Brevet FR2709223A1 — publié le 19950224

DESCRIPTION L'invention faisant l'objet de la présente demande de brevet se rapporte au domaine de l'électro-acoustique, et concerne les appareils émetteurs d'énergie acoustique sous l'action d'une grandeur électrique, habituellement désignés sous le nom de hautparleurs. Suivant une structure généralement adoptée, un hautparleur est constitué d'une part par une membrane en forme de cône munie au sommet et à la base du cône d'éléments de fixation souples autorisant des déplacements parallèlement à son axe, et d'autre part d'un dispositif moteur électro-mécanique commandant ces déplacements par action au centre du cône. Sous la forme très répandue dite du haut-parleur électro-dynamique, ce dispositif moteur se compose d'un bobinage conducteur mobile, solidaire du cône en son sommet suivant son axe, et placé dans un champ magnétique radial. Lorsqu'un signal électrique est appliqué aux bornes du bobinage mobile, celui-ci subit une force orientée suivant son axe, qui provoque son déplacement, et entraîne celui du cône qui lui est solidaire. Si le signal électrique appliqué est alternatif, la membrane du cône émet alors dans l'air un rayonnement acoustique de même fréquence. La membrane se déplace parallèlement à ellemême "en bloc". C'est le fonctionnement idéal dit "en piston". Cependant, lorsque la fréquence appliquée augmente, le déplacement des bords du cône prend du retard par rapport à celui du centre, par suite du temps de propagation de l'onde mécanique dans le matériau du cône, et cela d'autant plus que le diamètre de la membrane est grand. I1 y a progressivement déphasage entre le centre et les bords, et pour une fréquence-limite donnée, le fonctionnement en piston n'est plus réalisé. La membrane se fractionne alors en régions vibratoires localisées, avec lignes de vibrations anarchiques ; les taux de distorsion sont élevés, et, par suite de la destruction entre les phases relatives des signaux rayonnés, altération de la directivité du faisceau acoustique émis par le haut-parleur. Ainsi, à chaque diamètre de la membrane d'un haut-parleur correspond, pour un matériau donné, une fréquence supérieure limite au delà de laquelle le fonctionnement idéal en piston n'est plus réalisé. A titre d'exemple, pour un haut-parleur de 30 cm de diamètre, muni d'une membrane en papier, la fréquence-limite de fonctionnement en piston est d'environ 700 Hz. Pour surmonter cette grave limitation, on est ainsi conduit, pour reproduire l'ensemble de la gamme des fréquences audibles, à faire appel à une pluralité de haut-parleurs de diamètres échelonnés, chaque diamètre correspondant à une fréquence-limite au dessous de laquelle est assuré le fonctionnement en piston. Cette solution est coûteuse et entraîne, de plus, la nécessité de circuits d'alimentation des haut-parleurs avec filtres : séparateurs de fréquences, obligation également coûteuse et compliquée. Le haut-parleur faisant l'objet de la présente invention ne comporte aucun de ces inconvénients. I1 se prête à la reproduction électro-acoustique d'une large bande de fréquences acoustiques avec un reproducteur unique, en lieu et place de la pluralité de reproducteurs nécessaires dans l'art connu. Dans son fondement, l'invention fait appel, suivant un mode typique de mise en oeuvre, à une membrane conique de forme particulière en deux régions. Cette membrane comporte une région centrale, reliée à la bobine mobile, et une région extérieure coaxiale, en forme de tronc de cône, d'angle au sommet plus grand, raccordée à la première par l'intermédiaire d'un pli circulaire. La longueur de l'arête de la membrane conique entière est ainsi divisée en deux parties par le pli circulaire, chacune possédant par suite de leurs plus petites surfaces, une fréquence-limite de fonctionnement en piston bien supérieure à celle qui correspond à la membrane entière. La présence du pli matérialise l'indépendance respective des deux régions d'angles au sommet différents, ainsi que celle de leur régime vibratoire acoustique propre. I1 a été proposé, dans l'art connu, un type de haut-parleur dont la membrane est divisée en deux régions, à savoir une région centrale en forme de cône, et une région externe coaxiale annulaire en forme de tronc de cône de même angle, le raccordement entre les deux régions étant assuré par un joint circulaire souple résiliant. L'ensemble fonctionne en piston dans les fréquences graves, jusqu'à une fréquence supérieure limite au delà de laquelle le joint ne transmet plus l'énergie à la région externe, qui n'assume plus aucun rayonnement. Les fréquences aigües ne sont plus rayonnées que par la région centrale, qui se comporte alors comme un haut-parleur de petites dimensions. Le haut-parleur selon la présente invention est radicalement différent dans sa structure et son fonctionnement, et vise au contraire à faire rayonner la région externe pour les fréquences aigües, en parallèle avec la région centrale, le pli circulaire de l'invention porté par la membrane ne présentant impérativement aucune caractéristique de souplesse ou de résilience. La région externe, au lieu d'être le siège des fractionnements néfastes des membranes classiques, se comporte alors comme une seconde surface rayonnante dans l'aigu, excitée par la région centrale, à travers le pli, qui constitue un élément de rupture d'inpédance mécanique dans la membrane. Plus précisément, l'invention se rapporte à un haut-parleur à large bande, comportant un dispositif électro-mécanique moteur (21) (22), et une membrane conique (26) assurant un rayonnement acoustique, caractérisé en ce que ladite membrane conique comporte deux régions, une région centrale (23) en forme de cône d'angle donné, reliée au dispositif moteur (22), et une région externe coaxiale annulaire (24), en forme de tronc de cône d'angle plus grand, le raccordement des deux régions d'angles différents étant assuré par un pli annulaire saillant (25) porté par la membrane. L'invention sera mieux comprise en s'appuyant sur les figures jointes, où - la figure 1 représente, en coupe schématique, un haut-parleur électrodynamique de type connu - la figure 2 représente, en coupe schématique, un haut-parleur suivant l'invention - la figure 3 représente, en coupe schématique, une variante du haut-parleur suivant l'invention. - la figure 4 représente, en coupe schématique, une autre variante du haut-parleur suivant l'invention. La figure 1 représente, en coupe schématique, un haut-parleur électro-dynamique de type connu. Le haut-parleur comporte un aimant 1 produisant un champ magnétique, une bobine mobile 2 immer gée dans le champ magnétique, supportée par une membrane 3 en forme de cône, dont le bord externe 4 est fixé à une corbeillesupport d'ensemble 6 par une suspension souple 5. Un tel système, de type connu, fonctionne de la façon suivante : lorsqu'une tension électrique alternative est appliquée à la bobine mobile, elle subit une force axiale de la part du champ magnétique, et entraîne les déplacements du sommet du cône 7. Ces déplacements se propagent vers le bord dans le sens des flêches 8 et, lorsque la fréquence alternative augmente, prennent progressivement du retard, et cela d'autant plus que le diamètre est grand. Comme expliqué plus haut, pour une fréquence-limite, il y a opposition de phase entre le centre et les bords, perte du fonctionnement en piston, avec les graves conséquences indiquées. La figure 2 représente, en coupe schématique, un mode de réalisation du haut-parleur à large bande suivant l'invention.Il se caractérise par une membrane en deux régions adjacentes coniques, une première région 13, solidaire de la bobine mobile 12, au centre, et une seconde région coaxiale annulaire 14 externe, d'angle au sommet plus grand. La différence des angles au sommet des deux régions provoque dans la partie du raccordement entre les régions la présence d'un pli 15, suivant un angle saillant qui assure leurs délimitations physiques respectives. En fonctionnement, les deux régions 13 et 14 se comportent comme les membranes de deux haut-parleurs élémentaires commandées en série, mais de longueurs d'arête 16 et 17 moitié du hautparleur d'origine. D'où la conséquence fondamentale d'une fréquencelimite aigüe du fonctionnement "en piston" sensiblement doublée par rapport au haut-parleur conventionnel de même diamètre extérieur, comme expliqué plus haut en détail. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le diamètre du pli circulaire 15 a été choisi à la valeur moitié du diamètre total de la membrane. Mais est évidemment compris dans l'invention tout autre rapport, l'augmentation ou la diminution du diamètre du pli diminuant ou augmentant la fréquence de coupure entre l'ensemble de la membrane et sa partie centrale ; la différence de poids des deux régions détermine les niveaux sonores des deux plages de fréquence correspondantes. - La figure 3 représente, en coupe schématique, une variante d'un mode de réalisation du haut-parleur à large bande de l'invention. Suivant cette variante, l'angle au sommet du tronc de cône de la région annulaire externe 35 est plus grand,mais de signe opposé à celui de la région conique centrale 36. Le fonctionnement étant le même que celui du haut-parleur de la figure 2, cette variante présente l'avantage, pour un choix convenable de ces deux angles, d'autoriser la réalisation de hautparleur plus plats, avantageux dans les applications où l'encombrement est un inconvénient. - La figure 4 représente, en coupe schématique, une autre variante d'un mode de réalisation du haut-parleur de l'invention. Suivant cette variante, la région annulaire externe 45 est en forme d'une pluralité de troncs de cône adjacents d'angles croissants, tels que 46, 47, 48, le raccordement entre deux régions d'angles différents étant assuré par une pluralité de plis annulaires tels que 49, 50, 51, portés par la membrane. Cette variante se prête à la réalisation de hauts-parleurs extra-plats de forme "soucoupe", avantageux pour les équipements portables, embarqués (automobile), ou compacts (téléviseurs). Il est à remarquer que la membrane du haut-parleur selon l'invention se prête à un choix étendu de matériaux, tels que le papier, les matières plastiques et les métaux légers, mis en forme par des procédés tels que le moulage, l'emboutissage ou le thermoformage, avec, si nécessaire, assemblage des diverses régions par des collages ou des soudures, la condition de base étant dans ce cas la continuité mécanique des matériaux assemblés. I1 est d'autre part à observer que l'invention se prête à la réalisation industrielle de grande diffusion du haut-parleur, l'innovation portant exclusivement sur la membrane de celui-ci, le reste du haut-parleur - aimant, bobine mobile, corbeille étant de structure traditionnelle. REVENDICATIONS R.1. Haut-parleur, comportant un dispositif électro-mécanique moteur (21) (22) et une membrane conique assurant un rayonnement acoustique, caractérisé en ce que ladite membrane conique comporte deux régions, une région centrale (23), en forme de cône d'angle donné, reliée au dispositif moteur (22), et une région externe coaxiale annulaire (24), en forme de tronc de cône d'angle plus grand, le raccordement des deux régions d'angles différents étant assuré par un pli annulaire saillant (25) porté par la membrane. R.2. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite région externe est divisée en une pluralité de régions annulaires en forme de tronc de cône d'angles croissants (46) (47) (48), le raccordement entre deux régions adjacentes étant assuré par des plis annulaires saillants (49) (50) (51) portés par la membrane. R.3. Haut-parleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane est réalisée en alliage d'aluminium. R.4. Haut-parleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la membrane est réalisée en alliage d'acier. R.5. Haut-parleur selon la R.l., caractérisé en ce que certaines régions de la membrane sont réalisées en matériaux différents, réunis par un procédé d'assemblage procurant la continuité mécanique de l'ensemble de celle-ci. R.6. Haut-parleur selon la R.5., caractérisé en ce que ledit procédé d'assemblage est un collage. R.7. Haut-parleur selon la R.5. caractérisé en ce que ledit procédé d'assemblage est un soudage.