Brevet FR2668016A1 — publié le 19920417

Haut-parleur électrodynamique et équipage mobile correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la conception et du perfectionnement des haut-parleurs électrodynamiques et des membranes pour de tels haut-parleurs. De façon connue, l'équipage mobile d'un haut-parleur de ce type comporte une membrane (ou diaphragme) mobile, généralement tronconique, reliée au saladier du haut-parleur par deux suspensions de souplesse contrôlée d'une part à sa base par une "suspension avant", et d'autre part à son sommet par une "suspension arrière" (ou spider). La bobine mobile d'excitation du haut-parleur est solidaire de la membrane à son sommet. La suspension avant est généralement constituée par une portion de jonction circulaire périphérique souple, repliée "en accordéon" sur un ou deux plis, ou davantage. De cette façon, lors de l'excitation du haut-parleur, la suspension peut se déployer tant vers l'extérieur que vers I'interieur du saladier, en fonction des déplacements de la membrane. On sait que l'amplitude des déplacements de la membrane d'un haut-parleur, à puissance égale, est d'autant plus importante que la fréquence est basse. En effet, alors qu'elle constitue en hautes fréquences un corps vibrant présentant modes et fréquences propres, en basses fréquences la membrane se comporte comme un piston acoustique,. Dans certains cas de figure, la forte amplitude de déplacement de la membrane présente des inconvénients. Tel est le cas, notamment, lorsque le haut-parleur est monté dans un logement d'espace réduit, par exemple en appliquant la face avant directement contre une paroi de diffusion du son. Aux basses fréquences, et aux fortes puissances, la membrane vient alors heurter la paroi de diffusion, et produit des distorsions importantes du son restitué, accompagnées de vibrations parasites. Ce phénomène est connu et fréquent dans les équipements audio bas de gamme, depuis les appareils radiophoniques ou les magnétophones portables courants jus qu'à la plupart des auto-radios du marché. Les équipements de sonorisation pour automobiles sont particulièrement sujets à ce phénomène de "distorsion mécanique", du fait que les constructeurs d'automobiles prévoient généralement des logements d'encastrement des haut-parleurs (notamment dans les portières de voitures) sous-dimensionnés par rapport aux besoins de puissance restituée pour couvrir les bruits de moteur et aérodynamiques ambiants.Pour optimiser l'utilisation de l'espace d'encastrement, les concepteurs des habitacles travaillent généralement strictement sur les cotes d'encombrement standard des saladiers de haut-parleurs du marché, qui doivent alors être montés directement sans entretoises d'espacement, contre les parois de diffusion. Si cette pratique est tolérable lorsque l'équipement auto-radio hauts-parleurs est de qualité médiocre ou moyenne, elle ne peut satisfaire l'usager désireux d'obtenir un son de haute qualité. Or, cette exigence s'accroît de plus en plus, du fait de la meilleure insonorisation des voitures, de la qualité croissante des auto-radios (bande FM, lecteurs de disques lasers,..), et de la perspective de disposer d'une nouvelle amélioration substantielle de réception radio dans un avenir proche avec la radiodiffusion numérique. L'invention a pour objectif de fournir une nouvelle conception de haut-parleur destinée à satisfaire ces utilisateurs exigeants. Un autre objectif de l'invention est de fournir de tels haut-parleurs qui permettent des standards de fabrication suffisamment simples et économiques pour autoriser des coûts de revient acceptables, notamment en grandes séries. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir de tels haut-parleurs qui présentent une grande facilité de montage. A cette fin, l'invention concerne un haut-parleur électro-dynamique du type constitué d'une membrane suspendue dans un saladier et constituée d'un diaphragme central continué à sa périphérie par une suspension avant, la suspension avant de la membrane étant fixée au saladier en retrait par rapport au plan supérieur avant dudit saladier, de façon que la portion la plus avancée de la membrane, lorsqu'elle est excitée en position maximum avant, au plus affleure ledit plan supérieur avant du saladier. De cette façon, la course de la membrane ne peut plus être entravée par l'existence d'une paroi de diffusion placée directement contre le saladier du haut-parleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite suspension est formée essentiellement par une portion de jonction périphérique circulaire souple, de section radiale hémi-circulaire dont la concavité est tournée vers l'intérieur du saladier. Dans ce cas, le rayon de courbure de ladite portion de jonction de section radiale hémicirculaire est choisi en relation avec la valeur du retrait du point de fixation de la suspension avant au saladier, de façon que la zone de transition entre le diaphragme de la membrane et la suspension avant au plus affleure le plan supérieur avant du saladier lorsque la membrane est excitée en position maximum avant. En règle générale, c'est en effet la zone de transition entre diaphragme et suspension avant qui présente le débattement le plus grand lors des déplacements de la membrane. Avantageusement, ladite suspension présente une couronne d'extrémité de fixation au saladier, dont la section radiale est en L, l'une des branches du L formant ledit retrait de fixation de la suspension par rapport au plan supérieur avant du saladier. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite couronne de fixation porte une griffe élastique circulaire extérieure de solidarisation au saladier. Dans ce cas, l'assemblage de la membrane sur le saladier est réalisé très simplement, à la manière dont un couvercle de récipient hermétique en matière plastique peut être apposé en jouant sur l'élasticité du matériau. (Fixation de type Tupperware (marque déposée)). Selon une caractéristique de l'invention, la suspension avant est réalisée en matériau thermoplastique injecté, et est soit rapportée sur le diaphragme central, soit réalisée monobloc avec le diaphragme. D'autres caractértistiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un haut-parleur à membrane en retrait selon l'invention, en coupe stylisée - la figure 2 illustre le dimensionnement du retrait préconisé par l'invention, en représentant les positions extrêmes prises par la membrane du hautparleur de la figure 2 ; - la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'un mode préférentiel de conformation de la suspension avant du haut-parleur de la figure 1, en coupe radiale. Comme représenté en figure 1, le haut-parleur selon l'invention est du type constitué d'un équipage mobile 12 suspendu dans un saladier 11. L'équipage mobile 12 est constitué d'une membrane 13 formée d'un diaphragme 14 terminé dans la portion périphérique avant par une suspension externe 15. Au sommet du diaphragme tronconique 14 est solidarisée la bobine mobile 10 d'excitation du haut-parleur, protégée par un dôme 16. L'équipage mobile est suspendu dans sa partie arrière au moyen d'un "spider" (suspension arrière) 17. La partie externe de la membrane présente, au-delà de la suspension avant 15, une couronne d'extrémité 18, de section radiale en L, fixée sur une portion complémentaire 19 du saladier 11, formant siège de fixation. La fixation de la couronne 18 au saladier 11, 19, est réalisée par exemple par collage, ou encore par encastrement élastique amovible (clipsage) au moyen d'une fixation de type Tupperware (marque déposée). Selon l'invention, le point de liaison 20 de la suspension avant 15 à la couronne 18 est situé à distance d du plan supérieur avant 21 du saladier 11. Cette distance d est choisie de façon à éviter que, dans sa position maximum avant, le point extrême le plus avancé de la membrane traverse le plan avant 21 du saladier. Cette caractéristique est détaillée plus précisément en figure 2. Dans la demi-coupe agrandie de la figure 2, on a représenté schématiquement l'emplacement de la membrane pour trois positions différentes: - la position de repos 14A, correspondant à la configuration de la figure - la position extrême avant 14B; - la position extrême arrière 14C. On notera que, selon l'invention, la position extrême avant de la membrane 14B correspond au cas où la suspension avant 15B est étendue au maximum vers l'avant. Cette configuration correspond au cas du repoussement maximal de la bobine mobile 10B vers l'avant. Dans cette configuration extrême avant, le point de liaison 22B du diaphragme central 14B de la membrane à la suspension avant 15B affleure le plan supérieur avant 21 du saladier 11. Or, ce point de liaison 22B constitue la portion la plus avancée de l'équipage mobile du haut-parleur. Il en résulte qu'à aucun moment la membrane ne traverse la plan supérieur 21. Cette condition sera vérifiée à chaque fois que la distance de retrait entre le point de fixation 20 et le plan supérieur 21 du saladier sera au moins égale à la valeur d. En effet, l'objectif n'est pas que, en position extrême avant, le point 22B affleure exactement le plan 21, mais simplement qu'il ne le dépasse pas, afin d'éviter le risque de venir en butée contre une paroi de fixation du haut-parleur. Cette caractéristique de l'invention s'applique également à d'autres types de membranes, dans lesquels il serait possible que le point extrême avant ne soit pas le point de jonction 22B, mais un autre point de la membrane (par exemple le point supérieur extrême 23 du dôme de protection). Dans tous les cas, l'objectif est de choisir la valeur de retrait d de façon à interdire un franchissement du plan 21 par la portion la plus avancée de la membrane. On peut considérer que dans certaines configurations, le choix d'une valeur de d permettant que le point 22B affleure le plan supérieur avant 21 correspond à une optimisation de la structure du haut-parleur, du point de vue de la surface de restitution sonore du diaphragme par rapport à l'encombrement général du haut-parleur. On notera que le cas où le haut-parleur est directement accolé par sa face avant sur une paroi de fixation 24 est un cas fréquent. En effet, l'un des moyens les plus courants de fixer un haut-parleur consiste à placer quelques brides 25 de fixation sur le pourtour extérieur de la couronne du saladier, de façon à l'appliquer contre la paroi de fixation 24, au moyen d'un boulon 26 (fig.1). La structure à retrait de l'invention permet ainsi de garantir une fidélité de restitution sonore dans tous les cas de figures de montage, sans contraindre l'utilisateur à prévoir une entretoise d'espacement entre le haut-parleur et la paroi de fixation. La figure 3 est une vue détaillée d'un mode de conformation préférentiel de la suspension avant 15, et de ses points de liaison avec la couronne de fixation 18 et le diaphragme 14. Dans le mode de réalisation représenté, la suspension avant 15 consiste essentiellement en une portion de jonction circulaire souple, de section radiale hémicirculaire dont la concavité 30 est tournée vers l'intérieur du saladier 11. Dans le cas représenté, le rayon de courbure de la suspension est sensiblement constant. Mais il est également possible de prévoir une suspension constituée d'un ou plusieurs replis consécutifs, de profil identique ou différent. Le profil circulaire est toutefois préféré dans la mesure où il est plus facile à réaliser, et fournit le meilleur comportement cinétique aux grands déplacements. La valeur du rayon de courbure de la suspension avant est bien entendu calculée en relation avec la distance de retrait d, de façon à respecter la condition de non dépassement du plan supérieur avant 21 du saladier, en position extrême avant. Dans le cas de plusieurs replis consécutifs, ceux-ci sont calculés de façon que, lors de leur extension en position dépliée maximale avant, la membrane ne dépasse pas le plan supérieur avant du saladier. Le point de liaison 22 de la suspension avant au diaphragme 14, et le point de liaison 20 de la suspension avant 15 à la couronne de fixation 18, sont avantageusement, mais non obligatoirement conformés de forme arrondie à très faible rayon de courbure. Ceci assure une bonne articulation au niveau de ces points de jonction, très sollicités lors des déplacements de la membrane. L'épaisseur peut être renforcée dans cette zone 20 pour en accroître la résistance à l'usure. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la couronne d'extrémité 18 présente une griffe d'extrémité 31 de section radiale en queue d'aronde ou équivalent. Cette conformation permet par exemple de réaliser une fixation de la couronne sur la périphérie du saladier, par simple encastrement élastique de l'un sur l'autre, à la manière des fermetures étanches de récipients en matière plastique de type Tupperware, comme déjà mentionné. Cette caractéristique avantageuse de l'invention permet un montage extrêmement aisé de l'équipage mobile sur le saladier, avec de plus un centrage précis. Ce mode de fixation, est en outre amovible. Mais il est également possible de le doubler d'un collage de la couronne 18 sur l'extrémité du saladier. Afin de maintenir la couronne 18 appliquée contre le saladier, il est avantageux de prévoir un ergot 33 d'encastrement dans une rainure complémentaire pratiquée dans le saladier. On notera que c'est la hauteur de la branche verticale 18V de la couronne de fixation 18 qui fournit, pour l'essentiel, la distance de retrait d. La couronne 18 peut, le cas échéant, se limiter à cette partie verticale 18V, éventuellement inclinée par rapport à la verticale afin d'en faciliter le centrage et le maintien dans le saladier lors de la solidarisation. La membrane complète constituée de la couronne de fixation 18, de la suspension avant 15, et du diaphragme 14, doit bien entendu être sous forme monobloc, dans l'état final de fonctionnement. L'invention a également pour objectif de fournir un équipage mobile de conception adaptée à ce type de haut-parleur. Plus précisément on peut tout d'abord employer un des procédés classiques de fabrication des équipages mobiles consistant à former la membrane soit directement monobloc : diaphragme central + suspension avant, soit par collage du diaphragme et de la suspension avant, préalablement fabriqués séparément. Ce second procédé présente l'avantage de permettre un choix différent de matériaux (généralement cellulosiques) pour le diaphragme et Ia suspension avant respectivement, qui remplissent des fonctions différentes. En revanche, il comporte l'inconvénient de nécessiter une opération supplémentaire de collage, qui est génératrice de coûts de fabrication supplémentaires (machines spécialisées, ...). Ces joints de colle peuvent en outre engendrer des géométries parasites, éventuellement des irrégularités, préjudiciables à la qualité de restitution sonore du haut-parleur, et présenter des défauts de fiabilité dans le temps. De façon avantageuse, la membrane et la suspension avant sont réalisées en matériau thermoplastique. Ceci permet deux variantes de réalisation: - soit une injection monobloc de l'ensemble; - soit une mise en forme séparée, avec une très grande facilité de solidarisation des deux éléments l'un à l'autre, par un simple procédé de liaison à chaud. Cette dernière caractéristique permet non seulement d'éviter d'utiliser par exemple un poste de collage diaphragme-suspension, dans la chaîne de fabrication, mais également d'obtenir une liaison fiable, et donc un bon comportement dans le temps du haut-parleur sans craindre une dégradation ou une attaque de la colle, comme cela peut être le cas dans les haut-parleurs existants. Avantageusement, on peut choisir les matériaux suivants - pour la partie centrale, un matériau thermoplastique, chargé ou non chargé; - pour la suspension avant, un élastomère thermoplastique de même famille. La famille de matériaux retenue est avantageusement celle des polyoléfines. Le diaphragme est avantageusement réalisé en matériau thermoplastique chargé. De façon préférentielle, le matériau utilisé est un polypropylène chargé de microbilles de verre creuses, du type commercialisé par la Société SOVITEC SA. Les microbilles semblant offrir les meilleures caractéristiques présentent un diamètre de 50 à 60 jm. La sélection de ce type de matériau composite permet un allègement de la membrane, et l'obtention d'un module de flexion accru par rapport aux ploypropylènes non chargés, et pouvant atteindre 2000 à 3000 MPa. Bien entendu, d'autres matériaux thermoplastiques, ou encore d'autres charges (talc, mica, ...) peuvent être également utilisées dans le cadre de l'invention. La suspension avant 15, de la membrane est pour sa part avantageusement réalisée en élastomère thermoplastique, injecté ou thermoformé. Le matériau élastomère est choisi de façon à pouvoir être solidarisé à chaud avec le matériau thermoplastique constitutif du diaphragme 14. Avantageusement, l'élastomère est du type du santoprène (marque déposée) commercialisé par la Société MONSANTO. Ce matériau présente une excellente résistance à la déformation rémanente en traction et en compression, et une très bonne tenue à la fatigue en flexion. A titre indicatif, d'autres produits peuvent être employés pour les différents éléments de l'équipage mobile, comme par exemple une polyoléfine halogénée de type Alcryn (Du Pont de Nemours) pour la suspension avant, la membrane pouvant pour sa part être réalisée en Hytrel (Du Pont de Nemours), Stanvl (DSM) ou Pebax (Atochem). On notera que, dans un mode de réalisation compatible avec l'invention, la couronne extérieure 18 pourrait également être réalisée séparément de la suspension avant 15, avant assemblage de l'une à l'autre. Grâce à la sélection de ces matériaux, et à la méthode de fabrication de l'invention, les membranes réalisées permettent de respecter les standards de haute gamme pour la restitution sonore, avec des coûts de revient acceptables. Du fait de la sélection des matériaux préconisés par l'invention, l'assemblage final de la membrane et le cas échéant de l'ensemble de l'équipage mobile peut être réalisé à chaud. Avantageusement, le procédé d'assemblage consiste en une jointure par fusion des éléments, notamment du diaphragme 14 avec la suspension 15, par exemple entre deux moules chauffés à une température adéquate (par exemple 250 "C). Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, l'assemblage peut s'effectuer par surmoulage, par soudage, ou encore par biinjection. Ces différents procédés d'assemblage sont rendus possibles par le fait que les matériaux constitutifs des éléments de la membrane appartiennent à la même famille de produits. C'est cette caractéristique qui permet notamment d'envisager un principe d'injection bimatière voire multimatière, extrêmement avantageux du point de vue des coûts de fabrication. Le mode de réalisation préférentiel représenté sur les dessins correspond à un haut-parleur de type "17 cm". La figure 2 représente approximativement une échelle 2, et la figure 3 une échelle 10 environ. Le diamètre hors tout de la membrane, couronne de fixation 18 comprise est de l'ordre de 146 mm. Le rayon de courbure de la suspension avant 15 est sensiblement constant autour d'une valeur de l'ordre de 4 mm. La suspension avant 15 présente une portion de recouvrement 32 avec le diaphragme 14 sur environ 4 mm. La valeur du retrait d, mesurée sur la hauteur hors tout de la branche verticale de la couronne en L 18 est de 7 mm environ. Le diaphragme représenté 14 présente un profil sensiblement tronconique. n est également possible de lui conférer une courbure différente, ou encore de le munir de corrugations. Le saladier est par exemple réalisé en matériau métallique (Zamac, ...) ou encore en matériau thermoplastique rigide, le cas échéant de même famille que la membrane. REVENDICATIONS 1. Haut-parleur électro-dynamique du type constitué d'une membrane (13) suspendue dans un saladier (11) et constituée d'un diaphragme central (14) continué à sa périphérie par une suspension avant (15), caractérisé en ce que la suspension avant (15) de la membrane est fixée au saladier (11) en retrait (d) par rapport au plan supérieur avant (21) dudit saladier (11), de façon que la portion la plus avancée (22A) de la membrane (13), lorsqu'elle est excitée en position maximum avant, au plus affleure ledit plan supérieur avant (21) du saladier. 2. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite suspension (15) est formée essentiellement par une portion de jonction périphérique circulaire souple, de section radiale hémicirculaire dont la concavité (30) est tournée vers l'intérieur du saladier (11). 3. Haut-parleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure de ladite portion de jonction (15) de section radiale hémicirculaire est choisi en relation avec la valeur du retrait (d) du point de fixation (20) de la suspension avant au saladier, de façon que la zone de transition (22A; 32) entre le diaphragme (14) de la membrane et la suspension avant (15) au plus affleure le plan supérieur avant (21) du saladier lorsque la membrane est excitée en position maximum avant. 4. Haut parleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite suspension (15) présente une couronne d'extrémité (18) de fixation au saladier (11), dont la section radiale est en L, l'une (18V) des branches du L formant ledit retrait de fixation de la suspension par rapport au plan supérieur avant (21) du saladier. 5. Haut-parleur selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite couronne de fixation (18) porte une gnffe élastique circulaire extérieure (31) de solidarisation au saladier (11). 6. Haut-parleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la suspension avant (15) et que le diaphragme (14) sont réalisés en matériau thermoplastique injecté. 7. Haut-parleur selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit diaphragme (14) et ladite suspension avant (15) sont réalisés séparément puis assemblés au moyen d'un procédé de liaison par la chaleur. 8. Haut-parleur selon la revendication 6 caractérisé en ce que ladite suspension avant (15) et le diaphragme sont injectés en un ensemble unique monobloc. 9. Haut-parleur selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit diaphragme (14) est réalisé en polypropylène chargé et/ou ladite suspension avant (15) est réalisée en matériau élastomère. 10. Haut-parleur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le procédé de solidarisation desdits éléments (14,15) appartient au groupe comprenant la fusion, le surmoulage, le soudage, le collage, et la biinjection.