Brevet FR3129023A1 — publié le 20230512

Enceinte acoustique , notamment pour casque audio, comprenant des haut-parleurs coaxiaux à moteur magnétique sans pièce polaire Enceinte acoustique (10) comprenant : - au moins deux haut-parleurs (12, 14) coaxiaux définissant un axe (X) et comportant deux équipages mobiles (24, 26) axialement comprenant deux bobines (36, 38), - un moteur magnétique (16) définissant au moins deux entrefers (18, 20) annulaires coaxiaux recevant respectivement les deux bobines, les deux équipages mobiles définissant un côté avant selon l’axe par rapport au moteur magnétique. Le moteur magnétique consiste en une pluralité d’aimants (44) permanents, bipolaires, annulaires et coaxiaux, et est dépourvu de toute pièce polaire en acier. Les aimants présentent une orientation particulière. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Enceinte acoustique, notamment pour casque audio, comprenant des haut-parleurs coaxiaux à moteur magnétique sans pièce polaire La présente invention concerne une enceinte acoustique comprenant un haut-parleur définissant un axe, et comportant respectivement un équipage mobile en translation axiale par rapport au châssis, l’équipage mobile comprenant une bobine, et - un moteur magnétique définissant un entrefer annulaire recevant la bobine, l’équipage mobile définissant un côté avant de l’enceinte acoustique selon l’axe par rapport au moteur magnétique. L’enceinte acoustique est avantageusement de petites dimensions et destinée à prendre place par exemple dans un casque audio. Plus précisément, chaque écouteur du casque inclut une enceinte acoustique. Il est connu, dans certaines enceintes acoustiques, de mettre en œuvre deux haut-parleurs coaxiaux, l’un étant par exemple un tweeter, situé au centre de l’enceinte acoustique, et l’autre un woofer, situé en périphérie. Toutefois ceci est peu compatible avec une enceinte acoustique de faibles dimensions, telles que celles qui sont intégrées dans un casque audio par exemple. La sensibilité d’un haut-parleur résulte notamment d’un bon équilibre entre ses performances magnétiques et mécaniques. Le paramètre Bl, issu du modèle de Thiele et Small, connu de l’homme du métier, quantifie l’intensité du champ magnétique qui traverse la bobine dans l’entrefer. Ce paramètre Bl, exprimé en T.m (tesla.mètre), joue un rôle important dans la sensibilité du haut-parleur, et ce d’autant plus que la membrane du haut-parleur subit de fortes contraintes mécaniques induites par les charges d’air des cavités acoustiques du casque audio. Le moteur magnétique est usuellement constitué d’un électro aimant ou d’un aimant permanent, pour produire un champ magnétique intense, et de pièces polaires en acier pour conduire le flux magnétique jusqu’à l’entrefer avec un minimum de pertes. Les pièces polaires permettent en effet de canaliser et de courber les lignes de champ magnétique sortant de l’aimant. Ainsi, en raison de la compacité requise pour un casque audio, les haut-parleurs n’ont pas une très bonne sensibilité, ou bien, s’ils l’ont, ne sont pas suffisamment compacts. Un but de l’invention est donc de remédier à tout ou partie des inconvénients ci-dessus, c’est-à-dire de fournir une enceinte acoustique à la fois compacte, par exemple adaptée pour être intégrée dans un casque audio, et présentant une bonne sensibilité acoustique. A cet effet, l’invention a pour objet une enceinte acoustique comprenant : - au moins deux haut-parleurs coaxiaux définissant un axe commun, les deux haut-parleurs comportant respectivement deux équipages mobiles axialement, les deux équipages mobiles comprenant respectivement deux bobines, et - un moteur magnétique définissant au moins deux entrefers annulaires coaxiaux recevant respectivement les deux bobines, les deux équipages mobiles définissant un côté avant de l’enceinte acoustique selon l’axe par rapport au moteur magnétique, dans laquelle le moteur magnétique consiste en une pluralité d’aimants permanents, bipolaires, annulaires et coaxiaux, et est dépourvu de toute pièce polaire en acier, chacun des aimants ayant un premier pôle et un deuxième pôle magnétiques définissant ensemble une orientation, ladite pluralité d’aimants comprenant au moins : - un premier aimant orienté radialement et situé entre les deux entrefers, - un deuxième aimant orienté radialement et situé du côté radialement intérieur par rapport au premier aimant pour former l’un des deux entrefers, le premier pôle du deuxième aimant étant tourné vers le deuxième pôle du premier aimant, - un troisième aimant orienté radialement et situé du côté radialement extérieur par rapport au premier aimant pour former l’autre des deux entrefers, le deuxième pôle du troisième aimant étant tourné vers le premier pôle du premier aimant pour former l’autre des deux entrefers. Selon des modes de réalisation particuliers, l’enceinte acoustique comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - chacun des aimants de ladite pluralité présente une section rectangulaire ou carrée ; - le premier aimant, le deuxième aimant et le troisième aimant présentent une même extension en projection sur l’axe et sont alignés radialement les uns avec les autres ; - ladite pluralité d’aimants comprend en outre : un quatrième aimant et un cinquième aimant orientés axialement et situés de part et d’autre du deuxième aimant axialement, le quatrième aimant étant situé vers l’avant par rapport au cinquième aimant, et le premier pôle du quatrième aimant étant tourné vers le premier pôle du cinquième aimant ; et un sixième aimant et un septième aimant orientés axialement et situés de part et d’autre du troisième aimant axialement, le sixième aimant étant situé vers l’avant par rapport au septième aimant, et le deuxième pôle du sixième aimant étant tourné vers le deuxième pôle du septième aimant ; - le deuxième aimant, le quatrième aimant et le cinquième aimant présentent une même extension radiale et sont alignés axialement les uns avec les autres ; le troisième aimant, le sixième aimant et le septième aimant présentent une même extension radiale et sont alignés axialement les uns avec les autres ; - le quatrième aimant, le cinquième aimant, le sixième aimant et le septième aimant présentent une même extension axiale ; le quatrième aimant et le sixième aimant sont alignés radialement l’un avec l’autre ; et le cinquième aimant et le septième aimant sont alignés radialement l’un avec l’autre ; - ladite pluralité d’aimants comprend en outre : un huitième aimant et un neuvième aimant orientés axialement et situés de part et d’autre du deuxième pôle du premier aimant axialement, le huitième aimant étant situé vers l’avant par rapport au neuvième aimant, et le deuxième pôle du huitième aimant étant tourné vers le deuxième pôle du neuvième aimant ; et un dixième aimant et un onzième aimant orientés axialement et situés de part et d’autre du premier pôle du premier aimant axialement, le dixième aimant étant situé vers l’avant par rapport au onzième aimant, et le premier pôle du dixième aimant étant tourné vers le premier pôle du onzième aimant ; - le huitième aimant, le neuvième aimant, le dixième aimant et le onzième aimant présentent une même extension axiale ; le huitième aimant et le dixième aimant sont alignés radialement l’un avec l’autre ; et le neuvième aimant et le onzième aimant sont alignés radialement l’un avec l’autre ; - le huitième aimant, neuvième aimant, le dixième aimant et le onzième aimant présentent une même extension radiale ; et - une membrane du plus grand des deux haut-parleurs radialement a un diamètre extérieur inférieur à 50 mm et les deux haut-parleurs ont ensemble une surface émissive inférieure à 10 cm 2 . L’invention a également pour objet un casque audio incluant deux enceintes acoustiques telles que décrit ci-dessus. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : la est une demi-coupe schématique, selon un plan passant par l’axe, d’une enceinte acoustique selon l’invention. la est une vue en section du moteur magnétique de l’enceinte acoustique représentée sur la , montrant l’orientation des aimants. En référence aux figures 1 et 2, on décrit une enceinte acoustique 10 selon l’invention. Avantageusement, deux enceintes acoustiques analogues à l’enceinte acoustique 10 sont intégrées dans un casque audio (non représenté). L’enceinte acoustique 10 comprend deux haut-parleurs 12, 14 coaxiaux définissant un axe X commun, et un moteur magnétique 16 définissant deux entrefers 18, 20 annulaires coaxiaux. Dans l’exemple, l’enceinte acoustique 10 comprend aussi un châssis 22 (également connu sous le nom de « saladier »). L’enceinte acoustique 10 est avantageusement axisymétrique autour de l’axe X, aussi seule une moitié de coupe ou de section est représentée sur les figures 1 et 2. En variante (non représentée), l’enceinte acoustique 10 comprend trois haut-parleurs coaxiaux (non représentés), ou plus, voire d’autres haut-parleurs (non représentés) non coaxiaux des deux haut-parleurs 12, 14. Le châssis 22 présente par avantageusement une forme cylindrique. Chacun des haut-parleurs 12, 14 comprend respectivement un équipage mobile 24, 26 mobile selon l’axe X et comprenant une membrane 28, 30 adaptée pour émettre des ondes sonores, un porte-bobine 32, 34 fixé sur la membrane, et une bobine 36, 38 fixée sur le porte-bobine et reçue respectivement dans l’un des deux entrefers 18, 20. Dans l’exemple, un premier des deux haut-parleurs 12, 14 s’étend radialement au centre de l’enceinte acoustique 10 et est par exemple un tweeter, c’est-à-dire qu’il est adapté pour émettre dans l’aigu. Un second des deux parleurs 12, 14 s’étend par exemple autour du premier haut-parleur 12, en périphérie de l’enceinte acoustique 10, et est avantageusement un woofer, c’est-à-dire qu’il est adapté pour émettre dans le médium et dans le grave. Considérés ensemble, les deux haut-parleurs 12, 14 ont une surface émissive avantageusement inférieure à 10 cm 2 . Les équipages mobiles 32, 34 définissent un côté avant de l’enceinte acoustique 10 selon l’axe X par rapport au moteur magnétique 16. Les porte-bobines 32, 34 sont par exemple cylindriques. Les membranes 28, 30 sont avantageusement en matériau polymère, par exemple en poly(téréphtalate d'éthylène) (PET). Dans l’exemple, la membrane 28 comporte un bord 37 radialement extérieur suspendu sur un support 39 de l’enceinte acoustique 10 fixé sur le moteur magnétique 16. La membrane 30 comporte un bord 40 radialement intérieur suspendu sur le support 39, et un bord 42 radialement extérieur suspendu sur le châssis 22. La membrane 30 présente par exemple un diamètre extérieur D de moins de 50 mm. Le moteur magnétique 16 présente avantageusement un diamètre extérieur D1 inférieur à 38 mm et une épaisseur E de moins de 4,0 mm selon l’axe X. Le moteur magnétique 16 consiste en une pluralité d’aimants 44 permanents, bipolaires, annulaires et coaxiaux. Le moteur magnétique 16 est dépourvu de toute pièce polaire en acier. Ceci signifie que la pluralité d’aimants 44 suffit à elle seule pour obtenir un champ magnétique convenable dans les entrefers 18, 20, sans qu’aucune pièce en acier joue un rôle dans cette obtention. Ceci signifie par exemple qu’il n’y a pas de pièce en acier dans l’enceinte acoustique 10 qui, si elle était retirée, réduirait l’intensité du champ magnétique dans les entrefers de plus de 5%. Dans le cas contraire, une telle pièce devrait être considérée comme faisant partie du moteur magnétique, et le moteur magnétique 16 ne serait alors pas dépourvu de pièce polaire. Chacun des aimants 44 a un premier pôle magnétique 46, par exemple un pôle nord noté « N » sur la , et un deuxième pôle magnétique 48, par exemple un pôle sud noté « S », définissant ensemble une orientation magnétique (symbolisée par des flèches M sur la ) ou magnétisation, tantôt radiale, c’est-à-dire perpendiculaire à l’axe X, tantôt axiale, c’est-à-dire parallèle à l’axe X. En variante pour tous les aimants 44, le premier pôle 46 est un pôle sud et le deuxième pôle 48 est un pôle nord. Dit autrement, l’orientation de tous les aimants 44 peut être inversée par rapport à celle représentée sur la . Chacun des aimants 44 a par exemple une forme torique d’axe X, à section avantageusement rectangulaire ou carrée. Chacun des aimants 44 est par exemple un aimant au néodyme, composé d'un alliage de néodyme, de fer et de bore, connu en lui-même. La pluralité d’aimants 44 comprend au moins un premier aimant 44A situé entre les deux entrefers 18, 20, un deuxième aimant 44B situé du côté radialement intérieur par rapport au premier aimant 44A pour former l’un des deux entrefers 18, 20, et un troisième aimant 44C situé du côté radialement extérieur par rapport au premier aimant 44A pour former l’autre des deux entrefers 18, 20. Le premier aimant 44A, le deuxième aimant 44B et le troisième aimant 44C sont orientés radialement (magnétisés radialement). Le premier aimant 44A, le deuxième aimant 44B et le troisième aimant 44C présentent avantageusement une même extension E1 en projection sur l’axe X et sont par exemple alignés radialement les uns avec les autres. Le premier pôle 46 du deuxième aimant 44B est tourné vers le deuxième pôle 48 du premier aimant 44A. Le deuxième pôle 48 du troisième aimant 44C étant tourné vers le premier pôle 46 du premier aimant 44A. Dans l’exemple, le deuxième aimant 44B est environ deux fois plus court radialement que le premier aimant 44A. Le troisième aimant 44C est par exemple un peu plus court radialement que le deuxième aimant 44B. Avantageusement, la pluralité d’aimants 44 comprend en outre un quatrième aimant 44D et un cinquième aimant 44E situés axialement de part et d’autre du deuxième aimant 44B, et un sixième aimant 44F et un septième aimant 44G situés axialement de part et d’autre du troisième aimant 44C. Le quatrième aimant 44D, le cinquième aimant 44E, le sixième aimant 44F et le septième aimant 44G sont orientés axialement (magnétisation axiale). Le quatrième aimant 44D est situé vers l’avant par rapport au cinquième aimant 44E. Le premier pôle 46 du quatrième aimant 44D est tourné vers le premier pôle 46 du cinquième aimant 44E. Le sixième aimant 44F est situé vers l’avant par rapport au septième aimant 44G. Le deuxième pôle 46 du sixième aimant 44F est tourné vers le deuxième pôle 48 du septième aimant 44G. Avantageusement, le deuxième aimant 44B, le quatrième aimant 44D et le cinquième aimant 44E présentent une même extension radiale E2 et sont alignés axialement les uns avec les autres. De même, avantageusement, le troisième aimant 44C, le sixième aimant 44F et le septième aimant 44G présentent une même extension radiale E3 et sont alignés axialement les uns avec les autres. Dans l’exemple, le quatrième aimant 44D est fixé sur le deuxième aimant 44B, lui-même fixé sur cinquième aimant 44E. Le cinquième aimant 44E est par exemple fixé sur le châssis 22. Toujours dans l’exemple, le sixième aimant 44F est fixé sur le troisième aimant 44C, lui-même fixé sur septième aimant 44G. Le septième aimant 44G est par exemple fixé sur le châssis 22. Le quatrième aimant 44D, le cinquième aimant 44E, le sixième aimant 44F et le septième aimant 44G présentent par exemple une même extension axiale E4, E5. Le quatrième aimant 44D et le sixième aimant 44F sont par exemple alignés radialement l’un avec l’autre. Le cinquième aimant 44E et le septième aimant 44G sont par exemple alignés radialement l’un avec l’autre Avantageusement, la pluralité d’aimants 44 comprend encore un huitième aimant 44H et un neuvième aimant 44I situés de part et d’autre du deuxième pôle 48 du premier aimant 44A axialement, et un dixième aimant 44J et un onzième aimant 44K situés de part et d’autre du premier pôle 46 du premier aimant 44A axialement. Le huitième aimant 44H, le neuvième aimant 44I, le dixième aimant 44J et le onzième aimant 44K sont orientés axialement. Le huitième aimant 44H est situé vers l’avant par rapport au neuvième aimant 44I, le deuxième pôle 48 du huitième aimant 44H étant tourné vers le deuxième pôle 48 du neuvième aimant 44I. Le dixième aimant 44J est situé vers l’avant par rapport au onzième aimant 44K, le premier pôle 46 du dixième aimant 44J étant tourné vers le premier pôle 46 du onzième aimant 44K. Le huitième aimant 44H, le neuvième aimant 44I, le dixième aimant 44J et le onzième aimant 44K présentent par exemple une même extension axiale E4, E5. Le huitième aimant 44H et le dixième aimant 44J sont par exemple alignés radialement l’un avec l’autre. Le neuvième aimant 44I et le onzième aimant 44K sont par exemple alignés radialement l’un avec l’autre. Avantageusement, le huitième aimant 44H, le neuvième aimant 44I, le dixième aimant 44J et le onzième aimant 44K présentent une même extension radiale E6, E7. Le huitième aimant 44H et le neuvième aimant 44I sont par exemple alignés l’un avec l’autre axialement. Le dixième aimant 44J et le onzième aimant 44K sont par exemple alignés l’un avec l’autre axialement. Dans l’exemple, les entrefers 18, 20 traversent complètement le moteur magnétique 16 axialement. Grâce aux caractéristiques ci-dessus, l’enceinte acoustique 10 est à la fois compacte, par exemple adaptée pour être intégrée dans un casque audio, et présente une bonne sensibilité acoustique. L’absence de pièce polaire dans le moteur magnétique 16 permet de maximiser le paramètre Bl, en évitant leur saturation magnétique. A titre de comparaison, un moteur à architecture classique, avec pièces polaires, compris dans le même encombrement géométrique, permet d’obtenir un Bl d’environ 2,1 T.m pour la bobine 38. Le moteur sans pièces polaires selon l’invention permet d’obtenir un Bl d’environ 3,2 T.m, toutes choses égales par ailleurs. L’enceinte acoustique 10 permet de mettre en œuvre au moins deux haut-parleurs coaxiaux 12, 14, ce qui améliore la restitution du son à l’écoute, grâce à la séparation des bandes de fréquences couvertes par chaque haut-parleur. De plus, l’utilisation de deux haut-parleurs coaxiaux permet de réduire la distorsion harmonique totale du son généré par les résonances des membranes de haut-parleurs grâce à la séparation des bandes de fréquence. Dans le moteur magnétique 16 coaxial sans fer, la pluralité d’aimants 44 orientés de façon particulière permet de guider un flux magnétique puissant vers les deux entrefers 18, 20. Cet assemblage permet de satisfaire les contraintes d’encombrement d’une enceinte acoustique de faible dimension. A encombrement égal, le moteur magnétique 16 sans fer génère un flux magnétique plus puissant qu’un moteur classique (avec pièces polaires). Le moteur magnétique 16 sans fer est non seulement compact, mais exempt de non-linéarités qui seraient induites par des courants de Foucault dans les pièces polaires. Cette absence de courants de Foucault permet de réduire la distorsion harmonique totale générée par les haut-parleurs. Le moteur magnétique 16 offre ainsi une faible saturation magnétique, une distorsion harmonique totale faible, et des performances élevées en termes de Bl. Enceinte acoustique (10) comprenant : - au moins deux haut-parleurs (12, 14) coaxiaux définissant un axe (X) commun, les deux haut-parleurs (12, 14) comportant respectivement deux équipages mobiles (24, 26) axialement, les deux équipages mobiles (24, 26) comprenant respectivement deux bobines (36, 38), et - un moteur magnétique (16) définissant au moins deux entrefers (18, 20) annulaires coaxiaux recevant respectivement les deux bobines (36, 38), les deux équipages mobiles (24, 26) définissant un côté avant de l’enceinte acoustique (10) selon l’axe (X) par rapport au moteur magnétique (16), dans laquelle le moteur magnétique (16) consiste en une pluralité d’aimants (44) permanents, bipolaires, annulaires et coaxiaux, et est dépourvu de toute pièce polaire en acier, chacun des aimants (44) ayant un premier pôle (46) et un deuxième pôle (48) magnétiques définissant ensemble une orientation (M), ladite pluralité d’aimants (44) comprenant au moins : - un premier aimant (44A) orienté radialement et situé entre les deux entrefers (18, 20), - un deuxième aimant (44B) orienté radialement et situé du côté radialement intérieur par rapport au premier aimant (44A) pour former l’un des deux entrefers (18, 20), le premier pôle (46) du deuxième aimant (44B) étant tourné vers le deuxième pôle (48) du premier aimant (44A), - un troisième aimant (44C) orienté radialement et situé du côté radialement extérieur par rapport au premier aimant (44A) pour former l’autre des deux entrefers (18, 20), le deuxième pôle (48) du troisième aimant (44C) étant tourné vers le premier pôle (46) du premier aimant (44A) pour former l’autre des deux entrefers (18, 20). Enceinte acoustique (10) selon la revendication 1, dans laquelle chacun des aimants (44) de ladite pluralité présente une section rectangulaire ou carrée. Enceinte acoustique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier aimant (44A), le deuxième aimant (44B) et le troisième aimant (44C) présentent une même extension (E1) en projection sur l’axe (X) et sont alignés radialement les uns avec les autres. Enceinte acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite pluralité d’aimants (44) comprend en outre : - un quatrième aimant (44D) et un cinquième aimant (44E) orientés axialement et situés de part et d’autre du deuxième aimant (44B) axialement, le quatrième aimant (44D) étant situé vers l’avant par rapport au cinquième aimant (44E), et le premier pôle (46) du quatrième aimant (44D) étant tourné vers le premier pôle (46) du cinquième aimant (44E), - un sixième aimant (44F) et un septième aimant (44G) orientés axialement et situés de part et d’autre du troisième aimant (44C) axialement, le sixième aimant (44F) étant situé vers l’avant par rapport au septième aimant (44G), et le deuxième pôle (48) du sixième aimant (44F) étant tourné vers le deuxième pôle (48) du septième aimant (44G). Enceinte acoustique (10) selon la revendication 4, dans laquelle : - le deuxième aimant (44B), le quatrième aimant (44D) et le cinquième aimant (44E) présentent une même extension radiale (E2) et sont alignés axialement les uns avec les autres, - le troisième aimant (44C), le sixième aimant (44F) et le septième aimant (44G) présentent une même extension radiale (E3) et sont alignés axialement les uns avec les autres. Enceinte acoustique (10) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle : - le quatrième aimant (44D), le cinquième aimant (44E), le sixième aimant (44F) et le septième aimant (44G) présentent une même extension axiale (E4, E5), - le quatrième aimant (44D) et le sixième aimant (44F) sont alignés radialement l’un avec l’autre, et - le cinquième aimant (44E) et le septième aimant (44G) sont alignés radialement l’un avec l’autre Enceinte acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle ladite pluralité d’aimants (44) comprend en outre : - un huitième aimant (44H) et un neuvième aimant (44I) orientés axialement et situés de part et d’autre du deuxième pôle (48) du premier aimant (44A) axialement, le huitième aimant (44H) étant situé vers l’avant par rapport au neuvième aimant (44I), et le deuxième pôle (48) du huitième aimant (44H) étant tourné vers le deuxième pôle (48) du neuvième aimant (44I), et - un dixième aimant (44J) et un onzième aimant (44K) orientés axialement et situés de part et d’autre du premier pôle (46) du premier aimant (44A) axialement, le dixième aimant (44J) étant situé vers l’avant par rapport au onzième aimant (44K), et le premier pôle (46) du dixième aimant (44J) étant tourné vers le premier pôle (46) du onzième aimant (44K). Enceinte acoustique (10) selon la revendication 7, dans laquelle : - le huitième aimant (44H), le neuvième aimant (44I), le dixième aimant (44J) et le onzième aimant (44K) présentent une même extension axiale (E4, E5), - le huitième aimant (44H) et le dixième aimant (44J) sont alignés radialement l’un avec l’autre, et - le neuvième aimant (44I) et le onzième aimant (44K) sont alignés radialement l’un avec l’autre. Enceinte acoustique (10) selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le huitième aimant (44H), neuvième aimant (44I), le dixième aimant (44J) et le onzième aimant (44K) présentent une même extension radiale (E6, E7). Enceinte acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle une membrane (30) du plus grand des deux haut-parleurs (12, 14) radialement a un diamètre extérieur (D) inférieur à 50 mm et les deux haut-parleurs (12, 14) ont ensemble une surface émissive inférieure à 10 cm 2 .