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1 TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE A VOLUME DIFFUSANT
La présente invention concerne un transducteur êlectro-
acoustique à volume diffusant.
Les haut-parleurs actuellement connus présentent une
membrane acoustique généralement conique mue en mouvements
axiaux par un ëlectro-aimant placé entre des spires
conductrices traversêes par le signal audio. Ils présentent,
à cause de cette membrane, une directivitê très importante et
une plage limitée de longueurs d'onde de fonctionnement. I1
est donc nécessaire de placer deux ou trois de ces hauts
parleurs dans une enceinte pour couvrir l'ensemble de la
plage de sensibilité de l'oreille humaine, de 20 Hz à 20 KHz.
Mais, même en plaçant trois haut-parleurs, la directivité
n'est pas améliorée. De plus, les recherches destinées à
augmenter le rendement de ces haut-parleurs implique un flux
magnétique dense et un entrefer étroit mais cela implique
aussi un force contre êlectromotrice êlevée. Le mouvement
relatif des électro-aimants par rapport aux spires
conductrices est alors toujours symétrique, à cause de la
force de rappel, c'est-à-dire que ces haut-parleurs possèdent
une fréquence de résonnante.
La prêsente invention entend remédier à ces
inconvénients en présentant un dispositif dont les parties
mobiles sont constituées d'un volume diffusant parcouru par
des vibrations d'amplitude très limitée. Le volume diffusant
est ici entendu d'une pièce dont l'épaisseur est relativement
proche des autres dimensions, largeur et longueur, à l'opposé
d'une membrane dont l'épaisseur est très inférieure aux
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1 dixième des autres dimensions. De cette manière, les formes
de signaux audio les plus diverses peuvent être rendues par
propagation dans le volume diffusant et par diffusion dans
l'air à sa surface. Les ondes se propageant dans le volume le ,
font dans de multiples directions doünant ainsi au dispositif
une directivité qui est très faibl~è:~ Enfin, la force de
rappel, ou contre-ëlectromotrice, est, grâce à cette
propagation dans le volume, très faible.
Un transducteur électro-acoustique pouvant étre assimilé
à un moteur prësentant une force contre-êlectromotrice et à
une impëdance comportant une composante résistive, une
composante capacitive et une composante selfique, la présente
invention prêtend donc tout à la fois .
- minimiser la force contre-électromotrice par le choix d'un
flux magnétique faible, mais s'exerçant sur une grande
surface et par un entrefer très ouvert, en acceptant une
perte de rendement.
- minimiser l'effet capacitif que représente la suspension
classique èn utilisant un effet d'ëquilibrage magnêtigue.
- utiliser un effet de propagation volumique par
1°utilisation d'un êlément diffusant très ëpais de telle
manière que l'entrëe en régime vibratoire soit retardée.
- minimiser l°effet selfique du conducteur classique en
réduisant le nombre de spires.
L'impëdance peut alors être limitée â sa partie résistive et
donc n'entraïner aucune perturbation des signaux électriques
qui la traverse.
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1 Le dispositif objet de la prësente invention est donc un
transducteur électro-acoustique caractérisé en ce qu'il
comporte, d'une part, un volume diffusant 8 de faible densité
- supportant sur sa périphérie au moins un circuit
ëlectriquement conducteur 6, 7, 12, 13, 20, 21 et 22,
traversé par un signal électrique représentatif du signal
sonore à émettre et relié mécaniquement à ladite périphérie
et d'autre part, des aimants 2, 3, 4, 5, 14, 15, 16, 17, 18,
19, 23 et 24, fournissant un champ magnétique dont les lignes
de champ entourent au moins le circuit conducteur placé sur
ladite pêriphërie.
La description qui va suivre, faite en regard des
dessins annexës dans un but explicatif et nullement limitatif
permet de mieux comprendre les avantages, buts et
caractéristiques de l'invention.
Dans la figure 1 est représenté, selon une vue en coupe,
un premier mode de réalisation du dispositif selon la
présente invention.
Dans la figure 2 est représenté, selon une vue de
dessus, le premier mode de réalisation de 1°invention décrit
en figure 1.
Dans la figure 3 est représenté, selon une vue en
perspective, le premier mode de rëalisation du dispositif
décrit en figure 1.
Dans la figure 4 est reprësenté, selon une vue en
perspective, un second mode de réalisation du dispositif
selon la présente invention.
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1 Dans la figure 5 est représenté, selon une vue en coupe,
un troisième mode de réalisation du dispositif selon la
présente invention.
Dans la figure 6 est représenté, selon une coupe, un
S élëment complémentaire des trois modes de~réalisation du
:,.
dispositif prësentés en figures 1 à 5. ~,~~
Dans la figure 7 est représenté uü.premier mode de
connexion ëlectrique du dispositif objet de la présente
invention à un circuit ëlectronique analogique.
lp Dans la figure 8 est représenté une première variante du
premier mode de rêalisation du dispositif présenté en figures
1 à 3.
Dans la figure 9 est représenté une seconde variante du
premier mode de réalisation du dispositif présentë en figures
15 1 à 3.
Dans la figure 10 est représentë une troisième variante
du premier mode de réalisation du dispositif présenté en
figures 1 à 3.
Dans la figure 11 est représenté un second mode de
20 connexion électrique du dispositif objet de la présente
invention à un circuit ëlectronique numérique.
Dans la figure 1 sont reprësentés un support l, quatre
aimants 2, 3, 4 et 5, deux circuits conducteurs 6 et 7, un
volume diffusant 8, des liaisons êlectriques 9 et 10 et un
25 circuit électronique 11.
- Le support 1 est de type quelconque et est adapté à
tenir en position les quatre aimants 2, 3, 4 et 5. I1 est
constitué en fer doux. Les aimants 2 et 3 présentent leurs
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1 pôles nord l'un vers l'autre et sont situés en haut du
dispositif. Les aimants 4 et 5 présentent leurs pôles sud
l'un vers l'autre et sont situés en bas du dispositif. De
. cette manière, le champ magnétique entre les aimants 2, 3, 4
5 et 5 présente des lignes de champ annulaires.
Le volume diffusant 8 est situé entre les aimants 2, 3,
4 et 5. I1 est constitué d'un matêriau approximativement
rigide et de densitê três faible, prêfërentiellement
inférieure à 0,20 kilogramme par litre, sa masse étant
prêférentiellement supérieure à vingt grammes. I1 supporte
les circuits conducteurs 6 et 7. Le volume diffusant 8 est
constitué par exemple de polystyrène expansë.ou de mousse de
polyurëthanne ou de tout autre matériau présentant une
densité très faible et une rigiditê élevée. Dans l'exemple de
la figure 1, le volume diffusant 8 possède une forme de
parallélépipède rectangle. Plus généralement, on appelle
volume toute forme dont l'êpaisseur est supérieure à 5
millimètres.
Les circuits conducteurs 6 et 7 sont conducteurs de
l'électricitê et sont situés respectivement en face des
aimants 2 et 3, d'une part, et des aimants 4 et 5, d'autre
part. Le circuit conducteur 6 longe la périphérie supêrieure
du volume diffusant 8. Le circuit conducteur 7 longe la
.~ périphérie inférieure du volume diffusant 8. Les circuits
conducteurs de courant 6 et 7 sont mécaniquement liés au
volume diffusant 8 et constitués, par exemple, de lignes
conductrices fines, parallèles entre elles et possédant une
longueur égale à celle des aimants permanents réalisés par
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1 impression d'encre conductrice ou de colle à l'argent sur un
support en film souple, de peinture conductrice, ou encore
par sérigraphie sur film plastique, de type de celle utilisée
L
pour la rëalisation de certains connecteurs souples. -
Les circuits conducteurs 6 et 7 sant~~traversés par un
signal électrique représentatif du sigriâl sonore à émettre,
mais respectivement dans des sens opposës, comme il est
décrit en figure 2 et 3.
De cette manière la force de Laplace qui s'exerce sur la
partie droite du circuit conducteur 6 possède la même
composante axiale, sur.l'axe de symétrie vertical de la
figure, que la force de Laplace qui s'exerce sur la partie
droite du circuit conducteur 7 et une composante planaire,
sur le plan sêparant les aimants supérieurs 2 et 3, d'une
part, et les aimants permanents inférieurs 4 et.5, d'autre
part, de même intensité et de même direction mais de~sens
opposë à la force de Laplace qui s'exerce sur la partie
droite du circuit conducteur 7. On rappelle que la loi de
Laplace décrit la force, dite force de Laplace, qui s'exerce
sur un conducteur électrique parcouru par un courant et
plongé dans un champ magnétique.
Les liaisons électriques 9 et 10 relient le circuit
électronique 11 d°émission de signal électrique reprësentatif
du signal sonore et les circuits conducteurs 6 et 7. Dans ce
premier exemple, les liaisons électriques 9 et 10 relient les
extrémitës des circuits conducteurs 6 et 7, qui sont reliês
entre eux de telle manière que les courants circulent sur la
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1 périphérie du volume diffusant 8 en sens inverse. Cette
disposition est présentée en figure 3.
Selon une variante de ce premier mode de réalisation de
- la présente invention, les liaisons électriques 9 et 10
permettent de relier chacun des deux circuits conducteurs 6
et 7 à un potentiel fixe et leur borne commune à un potentiel
variable comportant une composante continue égale à la moitié
des deux potentiels fixes et une composante alternative
proportionnelle au signal sonore à émettre.
Le circuit électronique 11 est de type connu, par
exemple constitué d'un amplificateur qui amplifie un signal
sonore provenant de n°importe quel type de source audio,
lecteur de disque, lecteur de cassette, radio, par exemple.
Dans la figure 2 sont reprêsentës en vue de dessus le
support l, les aimants 2 et 3, des aimants permanents 23 et
24, le circuits conducteurs 6, le volume diffusant 8, les
liaisons électriques 9 et 10 et le circuit êlectronique 11.
Le support 1 est de forme rectangulaire et entoure les
autres composants du dispositif à l'exception du circuit
électronique 11. Les aimants 2 et 3 sont complétés par les
aimants permanents 23 et 24 pour entourer la périphérie du
volume diffusant 8, lui-même rectangulaire. Les aimants
permanents 23 et 24 prêsentent, de la même manière que les
aimants 2 et 3, leur pôles nord vers la volume diffusant 8.
Le circuit conducteur 6 fait le tour de la pêriphërie
rectangulaire du volume diffusant 8 et est relié à la liaison
électrique 9.
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_ 8
1 Dans la figure 3 sont représentés en vue en perspective
les circuits conducteurs 6 et 7, le volume diffusant 8 et les
liaisons électriques 9 et 10.
On remarque dans la figure 3 que les circuits .
conducteurs 6 et 7 sont coaxiaux par rapport à l'axe vertical
qui est aussi l'axe de symêtrie du champ magnétique. Les
circuits conducteurs 6 et 7 sont, en outre, reliés entre eux
de telle manière que le courant électrique circule dans le
circuit conducteur 6 en sens inverse du courant circulant
dans le circuit conducteur 7, l'un circulant dans le bobinage
dans le sens des aiguilles d'une montre et.l'autre dans le
sens inverse des aiguilles d'une montre, en vue de dessus.
Pour la présentation de ces trois figures 1, 2 et 3, le
système électrodynamique à aimant permanent a été retenu. Le
champ magnétique dans l'entrefer a été augmenté par
enchassement des aimants permanents dans un "U°' en fer doux
constituant le support 1, le matériau magnétique constituant
les aimants 2, 3, 4 et 5 êtant, par exemple, des barreaux en
oxyde de fer et de strontium â grains orientés. Pour indiquer
2p un exemple de géométrie du dispositif objet de la prêsente
invention, le volume diffusant 8 possède les dimensions
suivantes . 120 millimètres de longueur, 60 millimètres de
largeur, 30 millimètres d'épaisseur, la surface du champ
magnétique peut être de 25 millimètres multiplié par le
périmètre du volume diffusant 8 faisant face aux aimants
permanents, la largeur de conduction étant alors de 17
millimêtres et le déplacement de l'ensemble du volume
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1 diffusant 8 atteignant huit millimètres entre crêtes aux très
basses fréquences.
Le champ magnétique aërien, étant traversé par un
courant électrique identique circulant selon deux sens
inverses devant~chacun des pôles, gënère des forces opposées
permettant un centrage automatique du volume diffusant 8.
Le dispositif objet de la prêsente invention présenté en
figures 1 à 3 comprend ainsi une membrane épaisse constituant
un volume diffusant 8 qui assure l'émission du son d'une part
par propagation des fréquences êlevêes à travers ladite
membrane, et d'autre part, par propagation des fréquences
basses en régime vibratoire. Dans le premier mode d°émission
du son, par propagation à l'intérieur du volume diffusant 8,
le centre de gravité du volume diffusant 8 est sensiblement
fixe dans l'espace. Dans le second mode d'émission du son, en
régime vibratoire, le centre de gravitë du volume diffusant 8
se déplace sensiblement à la fréquence du signal électrique
provenant du circuit êlectronique 11.
Les deux circuits conducteurs 6 et 7 ceinturant ledit
volume diffusant de manière solide, et le bloc magnétique
constitué des aimants permanents 2, 3, 4 et 5 crêant sur les
circuits conducteurs deux champs magnêtiques contraires,
forment avec les dits circuits conducteurs un moteur
magnétique à centrage automatique.
Dans la figure 4 est reprêsenté en vue en perspective un
second mode de rëalisation du dispositif objet de la présente
invention, comportant le volume diffusant 8, les liaisons
êlectriques 9 et 10 et des circuits conducteurs 12 et 13
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1 placés séparément chacun sur une des faces latërales du
volume diffusant 8. I1 est à noter que deux autres circuits
conducteurs sont situés sur les deux faces périphériques du
volume diffusant 8 non représentêes.
5 Les circuits conducteurs 12 et 13 sont chacun situê
intêgralement sur une des faces.;~3ériphériques du volume
diffusant 8 et représentent deswspires rectangulaires. Les
circuits conducteurs de courant 12 et 13 sont collës sur le
volume diffusant 8 et constitués, par exemple, d'un circuit
10 imprimé de faible masse réalisé sur un support en ëpoxy de
quelques dixièmes de millimètre dont le dessin est constitué
de lignes fines parallèles entre elles et possêdant une
longueur égale à celle des aimants permanents. Les circuits
conducteur de courant 12 et 13 peuvent aussi être réalisés
par impression d'encre conductrice ou de colle à l'argent sur
un support en film souple, ou encore par sêrigraphie sur film
plastique, de type de celle utilisée pour la réalisation de
certains connecteurs souples. Les circuits conducteurs 12 et
13 sont alimentés ëlectriquement de telle manière que le
courant ëlectrique circulant dans leurs conducteurs
infërieurs, situés à proximité des aimants 4 et 5 circule en
sens inverse du courant électrique circulant dans leurs
conducteurs supérieurs. Les forces de Laplace présentées en
figure 1 sont donc conservées.
Les qualités de ce second mode de rëalisation du
dispositif sont identiques aux qualités du premier mode de
réalisation du dispositif prësentê en figures 1 à 3.
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1 Dans la figure 5 sont reprësentés six aimants permanents
14, 15, 16, 17, 38 et 19, trois circuits conducteurs 20, 21
et 22 et le volume 8. Cette figure 5 est destinée à montrer
que les nombres et les formes des aimants et des circuits
conducteurs ne sont..pas limitës à deux~mais peuvent au
contraire être diversifiées.
Les aimants permanents 14, 15 et 16 sont situés sur la
gauche du volume diffusant 8. Les aimants permanents 17, 18
et 19 sont situës sur la droite du volume diffusant 8. Les
aimants permanents 14, 16, 17 et 19 présentent leur pôle nord
vers l'intérieur du dispositif, c°est à dire vers le volume
diffusant 8. Les aimants permanents 15 et 18 présentent leur
pôle sud vers le volume diffusant 8. Les circuits conducteurs
20, 21 et 22 sont parcourus par des courant identiques mais
le circuit conducteur 21 est parcouru par ce courant en sens
inverse des circuits conducteurs 20 et 22, sur la périphérie
du volume diffusant 8.
Ce troisième mode de réalisation du dispositif possède
des qualités identiques aux deux premiers modes de
réalisation présentés en figures 1 à 3 et en figure 4.
Dans la figure 6 sont représentés les aimants permanents
2 et 3, le volume diffusant 8, le circuit conducteur 6, une
membrane de soutien 27 et deux alésages 25 et 26.
- La figure 6 est destinée â présenter, sur l'exemple du
premier mode de rëalisation présentë en figures 1 à 3,
l'utilisation d'une membrane de soutien. Cette utilisation
peut très aisément s'adapter aux autres modes de réalisation
du dispositif objet de la présente invention.
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-. 12
1 La membrane de soutien 27 est constituée d'un film
élastique, par exemple réalisé en polyéthylêne, dont la
tension est préférentiellement nulle au repos. Les alésages
25 et 26 suivent la périphérie du volume diffusant 8 et
S permettent, pour un allongement donné;~=de la membrane 27, un
déplacement plus grand du volume dinffûsant 8, que s'ils
étaient absents.
La membrane de soutien 27 assure le maintien en position
du volume diffusant 8 entre les aimants permanents 2, 3, 4 et
5, même lorsqu'une impulsion de basse fréquence est èmise par
le circuit électronique 11.
Le volume diffusant 8 est relié au support 1 par la
membrane 27 qui assure aussi l'étanchéité entre les deux
f aces .
Dans la figure 7 est représenté un mode de connexion
électrique du dispositif objet de la présente invention à un
circuit électronique. Dans la figure 7 sont représentés le
volume diffusant 8, les circuits conducteurs 6 et 7, les
connexions électriques 9 et 10, une connexion électrique 28,
une alimentation électrique 29 et circuit amplificateur 30.
La connexion électrique 28 relie la sortie du circuit
amplificateur 30 à une borne commune des deux circuits
conducteurs 6 et 7. L'alimentation électrique 29 est adaptée
â fournir deux potentiels constant qui sont reliés d'une part
aux bornes du circuit amplificateur 30 et d'autre part aux
bornes des circuits conducteurs 6 et 7 respectivement reliées
aux connexions électriques 9 et 10. De cette manière, en
l'absence du signal électrique représentatif du signal sonore
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1 à émettre, la connexion électrique 28 est portée à un
potentiel égal à la moitiê des potentiels fournis par
l'alimentation électrique 29 et le signal électrique
. représentatif du signal sonore à émettre fait varier ce
potentiel et permet la génération de forces de Laplace sur
les circuits condûcteurs 6 et 7.
Les circuits conducteurs sont ainsi chacun reliés d'une
part à un potentiel êlectrique fixe et d'autre part à un
signal comportant une composante continue égale à la moitié
des dits potentiels ëlectriques fixes et une composante
alternative égale au signal électrique représentatif du
signal sonore à émettre.
Le volume diffusant 8 est ainsi mis en équilibre, ou en
sustentation, par la composante continue et désêquilibré,
c'est-à-dire mis en mouvement de piston par la composante
alternative.
Dans la figure 8 est représentêe une première variante
du premier mode de rêalisation du dispositif présenté en
figures 1 à 3.
Dans la figure 8 sont représentés les mémes élêments que
dans la figure 1 mais les circuits conducteurs 6 et 7 sont
asymêtriques entre eux. Le circuit 6 est plus éloigné des
aimants 2 et 3 que le circuit 7 des aimants 4 et 5.
Le circuit 6 est placé sur le volume diffusant 8 plus près
du plan médian du volume diffusant 8 parallèle aux circuits 6
et 7 que le circuit 7. Enfin le circuit 6 comporte moins de
spires que le circuit 7.
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214~~~9
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1 Dans la figure 9 est représentée une seconde variante du
premier mode de réalisation du dispositif présenté en figures
1 à 3.
Dans la figure 9 sont représentés les mêmes éléments que _
dans la figure 3, à~l'exception du volume diffusant 8 qui
prend ici la forme d'un parallélépipède rectangle ëvidé sur
une de ses faces par un ëvidementr&1 de volume ëgal à un
second parallëlêpipède rectangle de plus petites dimensions
que le premier.
Dans la figure 10 est représenté une troisième variante du
premier mode de réalisation du dispositif prësenté en figures
1 à 3.
Dans la figure 10 sont représentés les mêmes élëments que
dans la figure 3, à l'exception du volume diffusant 8 qui
prend ici la forme d'un parallélépipède rectangle ëvidé sur
une de ses faces de rainures 82 formant deux réseaux de
droites perpendiculaires entre eux.
Dans la figure 11 est représentê un second mode de
connexion ëlectrique du dispositif objet de la prêsente
invention à un circuit électronique numérique.
Dans la figure 11 sont représentés les mêmes éléments que
dans la figure 1 à l'exception des circuits conducteurs 6 et
7. Le circuit 6 comporte plusieurs ensembles de spires 61,
62, 63 et 64, chacun de ces ensembles de spires étant relié à
un des ensembles de spires 71, 72, 73, 74 composant le
circuit 7 et à une des sorties binaires d'un circuit
numérique 31. Les ensembles 61 et 71 comportent le même
nombre de spires égal à un et sont reliées à la sortie
WO 94/08435 ' ~ ~ ~ pGT/FR93/00958
1 logique de poids le plus faible . Les ensembles 62 et 72
comportent le même nombre de spires égal à deux et sont
reliés à la sortie logique de poids double du poids le plus
_ faible. Les ensembles 63 et 73 comportent le même nombre de
S spires égal à quatre et sont reliés à la sortie logique de
poids moitié du poids le plus fort. Les ensembles 64 et 74
comportent le même~nombre de spires égal â huit et sont
reliés â la sortie logique de poids le plus fort. De cette
manière, les poids logiques qui sont successivement multiples
10 de deux en deux correspondent à des forces dont les valeurs
sont respectivement multiples de deux en deux. Le dispositif
selon l'invention dans son mode de réalisation présenté en
figure 11 peut ainsi être connecté directement à la sortie
numérique d'un lecteur de disques numériques , d'un lecteur
15 de cassettes numériques, d'une radio numérique , d'un
synthétiseur de son numérique et plus généralement de tous
systèmes émettant des signaux représentatifs de sons
fonctionnant avec des signaux numériques. II est important de
noter que pour obtenir des forces multiples entre elles à
deux à deux, le dispositif peut aussi comporter différents
amplificateurs ou des gêométries positionnant les spires dans
des champs magnétiques d'intensités différentes.
Pour l'amélioration des résultats des différents modes de
réalisation de l'invention présentés en figures 1 â 11, il
convient de faire les remarques suivantes. .
Le volume diffusant 8 peut être fractionné en plusieurs
matières de densité de module d'Young différents pour
WO 94/08435 PC'~/Fgt93/00958
_ ~ " 16
1 résoudre la distorsion d'intermodulation et la distorsion de
timbre.
Les rapports des surfaces et des volumes du volume
diffusant 8 ainsi que les nombres d'aimants et leurs _
dispositions peuvent varier en fonction des qualités
recherchées. A titre d'exemple prëférentiel, le rapport de
l'ëpaisseur du volume diffusant sur sa dimension la plus
grande est supérieur à 10 ô.
Un radiateur enveloppant les circuits conducteurs 6, 7,
12, 13, 20, 21 et 22 permet de dissiper la chaleur gênérée
sur les dits circuits conducteurs. Ce radiateur peut être
constituê, par exemple, d'une feuille mëtallique fine
recouvrant les circuits conducteurs ainsi que les faces
latérales du volume diffusant 8, de telle manière que la
chaleur soit évacuée dans l'air séparant le volume diffusant
8, d'une part et dans les aimants permanents, d'autre part.
Les principaux avantages de la présente invention
sont .
- une très grande facilité de réalisation industrielle ou
artisanale;
- une variation aisêe des surfaces et volumes des dispositifs
rêalisés, par simple variation des longueurs d'aimants
permanents et des dimensions du volume diffusant 8.
- une seule voie étant suffisante pour obtenir une réponse
spectrale très. large et une faible directivité.
- le dispositif peut aussi bien être adapté à des enceintes
de petites dimensions, à des enceintes de grandes dimensions
' ou encore à des écouteurs communément appelés casques.
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_ ~.
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1 La présente invention prësente en outre l'avantage de
permettre la réalisation aisée de panneaux sonores diffusants
de grandes dimensions.
De nombreux autres modes de rêalisation de l'invention
S restent conforme à l'esprit de l'invention tel qu'il ressort
des revendications annexées, quelle que soit la forme du
volume diffusant 8, sphêrique, ellipsoïdale, cubique, par
exemple et la disposition des aimants et des circuits
conducteurs sur la périphérie de ce volume diffusant 8.
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