Brevet FR2518348A1 — publié le 19830617

Membrane de haut-parleur et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne tout d'abord une mem- brane de haut-parleur de type composite, comportant un matériau de renforcement divisé imprégné par une matière ho m o g è N e assurant la _c o N t in u'i t é de la struc- ture de la membrane. Dans certaines membranes de ce type, ladite matière est du papier et N est donc que relativement 1 omogène, et le matériau de renforcement divisé est constitué de bâtonnets de carbone: il s'agit de fibres coupées faisant au plus 10 mm et qui sont disséminées et collées dans la pâte, souvent sans orientation précise Le carbone est ainsi très mal utili- sé, et l'augmentation de poids et surtout de prix de re- vient que son utilisation entraîne n'est pas compensée de façon optimale par un accroissement des qualités mécani- ques et acoustiques de la membrane, dont l'homogénéité laisse par ailleurs à désirer. Dans d'autres membranes, ladite matière est du poly- propylène dans lequel, pour améliorer la rigidité, néces- saire surtout aux basses fréquences, on a incorporé une poudre, par exemple du talc On connait aussi des mem- branes réalisées à partir du même genre de polymères, et incluant du graphite sous forme de poudre, pour densifier la matière synthétique et tenter de la rendre plus rigide. Cependant, là encore le matériau de renforcement est très mal utilisé et ne permet que très imparfaitement d'obtenir les qualités voulues pour les membranes Notam- ment, un tel matériau en poudre, de même qu'un matériau en bâtonnets, ne permet pratiquement pas d'obtenir une augmentation notable du module d'élasticité de la membrane. Le but de la présente invention est de remédier àces inconvénients de la technique antérieure, en ce qui con- cerne lesdites membranes composites. A cet effet, une membrane de haut-parleur du type général spécifié au début est, conformément à l'invention, caractérisée en ce que ladite matière est constituée par une résine synthétique polymérisée, et en ce que ledit matériau de renforcement est constitué de fibres résis- 18348 tantes continues. L'avantage déterminant de cette disposition de base réside dans le fait que l'on pourra ainsi commodément orienter lesdites fibres continues dans la ou les direc- tions des contraintes dominantes, et ainsi éviter au ma- ximum les déformations de la membrane On pourra donc aug- menter notablement la rigidité de la membrane dans les directions selon lesquelles le module d'élasticité doit être très élevé. Ainsi, notamment, on pourra prévoir qu'une partie au moins desdites fibres résistantes continues sont dirigées essentiellement dans une direction radiale ou approxima- tivement radiale de la membrane, ce qui permettra d'obte- nir un module d'élasticité élevé dans cette direction ra- diale, ou encore qu'une partie au moins desdites fibres résistantes continues sont dirigées essentiellement dans une direction perpendiculaire ou approximativement per- pendiculaire aux génératrices de la membrane, ce qui per- mettra d'obtenir un module d'élasticité élevé dans la di- rection circonférentielle. De façon particulièrement avantageuse, on pourra prévoir des fibres résistantes continues dirigées, les unes dans l'une des deux directions ci-dessus définies, et les autres dans l'autre direction. Ceci pourra être obtenu commodément dans une mem- brane de haut-parleur-qui, conformément à un autre aspect de l'invention, sera caractérisée en ce qu'elle est réa- lisée sous la forme d'un stratifié, à savoir qu'elle com- porte au moins une couché de fibres résistantes continues dirigées essentiellement dans une direction-radiale ou pratiquement radiale de la membrane, et au moins une couche de fibres résistantes continues dirigées essentiel- lement dans une direction perpendiculaire ou approximati- vement perpendiculaire aux génératrices de la membrane. Bien entendu, on pourra prévoir plus de deux couches superposées de l'un ou l'autre type, et par exemple al- ternées, ou encore une ou plusieurs couches dans lesquelles les fibres seront à approximativement 450 des directions ci-dessus définies. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, on utilisera avantageusement, pour l'obtention des résultats ci-dessus, une fibre ayant un module d'élasticité parti- culièrement élevé et si possible à faible densité On pourra utiliser à cet effet notamment des fibres de car- bone à haut module d'élasticité, de bore, de kevlar, ou encore de verre (R ou E). Le carbone sera particulièrement avantageux, ayant une faible densité et un module d'élasticité particuliè- rement élevé Ces deux propriétés sont particulièrement précieuses pour la constitution d'une membrane de haut- parleur, car elles permettront l'obtention d'une membrane peu dense et extrêmement rigide, impliquant un amortisse- ment interne très élevé et un excellent rendement Ces qualités sont particulièrement importantes pour lepassage des basses fréquences. Sur le plan de la réalisation pratique, une membrane conforme à la présente invention pourra encore être carac- térisée en ce qu'elle est élaborée à partir de panneaux assemblésde fibres résistantes continues préimprégnées d'une résine synthétique polymérisable. Cette constitution en panneaux permettra facilement d'obtenir, par juxtaposition, exactement la conformation de membrane voulue, en forme de tronc de cône, de portion d'hyperboloide, d'ellipsolde, de dôme, ou d'autres formes géométriques plus ou moins complexes, le nombre et la forme desdits panneaux étant déterminés en fonction des différentescourbures à obtenir et de la direction désirée pour les fibres dans chaque section. Dans le cas le plus classique d'une membrane dehaut- parleur en forme de tronc de cône, la membrane pourra donc se caractériser en ce que lesdits panneaux ont glo- balement la forme de secteurs de tronc de cône. Les différents panneaux pourront se juxtaposer exac- tement, sans surépaisseur, mais il pourra être avantageux, au contraire, de faire en sorte que les bords radiaux des panneaux de fibres résistantes se superposent l'un l'autre pour constituer des nervures étroites, lesquelles s'é- tendent, de préférence, d'une extrémité à l'autre de la membrane. On obtiendra de la sorte un certain nombre de ner- vures radiales de raidissement régulièrement réparties. Ces nervures pourront avoir une largeur de 2 à 3 mm Cette disposition permettra d'augmenter encore le module d'é- lasticité de la membrane en direction exactement radiale, et ceci moyennant unaccroissement de poids négligeable. D'une manière similaire, on pourra prévoir que les bords inférieurs et supérieurs d'au moins certains des panneaux de fibres résistantes se superposentl'unl'autre pour constituer une ou plusieurs nervures ou corrugations parallèles à la périphérie de la membrane. On obtiendra ainsi la création de nervures ou corru- gations analogues à celles que l'on rencontre sur lesmem- branes classiques, permettant une rigidification supplé- mentaire dans la direction perpendiculaire aux généra- trices, ainsi qu'une diminution de la vitesse de propa- gation du son dans le matériau, entre le point d'attaque et le point d'attache périphérique. Dans le cas d'une membrane en stratifié, on pourra encore prévoir qu'entre deux couches de fibres résistantes continues est intercalée une structure en nid d'abeilles. Cette structure, qui sera de l'ordre de quelques milli- mètres,d'épaisser, pourra par exemple être en aluminiumnouencoreen carton imprégné d'un composé phénoliqueet permettra en- core de rigidifier la membrane. Le carton imprégné pourra très facilement se coller -sur les couches de fibres résistantes préimprégnées. Une membrane conforme à la présente invention pourra encore comporter intérieurement un voile collé et ayant une surface non-unie, par exemple en matériau non tissé (f ibres de verre ou de polyester) fixé sur un léger support ( 40 g/m 2). Cette disposition permettra d'atténuer la surtension des résonances. Un elément décoratif, par exemple en polyester, blanc ou coloré, pourrait également être incorporé à une telle membrane et pourrait servir d'amortisseur des réso- nances. L'invention concerne d'autre part un procédé de fa- brication d'une membrane incluant une ou plusieurs des dispositions qui viennent d'être énumérées. Lorsque la membrane sera constituée de panneaux, un procédé de fabrication d'une membrane conforme à la pré- sente invention pourra en particulier être caractérisé en ce que lesdits panneaux sont découpés dans des nappes de fibres résistantes unidirectionnelles, préimprégnées d'une résine synthétique polymérisable. Bien entendu, on choisira l'orientation des découpes dans la nappe en fonction de leur forme et de l'orienta- tion que l'on désirera pour les fibres continues de la membrane (radiales ou approximativement radiales, perpen- diculaires ou approximativement perpendiculaires aux génératrices). De préférence, on élabore les découpes de panneaux dans des nappes dans lesquelles la résine synthétique re- présente au plus 30 à 40 % du volume total de la résine et des fibres, ceci pour obtenir la résistance à la trac- tion optimale, lesdites fibres étant de préférence en carbone Le préimprégné est donc relativement essoré, mais il conserve encore une relative pégosité, ce qui facili- tera le positionnement des panneaux dans le moule. On utilisera de préférence des nappes de fibres ayant une épaisseur de l'ordre de 125 p, ce qui, avec deux cou- ches de panneaux, permettra d'obtenir une membrane de 1/4 mm d'épaisseur, et un poids de l'ordre de 10 g pour un diamètre de 20 cm. Grâce à ce procédé, on obtiendra de plus une très grande homogénéité de la membrane, ce qui évitera les dis- torsions du son, notamment dans les hautes fréquences, lorsque le haut-parleur fonctionne surtout en rayonnement. On a remarqué également qu'une membrane conforme à l'invention a une résonance propre très faible. Un mode de moulage particulièrement avantageux, pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la présente invention, pourra consister essentiellement en ce que l'on procède à la polymérisation de la résine synthétique dans un moule-chauffant comportant une partie mâle ou noyau de forme complémentaire à la forme de la face con- cave de la membrane, lesdits panneaux étant placés sur ce noyau dans l'orientation voulue et éventuellement en plu- sieurs couches, epsuite de quoi l'on rabat, sur une em- base dudit noyau, une couronne apte à presser entre elle et ladite embase le bord d'une feuille étanche recouvrant ledit noyau revêtu des panneaux, une prise de vide prévue sur ladite embase communiquant avec l'espace ménagé sous ladite feuille. On pourra ainsi faire l'économie de la pièce femelle du moule, tout en obtenant sur la membrane en cours de polymérisation une pression suffisante En outre, la mise en oeuvre d'un tel moule est très rapide. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel la figure 1 montre en perspective et schématique- ment le positionnement d'une couche de panneaux en fibres résistantes continues préimprégnées par une matière syn- thétique polymérisable, par exemple une résine époxy, pour la constitution de tout ou partie-d'une membrane de haut-parleur conforme à la présente invention; la figure la est une vue en plan d'une nappe de fibres unidirectionnelles préimprégnées, montrant les emplacements correspondants des découpes des panneaux; la figure 2 montre en perspective et schématique- ment le positionnement d'une-autre couche de panneaux en fibres résistantes continues préimprégnées par une matière synthétique polymérisable, par exemple une résine époxy, pour la constitution de tout ou partie d'une membrane-de haut-parleur conforme à la présente invention, la figure 2 a est une vue en plan d'une nappe de fibres unidirectionnelles préimprégnées, montrant les em- placements correspondants des découpes des panneaux; la figure 3 montre en perspective et schématique- ment la superposition des couches des figures l et 2 pour la constitution d'une membrane de haut-parleur conforme à la présente invention,-,avec arrachement partiel; la figure 4 est une vue schématique de la membrane, vue en bout, et montrant une autre caractéristique de l'invention; et -les figures 5 et 6 sont des vues schématiques, res- pectivement en perspective et en coupe axiale, d'un moule utilisable pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à un autre aspect de l'invention. Dans la figure 1, on a référencé en 1 les panneaux, au nombre de huit dans cet exemple, pour la constitution d'une membrane 2 conforme à l'invention. Comme on le voit, il s'agit de panneaux dont les fibres s'étendent d'une extrémité à l'autre de la mem- brane, a savoir radialement ou approximativement radiale- ment Les fibres continues, en carbone par exemple, étant primitivement toutes parallèles puisque les panneaux sont découpés dans une nappe 3 de fibres unidirectionnelles (figure la), il va de soi que seules les fibres centrales de chaque panneau sont rigoureusement radiales. Comme on le voit également sur la figure 1, deux panneaux voisins se recouvrent légèrement par leurs bords radiaux, de sorte que l'on obtient sur la membrane huit raidisseurs radiaux 4 à espacements angulaires égaux ( 450), dans le cas o les panneaux 1 découpés dans la nappe de fibres 3 (ou dans plusieurs nappes empilées) ont tous les mêmes dimensions. La figure 2 représente une membrane 6 (ou une partie de membrane) constituée avec huit panneaux 5 de fibres découpés dans la ou les nappes 3 (figure 2 a), mais en étant orientés à 9 Q O par rapport à leur orientation selon la figure la On obtient alors une membrane 6 dans la- quelle les fibres résistantes s'étendent dans une direc- tion perpendiculaire, ou approximativement perpendicu- laire, aux directions radiales Là encore, on peut prévoir des recouvrements entre les bords des panneaux, pour ob- tenir des raidisseurs radiaux-7. Dans le mode de réalisation de la figure 3, on a constitué une membrane en stratifié 2-6, en superposant une membrane du type de celle de la figure 1 avec une membrane du type de celle de la figure 2 En positionnant angulairement, de-façon convenable, la membrane 6 par rapport à la membrane 2, on peut faire en sorte que les raidisseurs 7 soient régulièrement intercalés entre les raidisseurs 4, la membrane stratifiée présentant alors seize nervures ou raidisseurs a espacements angulaires de 22,50 * Il va de soi que la membrane pourrait être consti- tuée de plus de deux couches superposées; comme spéci- fié plus haut, par ailleurs, une structure en nid d'a- beilles ou analogue pourrait être intercalée entre deux couches de panneaux (On n'a pas représenté sur le dessin toutes les dispositions complémentaires qui ont été évo- quées dans ce qui précède de façon suffisamment expli- cite). On pourrait également prévoir des' panneaux de fibres orientées à 450 ou environ par rapport aux précédentes. Les panneaux seraient alors découpés comme indiqué en l' sur la figure la. A la figure 4, on a montré une autre façon de super- poser légèrement le bord inférieur de certains panneaux et le bord supérieur des panneaux situés immédiatement au-dessous, ceci pour l'obtention de nervures ou corru- gations & parallèles au bord périphérique 9 d'une mem- brane 10. On pourra prévoir de telles corrugations sur toute l'étendue radiale de la membrane, ou seulement à proxi- mité de son bord extérieur. Bien entendu, dans ce cas, au moins une partie des panneaux auront une hauteur notablement inférieure au rayon de la membrane 10. Aux figures 5 et 6, on a-représenté schématiquement un procédé de moulage, conforme à l'invention, pour l'é- laboration de membranes également conformes àl'invention. On plaque sur un noyau conique 1 l pourvu d'une em- base 12 différents panneaux de fibres résistantes impré- gnées 13 (en une ou plusieurs couches) Ces panneaux sont ensuite coiffés par une contre-forme éventuellement rai- nurée 14, qui peut être en tôle ou en une matière légère- ment poreuse, mais qui épouse parfaitement la forme ex- térieure de l'ensemble des panneaux 13 posés sur le noyau. On étend ensuite sur l'ensembleunefeuille étanche 15 pouvant être soupleou semirigide et préformée comme la contre-forme 14, feuille qui est siliconnée et qui est réutilisable. Enfin, on referme et on verrouille sur l'embase 12 une couronne 16 reliée à l'embase par une charnière, ce qui permet de presser de façon étanche le bord de la feuille 15 sur un joint torique 17 entourant le noyau 11 et logé dans une cannelure circulaire de l'embase 12. Il suffit alors de faire le vide sous la feuille 15, par une prise de vide 18 traversant l'embase, en communica- tion avec une autre cannelure périphérique 19, pour que= la contre-forme 14 presse les panneaux 13 sur le noyau - Il pendant toute la durée de-la polymérisation. Lorsque la polymérisation est terminée, on obtient, après refroidissement, un démoulage immédiat par simple ouverture de la couronne 16 et enlèvement de la feuille et de la centre-forme 14 - Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nulle- ment à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Notamment, et quoique,dans les exemples ci-dessus décrits, on ait surtout envisagé la réalisation de membranes en forme de tronc de cône, l'invention pourrait être appli- quée à la fabrication de membranes ayant bien d'autres formes, et par exempleune forme évasée, les génératrices de la membrane n'étant plus alors des droites,comme dans le cas d'un tronc-de cône, mais des courbes. On pourrait également envisager de fabriquer, toujours sur la base des mêmes principes, des membranes du genre à fa- cettes, c'est-à-dire dont l'intersection avec un plan perpendiculaire à l'axe-aurait la forme non plus d'un cercle,comme dans le cas d'une membrane conique, mais la forme d'un polygone. D'une façon générale, il ressort assez clairement de ce qui précède que l'invention permettra de réaliser toutes les formes de membrane actuellement connues. REVENDICATIONS 1 Membrane de haut-parleur de type composite, com- portant un matériau de renforcement divisé imprégné par une matière homogène assurant* la continui- té de la structure de la membrane, caractérisée en ce que ladite matière est constituée par une résine synthétique polymérisée, et en ce que ledit matériau de renforcement est constitué de fibres résistantes continues. 2 Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie au moins desdites fibres résistantes continues sont dirigées essentiellement dans une direc- tion radiale ou approximativement radiale de la membrane. 3 Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie au moins desdites fibres résistantes continues sont dirigées essentiellement dans une direc- tion perpendiculaire ou approximativement perpendiculaire aux génératrices de la membrane. 4 Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réali- sée sous la forme'd'un stratifié, à savoir qu'elle com- porte au moins une couche ( 2) de fibres résistantes continues dirigées essentiellement dans une direction radiale ou pratiquement radiale de la membrane, et au moins une couche ( 6) de fibres résistantes continues di- rigées essentiellement dans une-direction perpendiculaire ou approximativement perpendiculaire aux génératricesde la membrane. Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une ou plusieurs couches -de fibres résistantes continues s'étendant sous approximativement + 450 par rapport aux directions radiales de la membrane. 6 Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que lesdites fibres résistantes continues constituant ledit matériau de ren- forcement sont des fibres de carbone à haut module d'é- lasticité, de bore, de kevlar, ou encorede verre (R ou E). 7 Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle est élabo- -rée à partir de panneaux ( 1,5) assemblésde fibres ré- sistantes continues préimprégnées d'une résine synthé- tique polymérisable. 8 Membrane selon la revendication 7, à forme géné- rale en tronc de cone, caractérisée en ce que lesdits panneaux ( 1,5) ont globalement la forme de secteurs de tronc de cône ou la formede trapèzes, plans ou courbes. 9 Membrane selon la revendication 7 ou 8, carac- térisée en ce que les bords radiaux des panneaux de fibres résistantes se superposent l'un 1 'autre pour cons- tituer des nervures étroites ( 4,7), lesquelles s'étendent, de préférence, d'une extrémité à l'autre de la membrane. Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 9, caractérisée en ce que les bords inférieurs et supérieurs d'au moins certains des panneaux de fibres résistantes se superposent l'un l'autre pour constituer une ou plusieurs nervures ou corrugations ( 8) parallèles à la périphérie ( 9) de la membrane ( 10). 11 Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 10, à savoir du type stratifié, caractérisée en ce qu'entre deux couches de fibres résistantes conti- nues est intercalée une structure en nid d'abeilles. I 2 Membrane selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente intérieurement un-voile collé et ayant une surface non- unie. 13 Procédé de fabrication d'une membrane conforme a l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractéri- sé en ce que lesdits panneaux ( 1,5,1 ') sont découpés dans des nappes ( 3) de fibres résistantes unidirection- nelles, préimprégnées d'une résine synthétique polymé- risable. 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on élabore les découpes de panneaux dans des nappes ( 3) dans lesquelles la résine synthétique re- présente au plus 30 à 40 S du volume total de la résine et des fibres. Procédé selon la revendication 13 ou 14, carac- térisé en ce que l'on élabore les découpes de panneaux dans des nappes ( 3) de fibres, notamment de carbone ou matériaux à caractéristiques mécaniques voisines ayant une épaisseur de l'ordre de 125 microns. 16 Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'on procède à la polymé- risation de la résine synthétique dans un moule chauffant comportant une partie mâleou noyau ( 11) de formecomplémen- taire à la forme de la face concave de la membrane, les- dits panneaux ( 13) étant placés sur ce noyau dans l'o- rientation voulue et éventuellement en plusieurs couches, ensuite de quoi l'on rabat, sur une embase ( 12) dudit noyau, une couronne ( 16) apte à presser entre elle et ladite embase le bord d'une feuille étanche ( 15) recou- vrant ledit noyau, ( 11) revêtu des panneaux ( 13), une prise de vide ( 18) prévue sur ladite embase communiquant avec l'espace ménagé sous ladite feuille.