Brevet FR2884077A1 — publié le 20061006

AMPLIFICATEUR À DOUBLE ASSERVISSEMENT ET ENCEINTE ASSOCIÉE La présente invention concerne le domaine des amplificateurs de signaux analogiques, et en particulier le 5 domaine des amplificateurs audio. On connaît dans l'état de la technique différentes familles d'amplificateurs. Dans un amplificateur de classe A, le point de polarisation des transistors ou tubes électroniques de sortie et l'amplitude du signal d'entrée sont tels que tout le signal est compris dans la partie entre la zone de cut-off et la zone de saturation. L'amplificateur travaille dans la zone linéaire du transistor et le signal de sortie est linéairement proportionnel au signal d'entrée. Le point de repos est généralement placé à mi-chemin entre le cut-off et la saturation. Les amplificateurs de classe A présentent une faible distorsion et une grande fidélité, mais la consommation est élevée en raison de la nécessité d'une tension de polarisation même en l'absence de signal. Du fait de l'existence d'un courant de repos significatif, la puissance de tels amplificateurs est généralement limitée, et les problèmes d'échauffement et d'évacuation de la chaleur sont importants. Ils nécessitent en raison de la consommation élevée une alimentation puissante et encombrante. Dans les amplificateurs de classe B, on amplifie séparément la partie positive et la partie négative du signal d'entrée. De ce fait, en l'absence de signal, le courant de repos est nul. La consommation de tels amplificateurs est donc très inférieure à celle d'un amplificateur de classe A, mais le mode de fonctionnement des transistors se traduit par des distorsions plus importantes que pour un amplificateur de classe A, notamment pour les signaux faibles. Une alternative constitue la classe AB. Dans ce cas, l'étage de puissance est proche de celui d'un amplificateur de classe B, mais on applique un courant de polarisation non nul pour réduire les distorsions se produisant pour les signaux faibles. Le rendement de tels amplificateurs est relativement faible. Pour abaisser les taux de distorsion, améliorer le silence de fonctionnement et abaisser l'impédance de sortie, on utilise des circuits de contre-réaction. Les circuits de contre-réactions peuvent se présenter sous plusieurs formes. On distingue les contre-réactions globales qui agissent sur l'ensemble des étages de gain et les contre-réactions locales qui interviennent au niveau d'un seul étage au niveau d'un seul étage de gain. Ces contreréactions peuvent travailler sur le courant ou sur la tension du signal. Un des buts de la présente invention est de proposer un amplificateur amélioré, présentant un faible taux de distorsion avec un montage de classe AB, et prenant en compte les défauts éventuels de la charge de sortie, en particulier du haut-parleur, et de l'environnement d'écoute. L'art antérieur connaît également les ponts de vélocité ou pont de vitesse de type Voigt. Ce type de pont de l'art antérieur est représenté figure 1, mais n'a jamais été utilisé dans la conception d'enceintes amplifiées. Ce type de pont de vitesse possède la caractéristique de transformer la vitesse d'une membrane en une tension électrique. Un des objets de la présente invention est donc de fournir une enceinte amplifiée particulièrement performante, celle-ci étant réalisée à partir d'un amplificateur comprenant un pont de type Voigt ou pont de vitesse spécifique. À cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale, une enceinte acoustique comprenant au moins un haut-parleur et associée à au moins un amplificateur analogique de classe AB, ledit amplificateur comprenant un circuit de type pont de vitesse comportant des moyens de contre-réaction lesdits moyens de contre-réaction comprenant une contreréaction en tension et une contre-réaction en courant, les taux de contreréaction en tension et en courant étant prédéterminé, l'enceinte comprenant en outre un filtre destiné à linéariser la réponse de ladite enceinte, en sortie dudit amplificateur, en fonction dudit taux de contreréaction en tension et en courant. De préférence, le signal de contre-réaction en courant prend en compte l'impédance motionnelle de ladite charge de sortie du circuit. De préférence, le rapport entre le signal de contre-réaction en tension et le signal de contre-réaction en courant est compris entre 0.4 et 0.5. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à un exemple non limitatif de réalisation où : - la figure 1 représente l'amplificateur de classe AB selon l'invention comprenant le pont de vélocité de type 30 Voigt, - la figure 2 représente un exemple de filtres de linéarisation de la réponse en fréquence de l'enceinte selon l'invention. En référence à la figure 1, la présente invention comprend selon un premier aspect un amplificateur analogique de type Voigt. En particulier, les notations suivantes sont utilisées sur la figure: Rsh = résistance shunt ou encore senseur de courant. Rm et Rt constituent la contre-réaction en tension; Rm côté masse, Rt côté sortie (S) Rv = résistance reliant le point commun de Rm et Rt à e-. Rc = résistance reliant e- au point commun de Rsh et Zhp. R = Rv+Rc a = Rc/R, avec 0 G = gain avec contre-réaction. De façon connue en soi, Zhp est l'impédance du haut-parleur, combinaison de l'impédance complexe de la bobine Zb (constitué des parties réelles et imaginaires Rb et Lb) avec la force contre-électromotrice, image de l'impédance motionnelle, les résistances Rt et Rm sont telles que Rm= k. Rt, B est le champ magnétique de l'entrefer du haut-parleur et 1 est la longueur de fil de la bobine dans ce champ. Selon Voigt, la vitesse Vmb de la membrane du haut- parleur est proportionnelle à la différence de potentielle Ut-Uc, selon la relation: Ut - Uc = B.l.k.Vmb (k +1) Pour les fréquences faibles (en pratique, les basses fréquences, inférieures à 500 Hz) la composante selfique de la bobine mobile intervient de façon négligeable. La branche Zsh du pont prend alors la forme d'une résistance de valeur Rsh= k*Rb. Le présent montage consiste à prélever le signal de contre-réaction au moyen d'un diviseur de tension (Rv et Rc) raccordé aux points T (Ut) et C (Uc) ramené à la valeur a. On exprime alors l'équation du gain de l'amplificateur sous la forme G= (Rm+Rt)x(Rsh+Zhp) (1) Rsh x (Rm + Rt) + a x (Rm x Zhp - Rsh x Rt) Le fonctionnement de l'amplifcateur différentiel est tel que Ve = Vcr = Us x Rm - (1- a).(Ut - Uc) Rt+Rm On peut alors exprimer Us en fonction de Ve et Ut-Uc, soit la tension de commande de l'amplificateur corrigé par une tension proportionnelle à la vitesse de la membrane: Us = (Ve+(1-a). (UtUc))x Rt+Rm Pour les fréquences élevées, l'augmentation de Zhp par une augmentation de Zb due à Lb diminue la valeur apparente de k pour la branche du pont de Voigt contenant le haut- parleur. Il en résulte une diminution de la valeur dynamique de Uc, donc une augmentation de l'effet de la vitesse. Il y a compensation de cette augmentation d'impédance par augmentation du gain de l'amplificateur. Rsh +Zhp Dans l'équation du gain (1), si a=0, G= Rsh et si a=1, G=Rm+Rt Rm Dans le cas a=1, on a une contre-réaction en tension. Rm L'amplificateur fonctionne alors en générateur de tension. Rm+Rt (Vs= xVe). Rm Dans le cas a=O, l'amplificateur fonctionne en générateur 5 de courant, avec ihp=Ve/Rsh. Dans la configuration a=O, l'amplificateur fonctionne en générateur de tension, selon le modèle de Thévenin, avec une résistance interne très faible grâce à de la contre-réaction. À l'opposé, en générateur de courant, la résistance interne est très élevée. Il en résulte pour le cas a=O un facteur d'amortissement 15 très élevé, tandis que celui-ci tend vers zéro pour le cas a=1. Le paramètre a définit donc le rapport entre la contre-réaction en tension et la contre-réaction en courant. La résistance interne de l'amplificateur ou le facteur d'amortissement (Zhp/Zs) permettent de corriger le facteur de surtension Qt de l'enceinte acoustique et du haut-parleur. Une diminution du Qt est donc provoquée par une diminution de Zs, ce qui revient à diminuer Rb, ou par une augmentation du facteur d'amortissement. De même, une augmentation du facteur de surtension Qt est 30 provoquée pour une augmentation de Zs ou une diminution du facteur d'amortissement. L'ajustement de a permet alors de corriger le Qt ou d'adapter le facteur d'amortissement au haut-parleur et donc 35 de mieux contrôler son déplacement. Selon l'invention, on choisit donc a de telle sorte que le facteur de surtension obtenu soit satisfaisant et qu'il soit possible d'adapter l'enceinte pour obtenir les résultats 5 les meilleurs. Selon un mode de réalisation, on choisit Rc= llkQ et Rv= 13 kQ de telle sorte que a vaut environ 0.46. Une telle répartition des contre-réactions en courant et en tension permet de façon tout à fait nouvelle de s'adapter à différents types d'enceinte conjointement à la correction de la réponse en fréquence par l'utilisation de filtres adaptés. Cette adaptation est réalisée par un filtrage en sortie de l'amplificateur permettant de linéariser la réponse en fréquence de l'enceinte par compensation des variations d'impédance motionnelle. En effet, l'impédance motionnelle reflète les variations de l'environnement du haut-parleur. Aussi, l'enceinte acoustique est mise au point dans un environnement d'écoute idéale. En asservissant l'amplificateur à ces variations d'impédance motionnelle, l'invention replace donc l'enceinte dans ses conditions de fonctionnement idéales. En effet, en présence d'une impédance non linéaire dans une zone de fréquence, le résultat dynamique du pont de vitesse selon l'invention sera faussé. On utilise donc, pour une valeur de la répartition des contre-réactions a fixée, un filtre qui compense ou corrige les variations de la réponse en fréquence et d'impédance dans une zone de fréquence spécifique. Illustré figure 2, on utilise par exemple un filtre aigu/médium tel que défini sur la figure 2B, et un filtre grave tel que défini sur la figure 2A. De préférence, le filtre aigu illustré sur la figure 2B comprend une capacité 6 de 3,3 F en série, une self 8 de 0,33 mH à la masse, une capacité 7 de 4,7 F en série, une self 9 de 0,33 mH à la masse, et une résistance 10 de 5,6 Ohms en série. Le filtre grave illustré figure 2A comprend de préférence une self 1 de 1 mH en série, un bouchon en série composé d'une résistance 2 de 8,2 Ohms, d'une self 3 de 2,2 mH et d'une capacité 4 de 10 F. Avec ce type de filtrage, on constate donc que de façon tout à fait nouvelle le pont de vitesse à double contre-réaction en tension et en courant selon l'invention peut être utilisé dans une enceinte amplifiée. À titre d'exemple illustratif, dans le cas de deux haut-parleurs spécialisés, un haut-parleur aigu et un haut-parleur grave, en sortie d'un même amplificateur, on utilise un filtre répartiteur pour orienter les fréquences hautes vers le haut-parleur d'aigus et les fréquences basses vers le haut-parleur grave. L'ensemble de ces impédances peut être modélisé électriquement et être ramené à une combinaison de 30 résistances, de condensateurs et de bobines. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour 35 autant sortir du cadre du brevet. 9 REVENDICATIONS 1. Enceinte acoustique comprenant au moins un haut-parleur et associée au moins un amplificateur analogique de classe AB ledit amplificateur comprenant un circuit de type pont de vitesse comportant des moyens de contre-réaction lesdits moyens de contre-réaction comprenant une contreréaction en tension et une contre-réaction en courant, le rapport entre la contre-réaction en tension et la contre-réaction en courant étant prédéterminé, l'enceinte comprenant en outre un filtre destiné à linéariser la réponse de ladite enceinte, en sortie dudit amplificateur, en fonction dudit rapport de contre-réaction en tension et en courant. 2. Enceinte acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de contre-réaction en courant prend en compte l'impédance motionnelle de la charge de sortie dudit circuit. 3. Enceinte acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le signal de contre-réaction en tension et le signal de contre-réaction en courant est compris entre 0.4 et 0.5.