circulaire à la mem- brane hémisphérique associée. S Grâce à une telle structure, le haut-parleur selon la présente invention, lorsqu'il est excité par un signal élec- trique, se comporte comme une sphère pulsante qui rayonne des ondes sonores de manière pratiquement uniforme dans toutes les directions. Il n'est donc plus nécessaire qu'un auditeur se pla- ce sur un trajet provolégié d'ondes sonores, ou à un point de convergence de plusieurs trajets privilégiés, ni de placer et d'orienter les haut-parleurs selon la configuration des lieux. En outre, la surface émissive du haut-parleur est sensiblement égale à la surface de la sphère formée par les deux membranes hémisphériques. En conséquence, pour un diamètre donné, la puissance acoustique totale du haut-parleur sera environ quatre fois plus grande que celle d'un hautparleur à membrane conique à amplitudes égales de déplacement des membranes, ou il suffi- ra d'une amplitude de déplacement de la membrane plus faible que celle d'un haut-parleur à membrane conique à puissances acoustiques égales. En outre, malgré leur diamètre relativement grand, les membranes du hautparleur ont une grande rigidité grâce à leur forme hémisphérique. Enfin, le haut-parleur n'a pas besoin d'être. monté dans un baffle, car il peut être simplement supporté par un pied approprié ou suspendu à une potence ou une console. On décrira maintenant deux formes d'exécution de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un haut- parleur conforme à la présente invention. La figure 2 est une demi-coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue partielle en coupe verticale montrant une autre forme d'exécution du circuit magnétique du haut-parleur et de sa plaque de support. Le haut-parleur représenté sur la figure 1 comprend deux membranes hémisphériques 1 et 2 reliées fonctionnellement à deux bobines mobiles 3 et 4, respectivement, qui font respectivement partie de deux ensembles moteurs 5 et 6 qui sont fixés dans la région centrale d'un support 7 en forme de disque. Les deux ensembles moteurs 5 et 6 sont identiques et tout-à-fait classi- ques, chaque ensemble moteur comprenant un noyau 8 en fer doux, un aimant permanent annulaire 9, concentrique au noyau 8, une culasse 10 en fer doux, qui est solidaire du noyau 8 et qui est en contact avec l'une des faces de 1' aimant 9, et une pièce polaire annulaire 11 en fer doux, qui est en contact avec l'autre face de l'aimant 9 et qui forme avec l'extrémité libre du noyau 8 un entrefer annulaire dans lequel la bobine 3 ou 4 peut se déplacer axialement. Chacune des deux bobines 3 et 4 est enroulée et fixée de façon classique, par exemple par collage, sur une carcasse cylindrique rigide 12. Un anneau de suspension classique 13, appelé "spider"*,assure la suspension et le centrage de la carcasse 12 et de la bobine 3 ou 4 dans l'entrefer annulaire, tout en permettant à ladite carcasse et à ladite bobine de se déplacer librement dans le sens axial dans ledit entrefer. Le support 7 montré dans la figure 1 comprend en fait deux plaques parallèles 14 et 15, en forme de disque, qui sont maintenues espacées l'une de l'autre par des entretoises 16. Comme cela est visible sur la figure 2 qui montre la moitié de la plaque 15, les entretoises 16 ont une forme allongée et s'étendent radialement entre les deux plaques 14 e-t 15, pour lesquelles elles jouent également le rôle de pièces de renfort. Les plaques 14 et 15 peuvent être en bois, en matière plastique rigide ou en un métal amagnétique. Les entretoises 16 peuvent faire partie intégrante des deux plaques 14.:et 15 ou être fixées par collage à l'une des deux plaques, l'autre plaque étant fixée par collage aux entretoises 16. Chacune des deux plaques 14 et 15 présente dans la partie centrale de sa face extérieure un logement circulaire 17 ou 18, dans lequel le circuit magnétique de l'ensemble moteur 5 ou 6 est encastré partiellement et collé. Ainsi, chacun des deux O35 15 ensembles moteurs 5 et 6 est parfaitement centré par rapport à la plaque 14 ou 15 correspondante et, comme les deux plaques 14 et 15 en forme de disque sont fixées coaxialement l'une à l'autre, les bobines mobiles 3 et 4 sont elles-mêmes coaxia- les entre elles et aux deux plaques 14 et 15. En outre, cha- cune des deux plaques 14 et 15 est pourvue d'un rebord annulaire périphérique 19 ou 20, qui peut faire partie intégrante de la plaque 14 ou 15 correspondante ou être fixé par collage sur la face extérieure de ladite plaque le long de son bord péri- phérique. Deux anneaux de suspension 21 et 22 sont fixés par collage d'une part aux bords périphériques extérieurs des deux membranes 1 et 2 respectivement, et d'autre part aux rebords 19 et 20 des plaques 14 et 15, respectivement, et ils assurent le centrage des deux membranes 1 et 2 par rapport aux plaques 14 et 15 et aux ensembles moteurs 5 et 6 qu'elles portent. Les anneaux de suspension 21 et 22 sont semblables à ceux d'un haut-parleur classique et ils permettent aux membranes 1 et 2 de se déplacer librement dans le sens axial. Les membranes 1 et 2 doivent être aussi légères que possible afin d'avoir la plus faible inertie possible, et elles doivent!être aussi rigides que possible afin de ne pas se dé- former en fonctionnement et éviter ainsi des modes de vibrations parasites. A cet effet, les membranes 1 et 2 peuvent être par exemple réalisées en carton selon la technologie classique ou en un tissu de coton ou de soie imprégné de vernis, par exemple un vernis nitrocellulosique. On a constaté que des membranes réali- sées de cette manière présentaient une bonne rigidité malgré leurs dimensions relativement grandes (le cdamètr-e des deux mem- branes hémisphériques était de 20 cm), cette bonne rigidité étant également due à leur foime hémisphérique. Chacune des deux membranes 1 et 2 est reliée à l'une des deux carcasses 12 par une pièce rigide de transmission 23 ou 24. Chacune des deux pièces de transmission prend perpendi- culairement appui sur la membrane 1 ou 2 correspondante à des endroits suffisamment éloignés de la région du sommet de ladite membrane pour que celle-ci se déplace ou vibre d'un seul tenant, sans se déformer sous l'action des forces qui lui sont appli- quées par la pièce de transmission 23 ou 24 en réponse aux déplacements axiaux de la bobine mobile 3 ou 4. De préférence, les pièces de transmission 23 ou 24 prennent appui respecti- vement sur les membranes 1 et 2 à des endroits tels que l'angle a i (fig. 1) soit compris entre environ 600 et 900. Comme les mem- branes 1 et 2, les pièces de transmission 23 et 24 doivent être les plus légères possibles de façon à présenter une faible inertie, et elles doivent être lesplus rigidespossiblesafin de ne pas se déformer et de transmettre intégralement les dépla- cements des bobines mobiles 3 et 4 aux deux membranes 1 et 2. Par exemple, les deux pièces de transmission 23 et 24 peuvent être en une matière plastique rigide ou en carton. En outre, comme cela est montré sur la figure 1, les pièces de transmis- sion 23 et 24 ont de préférence la forme d'une calotte sphéri- que, cette forme contribuant à leur donner une grande rigidité. Comme cela est montré sur la figure 1, chacune des deux pièces de transmission 23 et 24 en forme de calotte sphérique est fixée rigidement par son sommet à l'une des extrémités de l'une des deux carcasses 12 et par son bord circulaire à l'une des deux membranes 1 et 2, la fixation des deux pièces de transmission 23 et 24 aux carcasses 12 et aux membranes 1 et 2 pouvant être par exemple effectuée par collage. Par exemple le bord circulaire de chacune des deux calottes 23 et 24 peut avoir un diamètre de 10 cm. L'ensemble décrit ci-dessus est tel que, lorsque les bobines mobiles 3 et 4 sont excitées par un signal électrique devant être converti en ondes sonores, les deux membranes 1 et 2 se comportent comme une sphère pulsante, les deux bobines 3 et 4 étant connectées de telle façon que les deux membranes 1 et 2 vibrent dans deux directions opposées symétriquement par rapport au plan médian du support 7 en forme de disque. Des moyens doivent être prévus pour équilibrer les pressions interne et externe à la sphère formée par les deux membranes 1 et 2. A cet effet, des ouvertures 25 et 26, par exemple de forme circulaire, sont prévues respectivement dans les plaques 14 et 15 à des emplacements situés entre les entre- toises 16. Ainsi,les volumes d'air compris respectivement entre la membrane 1 et la plaque 14 et entre la membrane 2 et la plaque 15 sont mis en communication avec l'espace compris entre les deux plaques 14 et 15, cet espace étant lui-même en communication avec l'atmosphère extérieur à la sphère formée par les membranes 1 et 2, assurant ainsi l'équilibrage recherché. Toutefois, afin d'éviter que des ondes perturba- trices de pression ne rayonnent vers l'extérieur dans le plan médian du support 7, par suite des compressions et extensions alternées du volume d'air à l'intérieur de la sphère, un anneau 27 est disposé entre les deux plaques 14 et 15 dans la région périphérique de celles-ci. L'anneau 27 peut être par exemple réalisé en une mousse de matière élastique ou de matière plas- tique perméable à l'air de façon à permettre l'équilibrage des pressions interne et externe. Si l'anneau 27 n'-est pas suf- fisamment perméable à l'air, il peut être réalisé sous la forme d'un anneau ouvert de façon à ménager une ouverture permettant l'équilibrage des pressions. En outre, afin d'éviter la pro- duction d'oscillations parasites, des tampons 28 en mousse de matière élastique ou de matière plastique perméable à l'air sont disposés dans les ouvertures 25 et 26 des plaques 14 et 15. En outre, afin d'éviter les réflexions sur les faces externes des deux plaques 14 et 15, lesdites faces externes peuvent être revêtues d'un matériau absorbant approprié. Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, au moins l'une des deux plaques 14 et 15, de préférence les deux plaques, sont pourvues respectivement de pattes de fixation 29 et 30 disposées en regard l'une de l'autre et percées d'un trou pour permettre la fixation du haut- parleur à un pied de support (non montré) ou pour permettre de le suspendre à un support approprié. Le haut-parleur représenté partiellement dans la figure 3 est semblable à celui représenté sur la figure 1. C'est pourquoi les mêmes numéros de référence ont été utilisés pour désigner les éléments qui sont identiques à ceux de la figure 1 ou qui ont la même fonction. Le haut-parleur représenté sur la figure 3 diffère de celui représenté sur la fig. 1 par la structure du support 7 et par le fait que les ensembles moteurs et 6 ne forment qu'un seul bloc moteur. Comme cela est montré sur la figure 3, les deux noyaux 8 sont formés d'une seule pièce avec une plaque 31 en fer doux, de part et d'autre de laquelle sont respectivement fixés les deux aimants 9 avec une polarité appropriée. Le support 7 est constitué par une unique plaque 32 en forme de disque, qui est percée d'un trou circulaire 33 dans sa partie centrale. L'une des deux faces de la plaque 32 présente un logement circulaire 17 concentrique au trou 33 et apte à recevoir une collerette circulaire 34 qui fait partie intégrante de la plaque 31-. Le bloc 5, 6 est engagé dans le trou 33 et la collerette 34 est emboîtée et collée dans le logement 17, l'ensemble étant tel que le bloc moteur 5, 6 soit disposé symétriquement par rapport au plan médian de la plaque 32. Les deux rebords périphéri- ques annulaires 19 et 20 sont fixés par collage respectivement de part et d'autre de la plaque 32 ou font partie intégrante de celle-ci. Des ouvertures 15 sont prévues dans la plaque 32 pour permettre l'équilibrage des pressions de chaque côté de la plaque 32. Des tampons 28 en mousse de matière élastique ou de matière plastique perméable à l'air peuvent être dispo- sés dans les ouvertures 15. Pour permettre l'équilibrage des pressions interne et externe à la sphère formée par les deux membranes 1 et 2, au moins une ouverture est prévue dans chacun des deux rebords 19 et 20, par exemple dans la région de la patte de fixation 29. Au moins l'une des deux faces de la plaque 32 peut présenter entre lès ouvertures 15, des nervures radiales de renfort (non montrées) semblables aux nervures 16 de la fi- gure 2. De même, chacune des deux faces de la plaque 32 peut être recouverte d'un matériau absorbant. Dans les deux formes d'exécution qui ont été décrites ci-dessus, lorsque les deux bobines mobiles 3 et 4 sont excitées par un signal électrique devant être converti en ondes sonores, elles se déplacent dans des directions opposées et les mouve- ments des bobines sont transmis par les pièces de transmission 23 et 24 aux deux membranes 1 et 2 pour les faire vibrer et convertir ainsi le signal électrique en ondes sonores. Bien que les deux membranes 1 et 2 vibrent en sens opposés dans la direction axiale des bobines 3 et 4, on a constaté que les courbes de réponse du haut-parleur sont sensiblement les mêmes dans la direction de la flèche F ou de la flèche G de la figure 1 et 250351 e g dans une direction perpendiculaire à la direction précédente. Autrement dit, le haut-parleur est omnidirectionnel. Il va de soi que les formes d'exécution qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifica- tions peuvent être apportées par l'homme de l'art sans pour au- tant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que, pour éviter des réflexions d'ondes sonores entre chaque membrane 1 et 2 et la calotte sphérique 23 ou 24 y associée, le volume compris entre ces éléments peut être rempli d'une matière légère et absorbante, par exemple une mousse de caoutchouc ou de matière plastique. Dans le même but, chaque calotte 23 et 24 peut avoir le même rayon que la membrane 1 ou 2 y associée et être collée en contact avec elle non plus par son bord circulaire, mais par la totalité de sa surface sphérique afin de renforcer la partie centrale de la membrane. Dans ce dernier cas, la transmission des efforts mécaniques est effectuée par l'intermédiaire des carcasses 12 qui sont plus longues que dans le cas précédent et qui auront de préférence un diamètre plus grand, nécessitant des ensembles moteurs de plus grand diamètre que celui illustré dans la figure 1. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Haut-parleur électrodynamique pour les fréquences basses et médium du spectre sonore, comprenant une membrane vibrante (1) reliée fonctionnellement à une bobine mobile (3) qui est disposée dans l'entrefer d'un circuit magnétique (8-11) à aimant permanent (9) et qui est parcourue par un courant variable représentant un signal électrique devant être converti en ondes sonores, caractérisé en ce que la membrane vibrante (1) a la forme d'une demi-sphère, et en ce qu'il est prévu une autre membrane vibrante (2) également en forme de demi- sphère et reliée fonctionnellement à une autre bobine mobile (4) qui est disposée dans l'entrefer d'un circuit magnétique (8-11) à aimant permanent (9) et qui est aussi parcourue par ledit courant variable, un support (7) sensiblement en forme de disque, dans la région centrale duquel sont fixés les circuits magnétiques (8-11), chacune des deux membranes hémisphériques (1 et 2) étant disposée d'un côté du support (7) en forme de disque, les bobines mobiles (3 et 4) étant disposées coaxialement, entre elles et au support (7) en forme de disque de chaque côté de celui-ci, deux pièces rigides de transmission (23 et 24) reliant chacune une des deux bobi- nes (3 et 4) à la membrane hémisphérique associée, deux dispo- sitifs de suspension (21 et 22) reliant chacun le bord péri- phérique d'une des membranes hémisphériques (1 et 2) au support (7) en forme de disque, l'ensemble étant tel que les deux mem- branes hémisphériques (1 et 2) forment une sphère pulsante capable de vibrer dans deux directions opposées perpendicu- laires au support (7) en forme de disque, et des moyens (25,26) 25035 1 6 d'équilibrage des pressions interne et externe à la sphère. 2.- Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux pièces rigides de transmission (23 et 24) a la forme d'une calotte sphérique et est fixée par son sommet à la bobine mobile (3 ou 4) et par son bord circulaire à la membrane hémisphérique associée (1 ou 2). 3.- Haut-parleur selon la revendication 1 ou 2, caractéri- sé en ce que le support (7) est constitué par deux plaques parallèles (14 et 15), en forme de disque, qui sont maintenues espacées l'une & l'autre par des entretoises (16), chacune des deux plaques (14 et 155 comportant un rebord périphérique annulaire (19 ou 20) auquel est fixé l'un des deux dispositifs de suspension (21 et 22). 4.- Haut-parleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des deux plaques (14 et 15) comporte, dans la région centrale de sa face extérieure, un logement cir- culaire (17 ou 18) dans lequel l'un des circuits magnétiques (8-11) est encastré partiellement et collé. 5.- Haut-parleur selon la revendication 3 ou 4, caracté- risé en ce que les moyens d'équilibrage de pression sont cons- titués par des ouvertures (25 et 26) formées dans les deux plaques (14 et 15). 6.- Haut-parleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un anneau (27) en une matière perméable à l'air et/ou présentant une ouverture d'équilibrage de pression est disposé entre les deux plaques (14 et 15) dans la région périphérique de celles-ci. 7.- Haut-parleur selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le support (7) est constitué par une unique pla- que (32) en forme de disque comportant un trou central (33) et deux rebords périphériques annulaires opposés (19 et 20) auxquels sont respectivement fixés les deux dispositifs de sus- pension (21 et 22), et en ce que les deux circuits magnétiques (8-11) ne forment qu'un seul bloc qui est encastré et collé dans le trou central (33). 8.- Haut-parleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'équilibrage de pression sont constitués par des ouvertures (25) formées dans la plaque (32) et par au moins une ouverture formée dans chacun des deux rebords péri- phériques annulaires (19 et 20). 9.- Haut-parleur selon la revendication 5 ou 8, caracté- risé en ce que des tampons (28) en une matière perméable à l'air sont disposés dans lesdites ouvertures (25 et 26). 10.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le support (7) comporte une patte de fixation (29,30) permettant le montage du haut- parleur sur un pied ou sa suspension à un autre support.