Brevet FR3132403A1 — publié le 20230804

HAUT-PARLEUR PLAN ISODYNAMIQUE A BOBINAGES CROISÉS Le haut-parleur comprenant une membrane (2) de type plan et un premier ensemble formé d’un bobinage plat (3) supporté sur une première face de ladite membrane (2) et d’au moins un barreau aimanté (6) fixé à un premier support (7) en regard de la première face. Le bobinage est formé de rubans conducteurs (5) parallèles entre eux et le au moins un barreau aimanté est disposé parallèlement aux rubans conducteurs et a une direction Nord/Sud de champ magnétique perpendiculaire aux rubans conducteurs. Conformément à l’invention, le haut-parleur comprend un deuxième ensemble formé d’un autre bobinage plat (4) supporté sur une deuxième face de la membrane et d’au moins un autre barreau aimanté fixé à un autre support en regard de la deuxième face, ce deuxième ensemble ayant une configuration générale analogue au premier ensemble mais étant disposé perpendiculairement à celui-ci. Fig.1 HAUT-PARLEUR PLAN ISODYNAMIQUE A BOBINAGES CROISÉS L’invention concerne la conception d’un système capable de reproduire des signaux acoustiques, de fréquences très basses jusqu’au médium. Elle vise plus précisément la réalisation d’un haut-parleur plan isodynamique (appelé aussi « planar » ou magnétostatique) capable de générer des sons graves et infra-graves de très grande qualité. Les haut-parleurs plans, ou isodynamiques, font partie de la famille des transducteurs électromagnétiques. Ils fonctionnent sur la base de la force électromagnétique générée par un courant électrique : le courant électrique circulant dans un conducteur placé dans un champ magnétique génère une force électromotrice capable de faire bouger une membrane. Les mouvements de la membrane produisent une onde sonore qui est l’image du signal électrique. Concrètement, de tels haut-parleurs plans comportent des rubans métalliques, dans lesquels on fait circuler du courant électrique. Ils comportent également des aimants (pour générer un champ magnétique) ainsi que des membranes en plastique ou en papier pour reproduire les sons. L’invention s’intéresse à ce type de haut-parleurs dit « plans », « planar » ou « isodynamiques » : ils sont également bien connus dans la technique et ils présentent des avantages par rapport aux haut -parleurs électrodynamiques à membranes coniques. En particulier, ces haut-parleurs plans peuvent avoir de meilleures caractéristiques de dispersion du son, comparées aux caractéristiques des haut-parleurs à membranes coniques, parce qu’ils diffusent des ondes planes plutôt que d’une source « point ». A l’écoute, il n’y a pas de sensation de projection du son. Ces haut-parleurs présentent également d’autres avantages : quand ils sont utilisés en grande surface, ces haut-parleurs fonctionnent en dipôle émettant un son identique sur les deux faces, produisant une écoute immersive et naturelle. Ce sont des haut-parleurs très rapides dans leurs déplacements vibratoires car ils comportent un équipage mobile léger (comprenant une membrane associée à une bobine), ce qui permet d’éviter les problèmes de traînage liés à l’inertie de la membrane. Ces haut-parleurs isodynamiques se distinguent aussi des haut-parleurs électrostatiques par une impédance électrique stable ne perturbant pas ainsi l’amplificateur audio dans son fonctionnement. De plus, ces haut-parleurs ne nécessitent pas une alimentation électrique externe. Les limites des haut-parleurs « plans », « planar » ou « isodynamiques » apparaissent pour la reproduction des basses et très basses fréquences sans distorsion. Les forces électromotrices générées par les rubans conducteurs ne s’exercent pas uniformément sur toutes la surface de la membrane fine provoquant ainsi des déformations de celle-ci. La bonne reproduction des basses fréquences sonores nécessite des débattements mécaniques importants et le bon contrôle mécanique des mouvements de la membrane est déterminant dans la bonne reproduction des impacts des sons graves. Par les documents WO02059879, GB2123651, FR2137567, US4480155, US6104825, US7142688, il est connu différents haut-parleurs de type « planar » ou isodynamiques. Cependant, aucun de ces documents ne propose une solution pertinente pour garantir une bonne maîtrise du comportement vibratoire d’une grande membrane plane devant reproduire des basses fréquences. Dans sa demande de brevet français FR3054767A1, l’entité inventive a proposé un haut-parleur plan isodynamique offrant des performances améliorées. Il existe cependant un besoin pour un haut-parleur plan isodynamique perfectionné capable de reproduire des sons graves et infra-graves avec une très bonne maîtrise du comportement de la membrane pour une parfaite linéarité en fréquences dans le bas du spectre audible, et qui procure une reproduction réaliste, sans distorsion, des impacts physiques d’un grand orchestre. L’invention concerne un haut-parleur plan isodynamique comprenant une membrane de type plan, un premier bobinage plat supporté sur une première face de la membrane et au moins un premier barreau aimanté fixé à un premier support en regard de la première face, le premier bobinage comportant une première série de premiers rubans conducteurs parallèles entre eux, chaque premier ruban conducteur étant relié à au moins un autre premier ruban conducteur parallèle et adjacent par au moins une extrémité de ruban conducteur, et le au moins un premier barreau aimanté étant disposé parallèlement aux premiers rubans conducteurs et ayant une direction Nord/Sud de champ magnétique perpendiculaire aux premiers rubans conducteurs. Conformément à l’invention, le haut-parleur comprend également un deuxième bobinage plat supporté sur une deuxième face de la membrane, isolé électriquement du premier bobinage, et au moins un deuxième barreau aimanté fixé à un deuxième support en regard de la deuxième face et disposé perpendiculairement audit au moins un premier barreau aimanté, le deuxième bobinage comportant une deuxième série de deuxièmes rubans conducteurs parallèles entre eux et perpendiculaires aux premiers rubans conducteurs, chaque deuxième ruban conducteur étant relié à au moins un autre deuxième ruban conducteur parallèle et adjacent par au moins une extrémité de ruban conducteur, et ledit au moins un deuxième barreau aimanté étant disposé parallèlement aux deuxièmes rubans conducteurs et ayant une direction Nord/Sud de champ magnétique perpendiculaire aux deuxièmes rubans conducteurs. Selon une caractéristique particulière du haut-parleur de l’invention, au moins un barreau aimanté est bipolaire et comprend un pôle Nord et un pôle Sud adjacents. Selon une autre caractéristique particulière, au moins un barreau aimanté est formé de deux aimants monopolaires qui sont disposés alternativement avec un pôle Nord et un pôle Sud situés de part et d’autre d’un ruban conducteur. Selon encore une autre caractéristique particulière, au moins un barreau aimanté a une largeur correspondant à celle d’un ruban conducteur. Selon encore une autre caractéristique particulière, au moins un barreau aimanté a une largeur supérieure à celle d’un ruban conducteur. Selon encore une autre caractéristique particulière, au moins un support est formé d’une tôle perforée. Dans d’autres modes de réalisation, le support d’aimant pourra être un cadre en panneaux de bois aggloméré (MDF), en contreplaqué, en matériaux composites ou en matières plastiques. Selon encore une autre caractéristique particulière, la membrane est formée d’un matériau mince électriquement isolant. Ainsi, la membrane pourra être formée d’une feuille de papier ou d’un film plastique tel que polyester. Dans d’autres modes de réalisation, la membrane pourra être formée d’un film métallique non ferreux ou d’un matériau composite. Ainsi réalisé, le haut-parleur conforme à l’invention met en vibration la membrane simultanément suivant des lignes de forces longitudinales et verticales. Ces bobinages croisés constituent un maillage qui garantit un déplacement uniforme de la membrane sans déformation même avec de forts débattements. Le haut-parleur conforme à l’invention pourra avoir les caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - L’ensemble aimanté est formé de barreaux d’aimant bipolaires, comme susmentionné. - L’ensemble aimanté est formé de l’alternance de barreaux d’aimants monopolaires parallèles, comme susmentionné, disposés devant les espaces vides séparant deux rubans conducteurs adjacents. - Les bobinages plats placés de part et d’autre de la membrane peuvent êtres deux à deux identiques. - Les bobinages plats placés de part et d’autre de la membrane peuvent être de forme et de tailles différentes. - Les bobinages peuvent être unitaires sur chaque face de la membrane. - Les bobinages peuvent être multiples sur chaque face de la membrane afin de spécialiser les différentes zones de celle-ci suivant la gamme de fréquence à reproduire, exemple grave et médium. La procédure de fabrication du haut-parleur est bien maîtrisée et est analogue à celle décrite dans la demande de brevet français FR3054767A1 susmentionnée de l’entité inventive. L’invention est applicable à la réalisation de haut-parleurs pour des applications diverses et variées telles que : - La réalisation de haut-parleurs haute-fidélité. - La réalisation de systèmes de sonorisation professionnelle. - La réalisation de caissons de grave. - La réalisation de système d’amplification pour instruments de musique. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est une vue en coupe schématique partielle d’un haut-parleur plan conforme à un premier mode de réalisation selon l’invention. La est une représentation de côté de la membrane équipée de ses deux bobinages d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une représentation de la face avant de la membrane équipée de son bobinage vertical d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une représentation de la face arrière de la membrane équipée de son bobinage horizontal d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une représentation en perspective de la membrane équipée de ses deux bobinages d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une vue de côté éclatée de l’ensemble des aimants positionnés de part et d’autre de la membrane pour la réalisation d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une vue de dessus de l’ensemble des aimants positionnés de part et d’autre de la membrane pour la réalisation d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une vue de dessus de l’ensemble formé de la membrane, des bobinages et des aimants d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une représentation en perspective de l’ensemble formé de la membrane, des bobinages et des aimants d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est un agrandissement partiel d’une représentation en perspective de l’ensemble formé de la membrane, des bobinages et des aimants d’un haut-parleur carré conforme à l’invention. La est une représentation de la face avant de la membrane équipée de son bobinage vertical d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est une représentation de la face arrière de la membrane équipée de son bobinage horizontal d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est une représentation en perspective de la membrane équipée de ses deux bobinages d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est une représentation de côté de l’ensemble formé de la membrane, du bobinage et des aimants d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est une représentation de face de l’ensemble formé de la membrane, des bobinages et des aimants d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est une représentation en perspective éclatée de l’ensemble formé de la membrane, du bobinage et des aimants d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention. La est un schéma électrique d’un filtrage deux voies associant les deux bobinages vertical et horizontal d’un même haut-parleur conforme à l’invention. Dans la description qui suit, les termes « vertical », « horizontal », « gauche », « droite » etc. sont utilisés en référence aux dessins pour une plus grande facilité de compréhension. Ils ne doivent pas être compris comme étant des limitations de la portée de l’invention. Il sera fait référence dans un premier temps à un premier mode de réalisation d’un haut-parleur carré conforme à l’invention en se rapportant aux Figs.1 à 10. Dans un second temps, il sera fait référence à un second mode de réalisation d’un haut-parleur rectangulaire conforme à l’invention, en se rapportant aux Figs.11 et 16. Les haut-parleurs décrits dans le présent document sont à associer à un amplificateur pour fonctionner. L’association à un amplificateur n’est pas décrite dans le présent document, cela relevant du domaine connu de l’homme du métier. Pour faciliter la lecture des figures le châssis servant à la fixation de la membrane sur son pourtour n’est pas représenté. Le premier mode de réalisation d’un haut-parleur plan conforme à l’invention concerne les éléments d’un haut-parleur de forme carré qui est la solution la plus simple pour réaliser un haut-parleur plan à double bobinages croisés. Le haut-parleur plan selon ce premier mode de réalisation est illustré schématiquement en coupe à la . Ce haut-parleur comporte une membrane, souple, qui est réalisé avec un film polyester de 12 µm type Mylar dans le cadre de cet exemple de réalisation. Il conviendra de noter que la membrane (2) pourrait être réalisée dans un matériau différent sans sortir du cadre de l’invention. Elle pourrait également être réalisée par tout autre film plastique, par un film en matériaux composites, en matière végétale, etc. Le haut-parleur plan présenté aux Figs.1 à 10 comporte deux bobinages plats (3) et (4) réalisés par des circuits de rubans conducteurs métalliques (5). Ces deux circuits ont un dimensionnement identique et forment des serpentins. Ils sont chacun collés sur une face de la membrane. Pour être conforme à cette invention, ces bobinages sont deux à deux perpendiculaires comme présenté à la , avec le bobinage vertical (3) et le bobinage horizontal (4). Dans notre exemple, les bobinages (3) et (4) sont réalisés par découpe de feuilles d’aluminium adhésives de 40 µm à l’aide d’un traceur de découpe dit « plotter ». Ils sont ensuite déposés et collés sur la membrane avec l’emploi d’un ruban de transfert, dit « tape » de transfert, suivant une méthode couramment utilisée dans les arts graphiques pour l’application de lettres adhésives sur un support. Sur chaque bobinage, les rubans (5) s’étendent parallèles entre eux. Chacun des rubans (5) est relié à un ruban adjacent par au moins une de ses extrémités. Les rubans (5) forment ainsi des circuits en forme de colimaçon qui constituent les bobinages (3) et (4). En face de chaque ruban (5) est disposé un barreau aimanté (6), dont la polarité Nord/Sud est perpendiculaire au courant électrique circulant dans le ruban afin de pouvoir appliquer les lois de Laplace. On rappellera ici que les lois de Laplace expliquent les principes électromagnétiques utilisés ici pour que le haut-parleur fonctionne : lorsqu’un champ magnétique généré par un aimant est perpendiculaire à la circulation d’un courant électrique, alors il se crée une force motrice perpendiculaire à la direction de déplacement du courant et à la direction du champ magnétique. C’est cette force qui fait vibrer la membrane et qui est à l’origine de la génération d’un son par le haut-parleur. L’agrandissement de la montre l’alternance du sens des aimants afin d’obtenir une force électromotrice en phase sur chacun des rubans (5) et obtenir un déplacement uniforme de l’ensemble de la membrane (2). Dans le cadre de cet exemple, il est utilisé des barreaux aimantés bipolaires (6). Ces barreaux sont réalisés par une matière de caoutchouc imprégnée de particules aimantés. Ils sont ainsi souples, résistants et peuvent être coupé à la longueur voulue. On comprendra par aimants « bipolaires » des aimants qui comportent quatre pôles aimantés, à savoir, deux pôles Nord et deux pôles Sud, avec un pôle Nord qui est adjacent à un pôle Sud, comme visible aux Figs.1 et 10). Il sera noté que les barreaux aimantés bipolaires (6) sont tous identiques et ont une largeur sensiblement égale ou supérieure à la largeur des rubans conducteurs (5) ainsi qu’une longueur sensiblement égale à la longueur des rubans conducteurs (5). Il devra être entendu que le haut-parleur pourra comporter des éléments aimantés différents, monopolaires par exemple, et disposés de telle sorte à appliquer les lois de Laplace, sans sortir du cadre de l’invention. Il pourra aussi être prévu une multitude d’aimants de longueur plus réduite et de largeurs différentes de celles prévues dans le cadre de l’exemple de réalisation décrit ici. Les barreaux aimantés (6) pourront être fixés sur une grille métallique perforées servant de support (7) et maintenant les aimants (6) à une distance proche, entre 1 et 10 mm de l’ensemble membrane (2) plus rubans (5). Les deux ensembles de barreaux aimantés (6) sont disposés perpendiculairement de part et d’autre de la membrane, comme montré aux Figs.6 à 10. Ce mode de réalisation assure un fonctionnement dit en « Push-Pull », la membrane étant à la fois repoussée et attirée. Cette solution technique permet une diffusion du son parfaitement symétrique, avec un champ magnétique constant lors des déplacements de la membrane, supprimant ainsi des déformations non linéaires de la membrane et par conséquent des distorsions harmoniques. Dans cet exemple de réalisation, les bobinages (3) et (4) ont chacun une résistance électrique comprise entre 2 et 16 Ohms, par exemple de 8 Ohms. Dans ce premier mode de réalisation, les bobinages (3) et (4) sont identiques et ont une même impédance. La force électromotrice induite est ainsi parfaitement symétrique. Les bobinages vertical (3) et horizontal (4) pourront être deux à deux raccordés électriquement en parallèle pour former un circuit ayant une résistance de 4 Ohms, ou en série pour former un circuit ayant une résistance de 16 Ohms. On va maintenant s’intéresser à un autre mode de réalisation d’un haut-parleur conforme à l’invention. Dans le cadre de cet autre exemple, il sera fait référence aux Figs.11 à 16. Dans ce mode de réalisation, la membrane est de forme rectangulaire, ce qui permet d’envisager d’autres géométries pour un ensemble de haut-parleurs haute-fidélité de grande dimension. Cette géométrie apporte une contrainte supplémentaire dans le dimensionnement des éléments moteurs, à savoir, les barreaux aimantés (6) et les bobinages (3) et (4). Afin de garantir des forces électromotrices (loi de Laplace) symétriques sur les deux faces de la membrane, le bobinage vertical (3) formé des rubans conducteurs parallèles (5) et le bobinage horizontal (4) formé des rubans conducteurs (5) doivent avoir la même résistance électrique afin que les courants circulant dans ceux-ci soient de même valeur. Dans l’exemple présenté, les rubans conducteurs (5) sont doublés afin d’accroître la force électromotrice et adapter l’impédance à une valeur de 8 Ohms. Il devra être entendu que le nombre de rubans conducteurs (5) pourra varier selon la typologie et l’impédance souhaitée du haut-parleur, sans sortir du cadre de l’invention. Dans l’exemple considéré ici, les rubans conducteurs (5) sont réalisés en feuilles d’aluminium adhésives d’épaisseur 40 µm, de largeur 4mm et de longueur totale 26 m pour chaque bobinage vertical (3) et horizontal (4). Comme dans le précédent exemple, un barreau aimanté bipolaire (6) est disposé parallèlement au ruban conducteur afin de générer, lors du passage d’un signal électrique dans les rubans (5), une force électromotrice (loi de Laplace). Afin de garantir des forces électromotrices (loi de Laplace) symétriques sur les deux faces de la membrane, il est important de respecter une égalité dans la longueur totale des barreaux d’aimants (6) pour chacune des faces de la membrane. Dans le cadre de cette invention, il peut être envisagé des solutions de filtrage fréquentiel spécifique. La présence de deux bobinage (3) et (4) dans un même haut-parleur permet d’envisager des solutions de filtrage fréquentiels différents pour chaque bobinage (3) et (4). La représente un exemple de filtrage électronique du premier ordre utilisé pour la voie grave médium d’un ensemble de haut-parleurs haute-fidélité. Dans cet exemple, la bobine d’inductance (8), dite « self », réalise un filtre passe bas à 200 Hz sur le bobinage horizontal (4) et la bobine d’inductance (9) assure un filtrage passe bas à 1000 Hz pour le bobinage vertical (3). Lorsque ces deux bobinages (3) et (4) ainsi filtrés sont raccordés à un amplificateur, la courbe de réponse en fréquence fait alors apparaître un gain de 6 dB sur la bande de fréquence inférieure à 200 Hz. Dans cet exemple, le fonctionnement en « Push-Pull » du bobinage croisé n’intervient que dans les fréquences graves et infra-graves qui nécessitent de grands débattements mécaniques de la membrane. D’autres solutions de filtrage passif ou actif à l’aide d’un processeur audio numérique, dit processeur « DSP », offrent une multitude de possibilités pour optimiser la courbe de réponse en fréquence dans le registre des graves et infra-graves, en combinant des filtrages différents sur le bobinage vertical (3) et le bobinage horizontal (4). Haut-parleur plan isodynamique comprenant une membrane (2) de type plan, un premier bobinage plat (3) supporté sur une première face de ladite membrane (2) et au moins un premier barreau aimanté (6) fixé à un premier support (7) en regard de ladite première face, ledit premier bobinage (3) comportant une première série de premiers rubans conducteurs (5) parallèles entre eux, chacun desdits premiers rubans conducteurs (5) étant reliés à au moins un autre premier ruban conducteur (5) parallèle et adjacent par au moins une extrémité de ruban conducteur (5), et ledit au moins un premier barreau aimanté (6) étant disposé parallèlement auxdits premiers rubans conducteurs (5) et ayant une direction Nord/Sud de champ magnétique perpendiculaire auxdits premiers rubans conducteurs (5), caractérisé en ce qu’il comprend également un deuxième bobinage plat (4) supporté sur une deuxième face de ladite membrane (2), isolé électriquement dudit premier bobinage (3), et au moins un deuxième barreau aimanté (6) fixé à un deuxième support (7) en regard de ladite deuxième face et disposé perpendiculairement audit au moins un premier barreau aimanté (6), ledit deuxième bobinage (4) comportant une deuxième série de deuxièmes rubans conducteurs (5) parallèles entre eux et perpendiculaires auxdits premiers rubans conducteurs (5), chacun desdits deuxièmes rubans conducteurs (5) étant reliés à au moins un autre deuxième ruban conducteur (5) parallèle et adjacent par au moins une extrémité de ruban conducteur (5), et ledit au moins un deuxième barreau aimanté (6) étant disposé parallèlement auxdits deuxièmes rubans conducteurs (5) et ayant une direction Nord/Sud de champ magnétique perpendiculaire auxdits deuxièmes rubans conducteurs (5). Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins un dit barreau aimanté (6) est bipolaire et comprend un pôle Nord et un pôle Sud adjacents. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins un dit barreau aimanté (6) est formé de deux aimants monopolaires qui sont disposés alternativement avec un pôle Nord et un pôle Sud situés de part et d’autre d’un dit ruban conducteur (5). Haut-parleur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que au moins un dit barreau aimanté (6) a une largeur correspondant à celle d’un dit ruban conducteur (5). Haut-parleur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que au moins un dit barreau aimanté (6) a une largeur supérieure à celle d’un dit ruban conducteur (5). Haut-parleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un dit support (7) est formé d’une tôle perforée. Haut-parleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite membrane (2) est formée d’un matériau mince électriquement isolant. Haut-parleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite membrane (2) est formée d’une feuille de papier. Haut-parleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite membrane (2) est formée d’un film plastique polyester.