Brevet FR2655507A1 — publié le 19910607

La présente invention se rapporte au domaine des techniques électro-acoustiques, et concerne les. appareils connus sous le nom de haut-parleurs. Ces dispositiSs produisent l'émission de variations de pressions acoustiques à partir de variations de signaux électriques qui leur sont appli.qués, Dans leur principe, ils comportent deux parties principales. La première partie est un organe transducteur, avec des bornes électriques d'entrée pour l'application des signaux électriques, et un élément mobile de sortie dont les déplacements sont liés aux variations des signaux électriques La seconde partie est un organe mobile en forme de plaque ou membrane, relié mécaniquement avec l'élément mobile du transducteur, et assurant émission d'un rayonnement acoustique correspondant aux signaux électriques appliques. De tels appareils ont reçu une large diffusion, mais présentent habituellement un grave inconvénient, relatif au rendement de la conversion entre l'énergie appliquée pour les déplacements de la membrane mobile, et l'énergie acoustique rayonnée. En effet, le couplage acoustique entre la membrane à rayonnement direct et l'air, a un rendement faible, les impédances acoustiques respectives de la membrane - hauts impédance - et l'air - basse impédance - étant très différentes. C'est pourquoi il a été réalisé des haut-parleurs où un dispositif transformateur d'impédance acoustique est mis en oeuvre, à savoir un pavillon ou cornet creux, en forme générale de cône à génératrice courbe, cette courbe étant avantageusement exponentielle. La transformation d'impédance acoustique s'effectue entre la petite section du pavillon, ou "gorge", correspondant à une haute impédance, où est disposée la membrane mobile, et la grande section du pavillon, ou "embouchure", correspondant à une basse impédance, en liaison avec ltespace extérieur. Cependant, pour une surface d'embouchure donnée, la recherche d'un rapport de transformation élevé conduit à une surface de gorge très fable ; d'où, également, une très faible surface pour la membrane qui y est placée, et, en conséquence, une sévère limitation de la puissance qu'il est possible d'obtenir du haut-parleur. Pour surmonter cette limitation, il a été proposé d'insérer entre la membrane mobile et l'entrée de la gorge, une cavité, ou chambre intermédiaire La surface de la membrane peut alors être plus grande que cette de la gorge, et la transmission de l'énergie acoustique entre la membrane et la gorge est assurée par compression de l'air enfermé dans la chambre. Il subsiste cependant un sérseux inconvénient à ce type de haut-parleur à chambre de com:pression, à savoir que la transmission d'énergie acoustique entre la membrane et la gorge, et donc le fonctionnement du haut-parleur, ne s'effectue que dans un intervalle ou bande de fréquences limité vers les fréquences aigües, pour lesquelles la chambre de compression réalise une véritable coupure. Une diminution de la distance entre la membrane et la gorge permet de relever la fréquence de coupure, mais app.orte le rïsque d'un Contact accidentel entre la membrane et l'emlbouchure pour les grands déplacements dans les fréquences graves, limitant là encore la puissance qu'il est possible d'obtenir du haut-parleur. On doit, de plus, noter que émission acoustique de ce type de haut-parleur est extrêmement directive, et s'effectue dans l'axe du pavillon. Il est nécessaire de mettre en oeuvre des pavillons multiples juxtaposés, ou multi-cellulaires, pour couvrir un angle d'émission notable, typiquement de l'ordre de 400. Le haut-parleur à pavillon faisant ltobjet de la présente invention ne comporte aucun de ces inconvénients. C'est, en effet, un des buts de l'invention que de fournir un haut-parleur à pavillon comportant une membrane mobile de dimensions substantiellement supérieures à celles de la gorge de son pavillon, sans exiger la mise en oeuvre d'une chambre de compression~ C'est un autre but de l'invention que de fournir un haut-parleur à pavillon autorisant des déplacements substantiels de sa bobine mobile sans risque de contact accidentel entre la membrane et l'embouchure. C'est encore un autre but de l'invention que de fournir un haut-parleur à pavillon assurant une émission acoustique ans un angle pouvant aller jusqu'à 360 . Dans son principe, l'invention concerne un hautparleur à pavillon, dont une partie de la paroi du pavillon, située dans la région de la gorge, est rendue mobile, cette partie étant constituée par la membrane assurant l'émission du rayonnement acoustique. Plus précisément, l'invention concerne un haut-parleur à pavillon, comprenant d'une part un dispositif électroacoustique transducteur, convertissant des signaux électriques en signaux acoustiques, dispositif muni de bornes d'entrée pour l'application desdits signaux électriques, et d'au moins une membrane mobile pour l'émission desdits signaux acoustiques, comprenant d'autre part un pavillon creux avec des parois de forme conique, présentant une petite région d'entrée ou gorge, et une grande région de sortie ou embouchure, caractérisé en ce que ladite membrane constitue une partie des parois de la région d'entrée du pavillon L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des criptièn ci..-après, en s'appuyant sur les figures annexées, où:: - La figure 1 représente un haut-parleur à pavillon selon l'art connu La figure 2 représente un premier mode de realisation du haut-parleur selon 1' invention La figure 3 en représente un deuxième mode de réalisation, à symétrie de révolution La figure 4 représente une variante du deuxième mode de réalisation La figure 5 représente une autre: variante de ce mode de réalisation. La figure 1 représente un haut-parleur à pavillon selon l'art connu. Il est constitué d'un transducteur électro-acoustique, et d'un dispositif de couplage acoustique avec l'air. Le transducteur comprend d'une part une bobine de fil conducteur 1, avec deux bornes 2 et 3, plongée dans un champ magnétique créé par un aimant 4, et d'autre part, une membrane mobile 5 sur laquelle la bobine est fixée. Le dispositif de couplage avec l'air comprend une cavité ou chambre 6, reliée à un pavillon creux 7, présen tant une petite ouverture d'entrée 8, ou "gorge", et une grande ouverture de sortie 9 , ou "embouchure". Un tel haut-parleur fonctionne de la façon suivante. L'application d'une tension électrique alternative aux bornes d'entrée 2, 3 provoque des déplacements de la bobine mobile 1 sous l'faction du champ magnétique de l'aimant 4, et par conséquent les déplacements de la membrane 5 du transducteur. L'énergIe acoustique ainsi créée se propage à travers la chambre 6, vers la gorge 8 d'entrée du pavillon, d'où elle est finalement émLse..à l'extérieur par l'embouchure 9. I1. est nécessaire que la surface de la gorge 8 soit petite, pour un bon couplage, ou adaptation d'impédance acoustique, avec la grande surfacewde l'embouchure 9 ; mais il est nécessaire que la surface de la membrane 5 soit glande pour produire une puissance acoustique élevée. Ces exigences contradictoires sont satisfaites par la présence de la chambre ou cavité 6, dont le volume d'air intérieur transmet l'énergie acoustique grâce aux compressions et dépressions élevées dont il est le siège, réalisant une adaptation d'impédance acoustique entre la membrane 5 et la gorge 8. Cependant, l'emploi d'une chambre de compression 6 présente un grave inconvénient, indlqué déjà plus haut, d'une limitation dans la transmission des fréquences aigües, conduisant à une "fréquence de coupure" supbsieure, au delà de laquelle l'énergie acoustique n'est lus transmise, La figure 2 représente un premier mode de réalisation du haut-parleur à pavillon selon l'invention. I1 est constitué d'un transducteur électro-acoustique, et d'un dispositif de couplage acoustique avec l'air. Le transducteur électro-acoustique est analogue à celui de la figure 1, avec une bobine conductrice 1, avec deux bornes 2, 3, plongée dans un champ magnétique crés par un aimant 4, et d'autre part une membrane mobile 20, soutenue,par ses bords, par une suspension élastique souple telle que 21, sur laquelle la bobine est fixée. Le dispositif de couplage avec l'air est constitué par un pavillon creux 22, avec une gorge, région d'entrée 23, et une région de sortie 24 ou embouchure. Selon une caractéristique fondamentale de l'inven tison, la membrane mobile du transducteur électro-acoustique constitue une portion de parois de la région d'entrée du pavillon. Une telle disposition produit une transformation d'impédance acoustique progressive entre la membrane et le pavillon, sans nécessité d'aucune chambre de compression intermédiaire, et par conséquent ne présente aucune limitation dans la transmission des fréquences aigües entre la membrane et le pavillon. Il n'y a pas de "fréquence de coupure" supérieure. Selon l'invention, le fonctionnement de la transfor mation d'impédance acoustique entre le transducteur et le pavillon du haut-parleur repose sur la distance croissante entre les deux parois du pavillon situées dans sa région d'entrée, un-e des parois 25 étant fixe et l'autre 27 étant partiellement \constituée par la membrane mobile 20. Dans la partie initiale de cette région 23, les dépla cements de la membrane concernent de petits volumes d'air, et, par suite de la faible distance avec la paroi, provoquent des variations de pression élevées ; au contraire, dans la région finale 26, les déplacements de la membrane concernent de grands volumes d'air et créent des variations de pression faibles, par suite de la grande distance entre la membrane et la paroi en vis-à-vis. De plus, à mesure quton s'éloigne de la région ini tiale 23, l'impédance cumulée des tranches de volume précé dentes est toujours supérieure à celle de la tranche suivante. Finalement les volumes et variations de pression res pecti.fs varient en sens inverse entre les régions initiales 23 et finales 26 du pavillon X ce qui constitue éffective ment la transformation d'impédance acoustique recherchée. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation du haut-parleur à pavillon selon l'invention, à symétrie de révolution. Ce mode de réalisation résulte de la rotation à 360 2 de la structure du hautparleur à pavillon de la figure 2 autour d'un axe de symétrie 29 Tous les éléments du haut-parleur ont cet axe de symétrie. Le triV1Sducteur élec troacoustique comprend une bobine mobile I , actionnant une membrane 50 maintenue par une suspension souple telle que 21. Suivant l'invention, cette membrane fait partie de la région d'entrée 57 d'un pavillon creux 52 avec des parois en vis-a' -vis telles que 58 et 59 . Par suite de leur symétrie de révolution,autour de l'axe 29 - ces deux paroir présentent une forme générale conique, l'une des parois 58 , dont la portion 50 est mobile, étant en forme d'anneau, et l'autre paroi 59 étant continue en forme de cuvent Cette paroi est fixée à l'ensemble du haut-parleur par une pluralité de supports tels que I9 , en forme de colonnettes ou entretoises, dont les dimensions transversales sont déterminées pour ne pas constituer des obstacles acoustiques. I1 est important de noter que, selon l'invention, l'ensemble du pavillon 52 , constitué des deux parois 58 et 59, est fixe et immobile, et que seule une portion 50 de la paroi de la gorge 57 du pavillon est mobile. Le fonctionnement est le même que celui du haut-parleur de la figure 2 La figure 4 représente une variante du haut-parleur selon l'invention, dans son mode de réalisation a symétrie de révolution. Le fonctionnement est le même que celui du haut-parleur de la figure 3, avec une énergie acoustique émise principalement auivant des directions telles que 3I , conduisant à une résultante suivant l'axe de symé- trie 39, selon une surface d'énergie à deux lobes 40 et 41 La paroi g4 du pavillon 32 peut être supportée par des entretoises comme dans le haut-parleur représenté sur la figure 3 . Cependant, par suite de l'angle au sommet ré duit de la paroi 34 ,il est nécessaire de mettre en oeuvre des entretoises de grande longueur, susceptibles d'entrer en vibrations pour certaines fréquences acoustiques. I1 est alors avantageux de supporter la parlai 34 suivant son axe, en la fixant sur la partie centrale 60 de l'airQBat 4 On doit remarquer que la paroi conique 34 est fixe ou stationnaire lorsque la pat tie mobile 30 de la paroi 35 se déplace. Cette caractéristique est totalement diffa rente de celles de haut-parleurs de type connu, où une membrane conique supporte, en son centre, une seconde membrane conique, d'angle au sommet plus réduit, solidaire et mobile avec la première, ces structures étant, de plus, d'un fonctionnement différent. La figure 5 représente une variante du mode de réalisation du haut-parleur de la figure 4 , où est obtenue une surface d'émission d'énergia à un seul lobe 50, assurant une excellente directivité dans la direction de l'axe de symétrie 39 , par réduction de l'angle de la membrane conique 30 avec son axe de Isymétrie. Le haut-parleur de l'inyention a été décrit, à titre d'exemple, comme comprenant un transducteur à bobine mobile et aimant ; mais tout autre transducteur, de type électrostatique par exemple, est compris dans le domaine de l'invention RVEND IC AT IONS R . I Haut-parleur à pavillon, comprenant d'une part un dispositif electro-acoustique transducteur, convertissant des signaux électriques en signaux acoustiques, dispositif muni de bornes d'entrée (2) (3), pour l'application desdits signaux électriques, et d'au moins une membrane mobile (20) pour l'èmission desdits signaux acoustiques, comprenant d'autre part un pavillon creux ( 22 ) avec des parois (25) (27) disposées en vis-a' -vis l'une de l'autre, avec un écartement croissant, ce pavillon présentant une répetite région d'entrée (23) ou gorge, et une grande région de sortie ou embouchure, caractérisé en ce que ladite membrane (20) constitue une partie d'une des parois (27) de la région d'entrée du pavillon. R . 2 . Haut-parleur à pavillon selon la R.I , caractérisé en ce que les deux parois (34) (35) , disposées en visà-vis , dudit pavillon, et ladite membrane (30) ont la forme de surfaces de révolution autour d'un axe de symétrie commun (39). R . 3 . Haut-parleur à pavillon selon la R.2 , caractérisé en ce que ladite: membrane mobile (30) se déplace sous l'action d'une bobine électrique (I) reliée aux bornes d'entrée (2) (3) , bobine se déplaçant dans un circuit magnétique (4) ,ladite membrane, ladite bobine et ledit circuit magnétique ayant le même axe de symétrie (39), et ledit circuit magnétique supportant celle des deux parois (34) du pavillon qui est disposée en visa' -vis de ladite membrane mobile (30) R . 4 . Haut-parleur à pavillon selon la Rev. I , caractérisé en ce que ledit écartement entre les parois disposées en visa-' vis suit une loi linéaire. R . 5 . Haut-parleur à pavillon selon la Rev. I , caractérisé en ce que ledit écartement croissant entre les parois disposées en-vis-3~vis suit une loi exponentielle.