Brevet FR2519502A1 — publié le 19830708

La présente invention concerne les haut-parleurs ayant des moteurs à aimant permanent et à bobine mobile, aussi appelés "haut-parleurs électrodynamiques" Plus pré- cisément, l'inveption concerne les moteurs du type qui com- porte un dame,ainsi que le dessin des diaphragmes destinés à de tels moteurs Dans le présent mémoire, le terme "moteur" s'applique à un hautparleur individuel,et l'expression "haut-parleur" s'applique à une combinaison de moteurs or- ganisés afin qu'ils forment un système intégré. On utilise couramment deux ou plusieurs moteurs dans un ensemble de reproduction à haut-parleur afin de réaliser des systèmes émettant le son efficacement dans toute la plage de sensibilité de l'oreille humaine, supposée-; couramment comprise entre 20 Hz et 20 k Hz, chaque moteur étant destiné à émettre des sons essentiellement dans une partie seulement de cette plage Des circuits électroniques de séparation répartissent l'énergie électrique du signal acoustique de sortie vers les divers moteurs afin d'obtenir une réponse composite qui, mesurée en décibels de signal acoustique par unité d'énergie électrique, est aussi uniforme que possible dans toute la plage de sensibilité Au cours de la conception de ces systèmes, on doit faire attention à la dispersion de l'énergie acoustique, une dispersion'plus large dans la totalité du spectre étant en général préférée. En outre, on doit faire attention à la durabilité physique des hautparleurs et en particulier, des diaphragmes qui ont en général de grandes surfaces et sont formés de minces feuilles. En outre, on doit prendre en considération la distorsion har- monique. Lors de la réalisation de tels ensembles de repro- duction à plusieurs moteurs, une décision pivot est la sé- lection de l'émetteur principal des basses fréquences ou "woofer" On utilise couramment un moteur à cône La réponse à basse fréquence de tels moteurs dépend en général du dia- mètre du cane, et la réponse à fréquence élevée varie suivant une fonction inverse de ce diamètre Comme dans le cas des reproducteurs à cane, la dispersion du son émis est limitée par la relation À =nd dans laquelle d est égal au diamètre du cône et X à la longueur d'onde au- dessous de laquelle la dispersion devient plus directionnelle La sélection du diamètre détermine ainsi à la fois les caractéristiques de sensibilité à basse fréquence de l'ensemble et le degré de dispersion De toute manière, il est souvent souhaitable d'augmenter la sensibilité du haut-parleur aux fréquences supérieures à l'aptitude d'émission du woofer à l'aide d'un "tweeter", c'est-à-dire un émetteur qui est sensible aux fréquences élevées, en présence ou non d'un dispositif de restitution dans la plage médiane ou intermédiaire. On connaît bien naiatenant les moteurs à dome. Des exemples sont notamment les constructions représentées. dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 328 537 et 4 190 746 Comme les diaphragmes de ces moteurs ont une cour- bure convexe dans le sens d'émission du son, ils présentent une excellente dispersion aux fréquences élevées Ainsi, la combinaison de woofers à cône et de moteurs à dôme de dimen- sions convenables pour la sensibilité à fréquence plus élevée, assure une conservation d'une dispersion du son qui est plus comparable à celle des woofers que celle de la combinaison de woofers à cône et de tweeters à cône Cependant, les mo- teurs à dôme de construction classique, comme l'indiquent par exemple les brevets précités, lorsqu'ils sont réalisés afin qu'ils donnent une sensibilité convenable aux fréquences les plus élevées pour lesquelles le haut-parleur est prévu, ne donnent pas une sensibilité suffisante aux fréquences moyennes au-dessus de celles auxquelles le woofer est efficace Ce défaut peut nécessiter l'incorporation d'un troisième moteur ou moteur pour fréquences moyennes dans certains cas Inver- sement, lorsqu'un moteur à dôme est destiné à avoir une sen- sibilité convenant à la compensation de la coupure du woofer aux fréquences moyennes, la sensibilité à haute fréquence est souvent très limitée et un troisième moteur ou tweeter doit être-utilisé afin qu'il prolonge la sensibilité vers les hautes fréquences. Compte tenu des considérations qui précèdent, l'invention concerne la réalisation d'un moteur ayant une sensibilité importante dans la plage médiane ainsi qu'aux fréquences élevées et qui a une caractéristique nettement plus large de dispersion que les moteurs à cône. Elle concerne aussi un moteur du type précité ayant une structure durable, capable de traiter une puissan- ce acoustique importante avec une fatigue et une rupture minimales. Elle concerne aussi un moteur du type précité présentant une faible distorsion dans la gamme des fréquences moyennes. Elle concerne aussi un moteur réalisé avec des matières qui ont des propriétés uniformes et qui sont relati- vement peu affectées par l'humidité, les changements de tém- pérature, les températures extrêmes et la fatigue. Plus précisément, l'invention concerne une configuration de moteur à dôme ayant un diaphragme qui a un tronçon formant dôme et un tronçon annulaire périphérique re- plié qui est réalisé de manière qu'il émette une puissance acoustique notable à des fréquences inférieures à la gamme dans laquelle le tronçon en dôme pourrait émettre efficace- ment s'il était suspendu par un dispositif périphérique de forme classique. Le dispositif périphérique selon l'invention a un dispositif annulaire de fixation qui est fixé par rapport à la structure à aimant permanent, l'emplacement de ce dis- positif de fixation étant séparé par une distance notable de la bobine mobile au niveau de laquelle le dôme et le disposi- tif périphérique se raccordent Ainsi, le diamètre du diaphrag- me, mesuré à la fixation annulaire sur la structure fixe à ai- mant, est nettement supérieur au diamètre du tronçon en dôme et de la bobine mobile De préférence, le rapport du premier au second diamètre est supérieur à 2,25. Le tronçon en dôme lui-même peut avoir une forme de partie de sphère ou il peut avoir une forme parabolique, cette dernière forme donnant une sensibilité prolongée vers les hautes fréquences par rapport à la première forme. Une sélection convenable des matières formant la structure du diaphragme, notamment de matières ayant un amortissement interne convenable, rend possible la réali- sation d'un dispositif de restitution pour les fréquences moyennes ayant une caractéristique régulière de sensibilité en fréquence avec une large plage dynamique, ainsi qu'une caractéristique prolongée de sensibilité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va sui- vre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe diamétrale d'un pre- mier mode de réalisation avantageux de l'invention la figure 2 est une vue en plan du mode de réa- lisation de la figure 1 la figure 3 est une coupe diamétrale d'un second mode de réalisation de diaphragme ayant un dôme parabolique; et la figure 4 est une coupe représentant les caractéristiques de sensibilité des moteurs en fonction de la fréquence, les moteurs étant utilisés à titre comparatif, les ordonnées représentant la sensibilité en décibels et les abscisses la fréquences en Hertz. La figure 1 représente un mode de réalisation avantageux de moteur à dôme selon l'invention, portant la référence générale 12 Il comprend une structure à aimant permanent de forme classique comprenant une pièce polaire 14 dont une plaque inférieure 16 est solidaire, un ou plu- sieurs aimants permanents 18 et une plaque supérieure 20, ces différents éléments étant convenablement raccordés, par exemple par collage, de manière classique L'aimant ou les aimants créent un flux magnétique permanent passant dans un entrefer annulaire 22 Une plaque 24 de montage est fixée de façon convenable à la plaque supérieure 20 et une plaque 26 de serrage est convenablement fixée à la plaque 24 afin qu'elle serre un diaphragme 28 sur celle-ci Le diaphragme est fixé à une bobine mobile 30 qui vibre afin qu'elle émette de l'énergie acoustique créée par la circulation d'un courant électrique dans la bobine. Le diaphragme 28 a deux tronçons, un tronçon 32 Z 519502 en dôme et un tronçon périphérique 34 Dans le mode de réa- lisation représenté avantageux, ces deux tronçons sont formés sous vide ou réalisés d'une autre manière à partir d'une feuille d'une matière, si bien qu'ils forment un corps en une seule pièce Dans une variante, les deux tronçons peu- vent être formés par des feuilles séparées, la périphérie externe du tronçon en dôme et la périphérie interne du tronçon périphérique étant fixées par tout dispositif con- venable, par exemple une colle Lorsqu'on se réfère au tronçon en dôme et au tronçon périphérique pour indiquer qu'ils sont "raccordés", il faut noter que cette expression recouvre le mode de réalisation avantageux dans lequel ils sont en une seule pièce, et que l'expression "plié" appli- quée au tronçon périphérique indique qu'il a une forme cour- be, en coupe, comme représenté sur la figure 1 La courbure de cette configuration est de préférence sensiblement cir- culaire. A la connexion du dôme et du dispositif périphé- rique, une forme cylindrique 36 est fixée et supporte la bobine mobile 30 dans l'entrefer 22 Le diaphragme 28 a aus- si un flasque 37 qui est fixé entre les plaques 24 et 26. De préférence, le tronçon en dôme et le tronçon périphériques ne sont pas perforés et ils ont les configurations représen- tées dans toutes les coupes par les plans passant par l'axe du moteur, comme indiqué sur la figure 2 Les trous 38 sont formés dans la plaque 26 pour sa fixation par des vis à la plaque 24. Des bornes 40 sont fixées à la plaque 26 et sont reliées par des fils 42 et 44 aux extrémités opposées de la bobine mobile 30. Une capsule 46 ayant un corps d'une masse fi- breuse, de matière plastique, de mousse ou de fibres de verre, est collée à une surface de la pièce polaire 14 sous le dôme 32 et est destinée à absorber l'énergie acoustique émise par la face inférieure du dôme, afin que les réflexions par la pièce polaire 14, qui pourraient interférer avec l'émission d'énergie acoustique directement par la surface du dôme, soient minimales. L'entrefer 22 indiqué précédemment comporte à la fois l'espace séparant la forme 36 de la pièce polaire 14 et l'espace délimité entre la bobine mobile 30 et la plaque supérieure 20 Cet espace est pratiquement rempli d'un flui- de magnétique "Ferrofluid"l qui est un liquide contenant des particules magnétiques en suspension et qui est utilisé de manière classique dans les haut-parleurs afin qu'il forme un conduit thermique de la bobine vers la plaque 20. Dans la structure des figures 1 et 2, les dimen- sions relatives du tronçon en dôme et du tronçon périphéri- que sont choisies de manière que la surface du tronçon pé- riphérique joue le rôle d'un émetteur d'une puissance acous- tique importante La figure 1 porte des références littérales a et d destinées à représenter les bords de la périphérie externe du dispositif périphérique 34, des références litté- rales b et c destinées à représenter les points de raccorde- ment du dôme et du dispositif périphérique, des références littérales e et f destinées à représenter les points qui, sur le dispositif périphérique, sont les plus éloignés du plan du dispositif de fixation annulaire du dispositif péri- phérique entre les plaques 26 et 24, et la référence littérale g est utilisée pour représenter le point du d 5 me le plus éloigné de ce plan afin que l'importance des considérations dimensionnelles apparaisse clairement En outre, les références littérales h, i et J représentent des points qui se trouvent dans le même plan, sur les normales passant par les points g, e et f respectivement Les dimensions suivantes correspondent à un mode de réalisation avantageux. Dimension cm ad 11,7 bc 5,1 ei = fj 1,2 gh 1,6 Il faut noter que le rapport des distances ad et bc est égal à 2,3 En pratique, les dimensions précédentes peuvent varier en valeur absolue et en valeur relative, suivant la plage de fréquences de sensibilité utile qui doivent être obtenues et la puissance qui peut être transmise par les matériaux utilisés Le diamètre du dôme ? sa périphérie et l'extrémité interne du dispositif périphérique doivent être d'au moins 3,8 cm environ lorsque le signal de sortie à moyenne fréquence doit être suffisamment faible avec une structure qui est suffisamment stable pour qu'elle permette une transmission convenable d'énergie, lors de l'utilisa- tion des procédés et matériaux disponibles pour la construc- tion des diaphragmes En outre, dans tous les cas, le rapport ad/bc est au moins égal à 2,3 En outre, le rapport ei/ab est de préférence d'au moins 0,33. Les matières utilisées pour la construction du diaphragme ont une grande importance pour'l'obtention de la puissance qui doit être transmise sans rupture, pour l'apti- tude à supporter diverses conditions d'humidité, de chaleur et de froid, et pour la résistance à la rupture par fatigue. La matière la plus avantageuse pour le diaphragme, à la fois pour le dôme et le dispositif périphérique, est une feuille de polypropylène chargé de talc D'autres matières de diaphragme qui peuvent être utilisées sont un film viny- lique sur lequel une couche d'aluminium a été déposée sous vide, et un film de polycarbonate. La figure 3 représente un second mode de réali- sation de diaphragme selon l'invention Celui-ci est analogue à celui des figures 1 et 2, mise à part la forme du dôme, en coupe Un dôme 48 de section parabolique est formé en une seule pièce avec un dispositif périphérique annulaire replié 50 ayant pratiquement la même forme que le dispositif périphérique 34, ou il est fixé à un dispositif périphérique annulaire de même forme, le diaphragme ayant un flasque 52 permettant la fixation annulaire à demeure sur les différents éléments formant l'aimant permanent Une forme 54 de support de bobine est fixée au raccord du dôme et du dispositif périphé- rique et supporte une bobine mobile hélicoldale 56 La forme parabolique du dôme prolonge la courbe de sensibilité vers les hautes fréquences comme décrit plus en détail en référence à la figure 4. La figure 4 représente des exemples de courbes 251950 Ä de sensibilité en fréquence dans le cas de trois moteurs, représentés'à titre purement illustratif La courbe 58 en trait plein représente la sensibilité du mode de réalisa- tion des figures 1 et 2, ayant un dôme en forme d'une partie de sphère Le trait interrompu 60 correspond à une partie de la'courbe de sensibilité d'un moteur classique à dôme ayant'les mêmes dimensions de dôme que le mode de réalisa- tion de la Tfigure 1, mais avec un dispositif périphérique du type utilisé de manière classique Les dispositifs péri- phériques sont simplement utilisés de manière classique' pour la suspension ou le support du dôme De tels dispositifs périphériques peuvent être formés de la même matière que le. dôme ou d'une matière différente et ils ont des dimensions relativement faibles en direction radiale, par rapport à l'axe du haut-parleur La courbe 60 représente un mode de réalisation ayant une dimension ab égale à 6,4 mm ou moins et n'ayant pratiquement aucune capacité notable d'émission sonore Les courbes 58 et 60 se raccordent à une fréquence légèrement supérieure à 1000 Hz, et aux fréquences plus élevées,'les courbes colncident pratiquement du fait des caractéristiques communes des dômes. La figure 4 représente aussi par la courbe 62 en traits interrompus, des caractéristiques d'un mỏteur ana- logue à celui de la figure 1 mais ayant le diaphragme repré- senté sur la figure 3 Cette courbe indique une sensibilité prolongée vers les hautes fréquences, se raccordant à la courbe 58 en trait plein à 10000 Hz environ Aux fréquences. plus basses, le mode de réalisation à dôme parabolique donne les mêmes caractéristiques que le mode de réalisation à dôme sphérique des figures 1 et 2. L'examen de la figure 4 montre que les modes de réalisation des figures 1 et 3 présentent une amélioration importante par rapport à la configuration à dôme classique grâce au prolongement de la sensibilité aux basses fréquences. Si l'on suppose que la région de sensibilité sensiblement "plate" ou constante représente zéro décibels, on peut sup- poser par exemple que la plage efficace du moteur comprend les fréquences qui donnent une réponse qui ne diffère pas de plus de six décibels de la valeur de référence Avec cette hypothèse, le moteur classique à dame a une plage utile comprise entre 650 et 10 000 Hz, le moteur à dame partielle- ment sphérique selon l'invention a une plage allant de 300 à 10 000 Hz, et le moteur à dame parabolique selon l'in- vention a une plage comprise entre environ 300 et 15 000 Hz. Dans certains modes de réalisation de haut- parleurs paraboliques, la sensibilité à haute fréquence peut encore être améliorée, la limite supérieure de la sen- sibilité utile atteignant presque la valeur limite de 000 Hz, si bien que l'incorporation d'un tweeter séparé au haut-parleur n'est plus nécessaire. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, il est préférable que les points du dispositif périphérique qui sont les plus éloignés du plan de sa fixation annulaire, tels que les points e et f de la figure 1, soient plus pro- ches de ce plan que le point du d 8 me qui est le plus éloi- gné de ce plan, tel que le point g Ce critère donne une ' meilleure dispersion de l'énergie acoustique dans une plus large plage de fréquences par rapport aux haut-parleurs à cône de dimensions égales. Un des avantages de l'invention, comme noté précédemment, est la durabilité d'un moteur à danme, donnant une sensibilité dans une plage convenable de fréquences et destiné à être utilisé comme moteur de restitution des fré- quences moyennes, dans un haut-parleur à plusieurs dispositifs de restitution Ainsi, les configurations du dame et du dis- positif périphérique, lorsqu'ils sont choisis pour la sen- sibilité voulue en fréquence, sont telles que, grâce à l'utilisation de matières avantageuses, la rupture du diaphrag- me est minimale En outre, les matières avantageuses permettent le fonctionnement du moteur réalisé dans des conditions va- riables d'humidité et de température. Bien que les configurations des dames décrits dans les modes de réalisation considérés soient en partie de sphère et paraboliques, les configurations peuvent varier avec les conditions de fabrication On peut utiliser des pro- cédés empiriques pour la détermination des effets exacts de ces variations sur les caractéristiques globales de res- titution -Cependant, il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Moteur à bobine mobile destiné à un haut- parleur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ( 16, 18, 20) à aimant permanent ayant des pièces polaires qui délimitent un entrefer annulai- re, un diaphragme ( 28) comprenant un tronçon en dôme ( 32) qui a un diamètre au moins égal à 3,8 cm à sa périphé- -rie,'et un tronçon périphérique annulaire replié ( 34), le tronçon en dôme étant raccordé à sa périphérie à l'extré- mité interne du tronçon périphérique, l'extrémité externe du tronçon périphérique ayant un dispositif annulaire de fixa- tion fixé par rapport au dispositif à aimant permanent, et une bobine ( 30) fixée au diaphragme au raccord des tronçons en dôme et périphérique et pénétrant dans l'en- trefer, le diamètre du dispositif périphérique, au niveau du dispositif de fixation, étant supérieur à 2,3 fois le diamètre de la bobine. 2 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon en dôme ( 32) a une forme sensiblement en partie de sphère. 3 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon en dôme ( 32) a une forme sensiblement parabolique. I 4Moteur selon la revendication 1, caractérisé en.ce que le dispositif périphérique ( 34) a une courbure sen- siblement circulaire dans tout plan de coupe diamétral du diaphragme. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance maximale séparant la surface du tron- çon en dôme ( 32) du plan du dispositif annulaire de fixation est supérieure à la distance maximale séparant la surface du tronçon périphérique ( 34) de ce plan. 6 Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance maximale séparant la surface du tron- çon périphérique ( 34) du plan du dispositif annulaire de fixa- tion est au moins égale au tiers de la distance séparant la bobine ( 30) du dispositif annulaire de fixation. 7 Diaphragme destiné à un moteur à bobine, mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon en dôme ( 32) ayant un diamètre au moins égal à 3,8 cm à sa périphérique, et un tronçon périphérique annulaire replié ( 34) raccordé-, à son extrémité interne, à la périphérie du tron- çon en dôme et ayant une extrémité externe destinée à être fixée annulairement, le diamètre de l'extrémité externe étant supérieur à 2,3 fois le diamètre de son extrémité interne. 8 Diaphragme selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le tronçon en dôme ( 32) et le tronçon périphé-. rique ( 34) forment un corps en une seule pièce. 9 Diaphragme selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le tronçon en dôme ( 32) a sensi- blement la forme d'une partie de sphère. Diaphragme selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le tronçon en dôme ( 32) a sen- siblement une forme parabolique. 11 Diaphragme selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif périphérique ( 34) a une courbure sensiblement circulaire dans tout plan de coupe diamétral du diaphragme. 12 Diaphragme selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la distance maximale comprise entre la surface du tronçon en dôme ( 32) et le plan de l'ex- trémité externe est supérieure à la distance maximale séparant la surface du tronçon périphérique ( 34) du même plan. 13 Diaphragme selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la distance maximale séparant la surface du tronçon périphérique ( 34) du plan de l'extré- mité externe est au moins égale au tiers de la distance sé- parant le raccord des tronçons périphérique et en dôme ( 34, 32) de la périphérie externe.