Brevet FR2653631A1 — publié le 19910426

La présente invention se rapporte au domaine des techniques électro-acoustiques, et concerne les appareils connus sous le nom de haut-parleurs. Ces dispositifs sont des transducteurs, convertissant des variations de signaux électriques qui leur sont appliqués, en. variations de pressions acoustiques. Dans leur principe, ils comportent un organe moteur, habituellement constitué par un bobinage électrique mobile, plongé dans un champ magnétique, bobinage aux bornes duquel sont appliqués les signaux électriques, et un organe mobile, en forme de plaque ou membrane, relié mécaniquement au bobinage mobile du moteur, et assurant l'émission d'un rayonnement acoustique correspondant aux signaux électriques appliqués. La recherche de puissances acoustiques élevées a conduit à augmenter la surface des membranes, et, dans certaines réalisations connues, à faire, de plus, appel à plusieurs bobines mobiles réparties sur celles-ci. L'obtention de puissances élevées est cependant limitée par le manque de rigidité mécanique des membranes de grande surface. C'est pourquoi on a cherché à repousser cette limite par adoption de membranes épaisses, par exemple en plaques de polystyrène expansé, ou encore en panneaux à structure interne alvéolaire en "nid d'abeilles", solutions soit imparfaites, soit étrangères aux techniques de réalisation habituelleSdes membranes de haut-parleurs, et par conséquent coûteuses. Les haut-parleurs faisant l'objet de la présente invention comportent des membranes rayonnantes de grande surface, ne présentant aucun de ces inconvénients. D'une part, ces membranes sont constituées de matériaux, et sont réalisées suivant des procédés, habituellement mis en oeuvre dans la fabrication des haut-parleurs. D'autre part,.elles présentent une très grande rigidité propre, les rendant aptes à entrer dans la constitution de haut-parleurs à grande surface, munis d'une pluralité de bobines mobiles réparties. Dans leur fondement, les membranes de l'invention font appel au principe appliqué dans la réalisation de panneaux plans connus en architecture sous le nom de structures auto-portantes à grande rigidité. Ces structures comportent d'une part deux réseaux plans de poutrelles disposées en mailles polygonales, réseaux disposés suivant deux plans parallèles, respectivement supérieur et inférieur, les mailles des deux plans étant mutuellement déca lées d'une demi-maille, et d'autre part un ensemble de barres de liaison reliant les sommets ou noeuds des polygones respectifs des deux plans. La rigidité élevée d'ensemble est liée à la condition fondamentale de conservation des valeurs des angles relatifs des barres de liaison en chaque noeud des deux plans, propriété qui dans ce cas autorise la suppression de certaines poutrelles polygonales pour allègement de la structure auto-portante. La présente invention met en oeuvre de telles structures auto-portantes à grande rigidité pour la réalisation de membranes de haut-parleurs. Pour cela, la membrane selon l'invention est en forme d'une pluralité de cellules creuses de forme générale conique, dont chacune appuie sa base sur les noeuds d'une maille du plan supérieur, et son sommet sur un noeud du plan inférieur, et présente la caractéristique fondamentale d'assurer le rôle de blocage des angles des barres de liaison, blocage dont on a indiqué plus haut le caractère fondamental, en incluant chacune de ces barres dans sa surface conique. Une forme particulièrement avantageuse de la membrane selon l'invention peut être obtenue par réalisation de la surface d'équilibre prise par une membrane élastique souple tendue entre les noeuds respectifs des mailles des plans supérieurs et inférieurs. Les régions de la membrane situées à l'intersection des lignes reliant respectivement deux noeuds supérieurs et deux noeuds inférieurs, présentent dans ce cas deux lignes de courbure de FEns opposés, réalisant la surface gauche connue sous le nom de "col", ou "selle turque", forme à laquelle il semble qu'on puisse attribuer la haute rigidité obtenue. Plus précisément, l'invention concerne un transducteur électro-acoustique, assurant l'émission d'un rayonnement sonore sous l'action d'un signal électrique appliqué à ses bornes, comportant une surface rayonnante en forme de membrane mabile, supportée suivant ses bords par un cadre fixe, et une pluralité d'éléments moteurs, chacun desdits éléments étant constitué d'une part, par un circuit générateur d'un champ magnétique, supporté par le cadre fixe, et d'autre part d'un circuit électrique en forme de bobine, fixé sur la membrane, avec des bornes pour l'application dudit signal, soumis audit champ, caractérisé en ce que - ladite membrane présente une forme définie par une structure à deux nappes parallèles planes, - chaque nappe portant un ensemble de noeuds disposés suivant une pluralité de polygones, - des barres de liaison reliant des noeuds respectifs des deux nappes, - ladite membrane comportant une pluralité de régions creuses adjacentes en forme de cône, chaque cône ayant sa base orientée vers une des deux nappes, et ayant son sommet, supportant une bobine, situé à un noeud de l'autre des deux nappes, - lesdites barres de liaison étant incluses dans la membrane de chaque cône. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les figures annexées, où - La figure 1 représente, suivant une vue partielle en perspective, une structure auto-portante à poutrelles et barres de liaison - La figure 2 représente, suivant une vue partielle en perspective, un premier mode de réalisation de l'invention, suivant lequel la membrane multicellulaire de l'invention, a la forme de chaque cellule définie par les poutrelles et barres de liaison de la structure auto-portante de la figure 1 - La figure 3 représente, suivant une vue partielle en perspective, un deuxième mode de réalisation de l'invention, suivant lequel la membrane multi-cellulaire de l'invention prend la forme de la figure d'équilibre d!une membrane souple. et élastique s'appuyant sur les noeuds de liaison des poutrelles de la structure auto-portante de la figure ; - La figure 4 représente une membrane selon la figure 3 comportant deux cellules adjacentes découpées suivant les lignes séparatrices passant par les nqeuds - La figure 5 représente une membrane à deux cellules. adja- centes, résultant d'une section plane de la membrane de la figure 4, par un plan parallèle aux plans des noeuds de la structure auto-portante ; - La figure 6 représente une variante de -la membrane de la figure 5, où la section plane réalisée, par un autre plan parallèle, conserve deux noeuds supérieurs sur la membrane;; - La figure 7 représente une autre variante de la-membrane de la figure 5, où la section plane par-encore un autre plan parallèle, présente un contour de forme générale etliptiquet La figure 1 représente, suivant une vue partielle en perspective, une structure auto-portante à poutrelles et barres de liaison .. Une telle structure est constituée de deux nappes planes et parallèles 1 et 2, constituées de poutrelles telles que 3 et 4, disposées suivant un arrangement polygonal en carrés, tels que 5, les carrés d'une nappe étant décalés, parallèle ment aux côtés, des valeurs respectives 6 et.? d'un demi-côté. La caractéristique fondamentale d'une telle structure est constituée par des barres de liaison telles que 8, reliant les sommets, ou noeuds, respectifs des carrés de chacune des deux nappes. Les côtés des carrés de chaque nappe fixent la distance de deux noeuds adjacents, et les barres de liaison celle de deux noéudsrespectifs de chaque nappe. Une telle structure possède une grande légèreté, associée à une grande rigidité perpendiculairement à son plan d'ensemble, et est exploitée en architecture. La figure 2 représente, suivant une vue partielle en perspective, un premier mode de réalisation de l'invention, suivant lequel la membrane multi-cellulaire de l'invention a la forme de chaque cellule définie par les poutrelles et barres de liaison de ia structure auto-portante de la figure 1 Les poutrelles telles que 10, et les barres de liaison telles que 11, définissent des tétraèdres en forme de pyramide creuse, avec un sommet tel que 12, et, suivant l'invention, -chaque tétraèdre est revêtu d'une membrane telle que 13, d'épaisseur et de matériau habituels dans le dondaine des transducteurs électro-acoustiques. Chaque sommet est sur la nappe dite inférieure, et chaque base de tétraèdre est sur la nappe dite supérieure. Cependant, une telle structure présente l'inconvénient d'ajouter, au poids de la membrane elle-même, celui de l'ensemble des poutrelles et des barres de liaison de la structure auto-portante. La figure 3 représente, suivant une vue partielle en perspective, un deuxième mode de réalisation de l'invention, suivant lequel la membrane multicellulaire de l'invention prend la forme de la figure d'équilibre d'une feuille d'un matériau souple et élastique s'appuyant sur les noeuds de liaison des poutrelles de la structure auto-portante de la figure 1. Selon ce mode de réalisation, il est fait appel seulement à l'existence des noeuds respectifs des deux nappes, tels que 21 pour une des nappes et 22 pour l'autre, et la forme de la membrane du transducteur est définie par application d'une feuille d'un matériau souple et élastique, tendue entre les noeuds des deux nappes. Ce matériau peut être, par exemple, du caoutchouc, ou une matière plastique d'élasticité et de souplesse comparable Après réalisation d'un moule d'une telle surface, il est possible de réaliser des membranes pour transducteur électroacoustique possédant les propriétés d'une surface auto-portante de grande rigidité, sans conduire à l'obligation de réaliser les poutrelles et les barres de liaison. En effet, la fonction de ces deux groupes d'éléments est assumée dans la membrane de la figure 3 de la façon suivante La fonction des barres de liaison, dont on a indiqué plus haut le caractère fondamental, est assurée par la membrane elle-même, à savoir que, quelles que soient les valeurs relatives des distances entre deux noeuds adjacents tels que 23 et 24, et entre deux noeuds 21 et 22 pris dans chaque nappe supérieure et inférieure, la surface courbe de la membrane contient toujours au moins une ligne droite telle que 25, assumant ainsi la fonction d'une barre de liaison incluse dans la membrane elle-même. La fonction de fixation des distances des noeuds tels que 23 et 24 de la nappe supérieure est assumée par la forme particulière prise par la feuille souple et élastique 26 tendue entre les noeuds supérieurs et inférieurs. Cette forme est une surface gauche présentant deux familles de lignes de courbures inverses, d'une part une famille de lignes telle que 34, reliant deux noeuds supérieurs tels que 24 et. 3.5 et constituant une séparation entre deux cellules telles que 31 et 32, et d'autre part une famille de lignes telles que 28, reliant deux noeuds inférieurs tels que 21 et 29, les deux familles ayant leurs lignes respectives en intersection en .30, avec leurs courbures de sens opposé. La surface gauche qui en résulte en ce point est connue en géométrie mathématique sous le nom de "col" ou "selle turque", et confère aux surfaces correspondantes une très grande rigidité. C'est cette forme particulière qui assure la fonction des poutrelles de la structure auto-portante de la figure 2, et permet de les omettre dans la membrane de l'invention. La figure 4 représente une membrane selon la figure 3 comportant seulement deux cellules adjacentes découpées suivant les lignes séparatrices passant par les noeuds. La réalisation d'un haut-parleur par application de cette membrane comporte la fixation d'une bobine mobile telle que 41 à chaque noeud inférieur, soumise à un champ magnétique créé par un aimant coaxialement disposé tel que 42 ; et elle comporte, sur le bord externe de la membrane mobile 43, une bande périphérique d'un matériau souple 44, moyen assurant la suspension de celle-ci à un cadre fixe 45, tout en lui permettant des dépla cements dans le sens vertical 46, la bande périphérique et le cadre n'étant que partiellement représentés pour la clarté. La figure 5 représente une membrane à deux cellules adjacentes, résultant d'une section plane de la membrane de la figure 4, par un plan parallèle aux plans des noeuds de la structure auto-portante. Cette variante est particulièrement avantageuse, par rapport au mode de réalisation -de la figure 4, car elle permet une mise en oeuvre plus simple de la bande périphérique souple de suspension 51, ainsi que du cadre fixe 52, l'en- semble étant plus aisément utilisable dans les enceintes acoustiques de type connu. La figure 6 représente une autre variante de la membrane de la figure 5, où une section plane est effectuée par un autre plan parallèle aux plans des noeuds de la structure auto-portante, choisi pour conserver deux noeuds supérieurs 63 et 64 sur la membrane, augmentant ainsi la sueface rayonnante, et conférant au contour extérieur 65 de la membrane une forme générale de losange curviligne. La figure 7 représente encore une autre variante de la membrane de la figure 5, où une section plane est effectuée par encore un autre plan parallèle aux plans des noeuds de la structure auto-portante, choisi pour obtenir un contour de la membrane à courbure toujours convexe, de forme générale d'allure elliptique. I1 est essentiel de remarquer que, dans toutes ces variantes de la membrane de l'invention, celle-ci présente toujours, comprises dans sa forme, les régions droites telles que 71, assurant la fonction des barres de liaison de la surface auto-portante dont elle tire son origine et ses propriétés avantageuses. R E V E N D I C A T I O N S R.1. Transducteur électro-acoustique, assurant l'émission d'un rayonnement sonore sous l'action d'un signal électrique rappliqué à ses bornes, comportant une surface rayonnante en forme de membrane mobile, supportée suivant ses bords par un cadre fixe, et une pluralité d'éléments moteurs, chacun desdits éléments étant constitué d'une part, par un circuit générateur d'un champ magnétique, supporté par le cadre fixe, et d'autre part d'un circuit électrique en forme de bobine, fixé sur la membrane, avec des bornes pour l'application dudit signal, soumis audit champ, caractérisé en ce que -ladite membrane (13) présente une forme définie par une structure à deux nappes parallèles planes (--) et (2) -chaque nappe étant constituée d'un ensemble de noeuds disposés suivant une pluralité de polygones, -des barres de liaison (8) reliant des noeuds respectifs des deux nappes, -ladite membrane comportant une pluralité de régions creuses adjacentes en forme de conç,chaque cone ayant sa base orientée vers une des deux nappes, et ayant son sommet, supportant une bobine, situé à un noeud de l'autre des deux nappes, -lesdites barres de liaison étant incluses dans la membrane de chaque cone. R 2. Transducteur électro-acoustique selon la R 1 , caractérisé en ce que chaque région creuse de ladite pluralité a sa forme de cne définie par la figure d' équilibre d'une membrane souple et élastique, s'appuyant d'une part sur les noeuds (22)(23)(24) d'une des deux nappes correspondant à la base, et d'autre part sur le noeud (21) de l'autre des deux nappes correspondant au sommet. R.3. Transducteur suivant la R.2 ,caracterisé en ce que deux régions creuses adja centes (31)(32) présentent deux familles de lignes de courbures inverses, d'une parune famille de lignes séparatrices telles que (34), reliant deux noeuds supérieurs (24)(33) , et d'autre part une famille de lignes (28) reliant deux noeuds inférieur (21)(29) , les deux familles ayant leurs lignes respectives en intersection en (30) avec leurs courbures de sens opposé, suivant la figure d'un '!col'-'. R.4. Transducteur selon la R.1 , caractérisé en ce que le contour extérieur de la membrane est défini par un plan de section de celle-ci parallèle aux deux nappes parallèles planes (1)(2) , plan plaçé entre ces deux nappes. R.5. Transducteur suivant la R.4 , caractérisé en ce que ledit contour est en forme générale de losange. R.6. Transducteur selon la R.4 , caractérisé en ce que ledit contour est en forme générale d'ellipse. R.7. transducteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits polygones sont des rectangles.