Brevet FR2503515A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un haut-parleur pour les fréquences aiguès du spectre sonore, du genre appelé "tweeter", comprenant une membrane vibrante actionnée par un élément de commande capable de subir des variations rapides de dimensions dans au moins deux directions opposées en réponse à un signal électrique devant être converti en ondes sonores. Dans les hauts-parleurs connus, la membrane vibrante se présente habituellement sous la forme d 'un cône ou d'un dôme qui, lorsqu'il entre en vibration, émet des sons dans une direction privilégiée. Il en résulte que, pour une écoute stéréophonique ou quadriphonique parfaite, les hautparleurs 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 possi- bilités de placement des haut-parleurs et au nombre d'auditeurs qui pourront se trouver dans une situation d'écoute favorable. En outre, les haut-parleurs doivent être montés dans des cais- ses ou baffles soigneusement étudiés qui sont souvent encom- brants et augmentent sensiblement le prix d'une installation stéréophonique. La présente invention a pour but d'éliminer ces inconvénients en fournissant un haut-parleur pour fréquences aigués, qui soit omnidirectionnel, tout en étant simple à fabriquer, filèle et peu encombrant. A cet effet, le haut-parleur selon la présente invention est caractérisé en ce que la membrane vibrante est constituée par deux demi-sphères rigides reliées l'une à l'autre par un joint annulaire élastique de manière à former une sphère capable de pulsations, en ce que ledit élément de commande est disposé à l'intérieur de la sphère et relié rigidement aux 25035 1 5 deux demi-sphères de telle manière que les forces résultant de ses variations de dimensions soient transmises aux deux demi- sphères dans des directions perpendiculaires au plan de raccordement des demi-sphères, et en ce qu'il est prévu des moyens d'équilibrage des pressions interne et externe à la sphère. Grâce à une telle structure, le haut-parleur selon la présente invention, lorsqu'il est excité par un signal électrique, 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 place sur un trajet provilégié d'ondes sonores, ou à un point de convergence de plusieurs trajets privilégiés, ni de placer et d'orienter les haut-parleurs selon la configura- tion des lieux. En outre, le haut-parleur selon la présente in- vention peut avoir de faibles dimensions et il n'a pas besoin d'être monté dans une baffle, car il peut être simplement supporté par un pied ou suspendu à une potence ou une console. On décrira maintenant, à titre d'exemple purement indi- catif et nullement limitatif, diverses formes d'exécution de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'un haut-parleur con- forme à la présente invention, avec un élément de commande du type piézoélectrique. La figure 2 est une vue en coupe montrant une autre for- me de l'élément de commande piézoélectrique. La figure 3 est une vue en perspective montrant une autre forme de l'élément de commande piézoélectrique. La figure 4 est une vue en coupe montrant un haut-par- leur conforme à la présente invention, avec un élément de commande du type magnétostrictif. La figure S est une vue en coupe longitudinale montrant une autre forme d'exécution de l'élément de commande magnéto- strictif. La figure 6 montre les courbes de réponse du haut-par- leur de la figure 1, dans deux directions perpendiculaires. La figure 7 est une coupe montrant une autre forme d'exé- cution du haut-parleur selon l'invention. Les haut -parleurs représentés sur les figures 1 et 4 25035 1 5 comprennent essentiellement deux demi-sphères rigides 1 et 2 reliées l'une à l'autre par un joint annulaire élastique 3, auxquels elles peuvent être fixées par exemple par collage, de manière à former une sphère pulsante, et un élément de com- mande 4 disposé à l'intérieur de la sphère et relié rigidement aux demi-sphères 1 et 2. Les demi-sphères iet 2 sont réalisés en une matière aus- si légère et rigide que possible, par exemple en matière plas- tique ou en carton éventuellement recouvert de matière plasti- que ou imprégné d'une résine ou d'un vernis. A titre de matière plastique, on peut par exemple utiliser une matière plastique semblable à celle qui est utilisée pour la fabrica- tion des balles de ping-pong. Le joint annulaire 3 peut être réalisé en caoutchouc ou en tout autre élastomère, à condition qu'ils soit suffisamment souple pour ne pas empêcher les deux dômes de vibrer. Dans le cas o le joint annulaire 3 est réalisé en une matière imper- méable à l'air, au moins une ouverture (non montrée> est prévue dans le joint pour permettre un équilibrage des pressions interne et externe à la sphère formée par les demi- sphères 1 et 2. A titre de moyens d'équilibrage desdites pressions, on peut aussi utiliser un joint annulaire 3 en une mousse de matière élastomère ou de matière plastique perméable à l'air. L'élément de commande 4 a une forme allongée et peut subir une variation de longueur en réponse à un signal électrique devant être converti en ondes sonores. L'élément de commande 4 est orienté à l'intérieur de la sphère de telle manière que les forces résultant de ses variations de longueur soient transmises aux demi-sphères 1 et 2 dans des directions perpendiculaires au plan de raccordement des demi-sphères L'élément de commande 4 peut avoir une longueur correspon- dans au diamètre de la sphère et être fixé par ses extrémités, directement aux -demi-sphères 1 et 2 dans la région du sommet de chacun de ceux-ci. Toutefois, avec une telle disposition, si les demi-sphèreé 1 et 2 ne sont pas réalisées en une matière suf- fisamment rigide, les variationsde longueur de l'élément de 25035 1 5 commande 4 pourraient provoquer une déformation des demi-sphères uniquement dans la région de leur sommet, de sorte que les vibrations se produiraient principalement dans ces deux régions et que le haut-parleur n'aurait pas le caractère omnidirectionnel recherché. C'est pourquoi, il est préférable d'utiliser un élément de commande plus court, comme cela est montré sur les figures 1 et 4, l'élément de commande 4 étant alors relié aux demi-sphères 1 et 2 par des pièces rigides de trans- mission 5 et 6 et qui prennent perpendiculairement appui sur les demisphères 1 et 2 à désendroits suffisamment éloignés de la région de leur sommet pour que chacune des demi-sphères se déplace ou vibre d'un seul tenant, sans se déformer, en réponse aux variations de longueur de l'élément de commande 4. De préférence, les pièces de transmission 5 et 6 prennent appui respectivement sur les demi-sphères 1 et 2 à des endroits tels que l'angle a (fig.1) soit compris entre environ 600 et 90 . Comme les demi-sphères 1 et 2, les pièces 5 et 6 doivent être les plus légères possible de façon à présenter une faible inertie, et elles doivent être le plus rigide possible afin de ne pas se déformer et de transmettre intégralement les variations de longueur de l'élément de commande 4 aux demi-sphères 1 et 2. Par exemple, les deux pièces de transmission 5 et 6 peuvent être en une matière plastique rigide ou en un alliage métallique léger tel que le duralumin. En outre, comme cela est montré sur les figures 1 et 4, les pièces de transmission 5 et 6 ont la forme d'une calotte sphérique, c ette forme contribuant à leur donner une grande rigidité, tout en permettant d'avoir un angle a compris dans la gamme susmentionnée et tout en permettant d'uti- liser un élément de commande 4 de grande longueur (l'amplitude des variations de longueur de l'élément de commande 4 étant d'autant plus grande que la longueur de cet élément est plus grande). Comme montré sur les figures 1 et 4, chacune des deux pièces de transmission 5 et 6 en forme de calotte sphérique est fixée rigidement par son sommet, à l'une des extrémités de l'élément de commande 4 et par son bord circulaire à l'une des demi-sphères 1 et 2. La fixation des deux pièces de trans- mission 5 et 6 à l'élément de commande 4 et aux demi-sphères 1 et 2 peut être par exemple effectuée par collage. Dans la figure 1, l'élément de commande 4 est constitué par une plaquette rectangulaire plane 7 en une céramique piézoélectrique, dont les faces opposées sont recouvertes chacune d'une couche métallique conductrice 8 et 9 formant chacune une électrode. Deux conducteurs électriques 10 et 11 passant a travers une ouverture formée dans le joint annulaire 3 et raccordés respectivement aux électrodes 8 et 9 sont prévus pour appliquer a celles-ci le signal électrique devant être converti en ondes sonores. Afin d'éviter que l'élé- ment piézoélectrique de commande ne se déforme par flexion en réponse aux signaux électriques qui lui sont appliqués, il peut être réalisé sous la forme d'un tube 12 en une cérami- que piézoélectrique, comme montré sur la figure 2, dont les surfaces interne et externe sont recouvertes chacune d'une couche métallique conductrice formant les électrodes 8 et 9 auxquelles sont raccordés les conducteurs 10 et 11. L'élément de commande 4 en céramique piézoélectrique peut être aussi réalisé sous la forme d'un barreau 13 a section cruciforme com- me montré sur la figure 3. Dans la figure 4, l'élément de commande 4 est constitué par un barreau 14 à section circulaire ou carrée, en une matière magnétostrictive, autour duquel est disposée une bobine d'induction 15. La bobine 15 est enroulée sur un support de bobine 16 ayant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur du barreau 14, et un manchon 17 en un maté- riau souple est interposé entre le support de bobine 16 et le barreau 14 afin que les vibrations de ce dernier ne soient pas transmises a la bobine 15. Au lieu que le support de bobi- ne 16 soit supporté par le barreau 14 par l'intermédiaire du manchon 17, il pourrait être supporté a l'intérieur de la sphè- re par des moyens de support appropriés. Comme montré dans la figure 4, le signal électrique de- vant être converti en ondes sonores est appliqué a la bobine 15 par l'intermédiaire d'un transformateur 18 dont le secondai- re est relié aux extrémités de la bobine 15 par deux conduc- teurs électriques 19 et 20 qui passent à travers une ouverture formée dans le joint annulaire 3. Une source de tension con- tinue 21 est prévue pour polariser le barreau 14. Au lieu de 25035 15 prévoir une source de polarisation 21, le barreau 14 peut être creux comme montré dans la figure 5 et un aima-t perma- nent de polarisation 22 peut être disposé à l'intérieur du bar- reau creux 14. Dans toutes les formes d'exécution qui ont été décri- tes ci-dessus, lorsqu'un signal électrique devant être converti en ondes sonores est appliqué à l'élément de com- mande 4 par l'intermédiaire des conducteurs 10 et 11 ou 19 et 20, l'élément de commande 4 subit des variations de lon- gueur dont l'amplitude et la fréquence correspondent à cel- les du signal électrique, et ces variations de longueur engen- drent des forces qui sont transmises aux demi-sphères 1 et 2 pour les faire vibrer et convertir ainsi ledit signal élec- trique en ondes sonores. Bien que les demi-sphères 1 et 2 vibrent dans la direction longitudinale de l'élément de commande 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, c'est-à-dire dans la direction longitudinale de l'élément de commande 4, et dans une direction perpendiculaire à la direction précédente. Autrement dit, le haut-parleur est omnidirectionnel. Ceci est illustré par la figure 6, dans laquelle A représente la cour- be de réponse mesurée dans le sens de la flèche F ou G, et B représente la courbe de réponse mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction précédente. Les deux courbes de réponse A et B de la figure 6 ont été obtenues à l'aide d'un appareil de mesure classique dans cette technique et d'un microphone ayant une surface sensible d'un diamètre d'un quart de pouce (6,35 mm) et placé à une distance d'un 3f0 mètre du haut-parleur dans la direction de la flèche F pour la courbe A et dans une direction perpendiculaire pour la courbe B. Le haut-parleur testé avait les caractéristiques suivantes. Chacune des demi-sphères 1 et 2 avait un diamètre de 4 cm et était constituéepar la moitié d'une balle de ping-pong. L'élément de commande 4 était constitué par une plaquette rec- tangulaire plane en une céramique piézoélectrique, ayant une longueur d'environ 20 mm. Le joint annulaire 3 était en une 25035 1 mousse de matière plastique souple. Les deux pièces de trans- mission 5 et 6 étaient en duralumin et avait un rayon d'envi- ron 11 mm. 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 modi- fications peuvent être apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que chacune des demi-sphères 1 et 2 peut être elle-même divisée en deux quarts de sphère la, lb et 2a, 2b, respectivement, comme montré dans la figure 7. Dans ce cas, les quatre quarts de sphère sont reliés entre eux par le joint annu- laire 3 et par un autre joint annulaire 23 situé dans un plan perpendiculaire au plan contenant le joint 3 et éventuellement réalisé d'une seule pièce avec ce dernier. L'élément de commande 8 peut être constitué par un disque en une céramique piézoélec- trique dont les faces opposées sont recouvertes chacune d'une couche métallique conductrice formant chacune une électrode, deux fils conducteurs passant à travers une ouverture formée dans le joint 3 ou 23, par exemple à l'une de leurs intersections étant prévus pour appliquer un signal électrique aux électrodes. Quatre pièces rigides de transmissio#ielient le bord périphérique du disque 8 respectivement aux quatre quarts de sphère la, lb, 2a et 2b. L'ensemble est symétrique par rapport aux deux plans contenant les deux joints 3 et 23. Comme montré sur la figure 7, chaque pièce de transmission peut comprendre une courte tige 24 et une pièce 25 en forme de calotte sphérique, la tige 24 étan fixée par une extrémité au disque 8 et par son autre extrémité au sommet de la calotte sphérique 25 dont le bord--circulaire est fixé au quart de sphère correspondant. 25035 1 5 R E V E N D I C A T I O N S 1.- Haut-parleur pour les fréquences aigués du spectre sonore, comprenant une membrane vibrante actionnée par un élé- ment de commande (4) capable de subir des variations rapides de dimensions dans au moins deux directions opposées en réponse à un si-L gnal électrique devant être converti en ondes sonores, carac- térisé en ce que la membrane vibrante est constituée par deux--demi-sphèr.és rigides (1 et 2) reliées l'une.àl'autre par un joint annulaire élastique (3) de manière à former une sphère capable de pulsations, en ce que ledit élément de commande (4) est disposé à l'intérieur de la sphère et relié rigidement aux deux demi-sphères (1 et 2) de telle manière que les forces résultant de ses variations de dimen- sions soient transmises aux deux demi-sphères (1 et 2) dans des directions perpendiculaires au plan de raccordement de ces deux demi-sphères et en ce qu'il est prévu des moyens d'équi- librage des pressions interne et externe à la sphère. 2.- Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) a une forme allongée, est capable de subir des variations de dimensions dans le sens de sa longueur et est disposé suivant l'axe de révolution des deux demi-sphères (1 et 2). 3.- Haut-parleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) est relié aux deux demi-sphères (1 et 2) par deux pièces rigides de trans- mission (5 et 6) en forme de calottes sphériques, chacune de ces deux pièces de transmission étant fixée rigidement par son sommet à l'une des extrémités de l'élément de commande (4) et 25035 1 5 par son bord circulaire à l'une des deux demi-sphêres (1 et 2). 4.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) est constitué par une plaquette rectangulaire plane (7) en une céramique piézo-électrique, dont les faces opposées sont recouvertes chacune d'une couche métallique conductrice (8 et 9) formant chacune une électrode, et en ce que deux conduc- teurs électriques (10 et 11) passant à travers une ouverture formée dans le joint annulaire (3 ou 23) et raccordés aux électrodes (8 et 9) sont prévus pour appliquer ledit signal électrique auxdites électrodes. 5.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) est constitué par un tube (12) en une céramique piézo- électrique, dont les surfaces interne et externe sont recou- vertes chacune d'une couche métallique conductrice (8 et 9) formant chacune une électrode, et en ce que deux conducteurs électriques (10 et 11) passant à travers une ouverture formée dand le joint annulaire (3) et raccordés aux électrodes (8 et 9) sont prévus pour appliquer ledit signal électrique auxdites électrodes. 6.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) est constitué par un barreau (13) à section cruciforme en une céramique piézoélectrique, ledit barreau ayant des faces opposées qui sont recouvertes chacune d'une couche métallique con- ductrice (8 et 9) formant chacune une électrode, et en ce que deux conducteurs électriques (10 et 11) passant à travers une ouverture formée dans le joint annulaire (3) et raccordés aux électrodes (8 et 9) sont prévus pour appliquer ledit signal électrique auxdites électrodes. 7.- Hautparleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de commande (4) est constitué par un barreau (14) en une matière magnéto- strictive, autour duquel est disposée une bobine d'induction (15) et en ce que deux conducteurs électriques (19 et 20) passant à travers une ouverture formée dans le joint annulaire 25035 1 5 (3) et raccordés aux extrémités de la bobine d'induction (15) sont prévus pour appliquer ledit signal électrique à ladite bobine. 8.- Haut-parleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le barreau (14) est creux et contient un aimant permanent de polarisation (22). 9.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'équilibra- ge des pressions sont constitués par le joint annulaire élas- tique (3) qui est réalisé en une mousse de matière élastique perméable à l'air. 10.- Haut-parleur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'équi- librage de pression sont constitués par au moins une ouver- ture prévue dans le joint annulaire élastique (3). 11.- Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque demi-sphère (1, 2) est elle-même divisée en deux quarts de sphère (la, lb et 2a, 2b), en ce que les quatre quarts de sphère sont reliés entre eux par ledit joint annulaire (3) et par un autre joint annulaire (23) situé dans un plan perpen- diculaire au plan contenant le joint mentionné en premier lieu, en ce que l'élément de commande (8) est constitué par un disque en une céramique piézoélectrique dont les faces opposées sont recouvertes chacune d'une couche métallique conductrice formant chacune une électrode, en ce que deux conducteurs électriques passant à travers une ouverture formée dans le joint annulaire (3 ou 23) et raccordés aux électrodes sont prévus pour appliquer ledit signal électrique auxdites électrodes, et en ce que quatre pièces rigides de transmission relient le bord périphérique du disque respectivement aux quatre quarts de sphère, l'ensemble étant symétrique par rapport aux deux plans contenant les deux joints annulaires. 12.Haut-parleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque pièce de transmission comprend une courte tige (24) et une pièce (25) en forme de calotte sphérique, la tige (24) étant fixée par une extrémité au disque (8) et par son autre extré- mité au sommet de la calotte sphérique (25) dont le bord circulaire est fixé au quart de sphère correspondant (la, lb, 2a ou 2b).