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EQUIPAGE MOBILE ET TRANSDUCTEUR ELECTRODYNAMIQUE POURVU D'UN TEL
EQUIPAGE MOBILE
La présente invention entre dans le domaine de
l'électromécanique.
L'invention trouvera une application toute particulière,
mais aucunement limitative, au sein des transducteurs
électrodynamiques.
Ces transducteurs électrodynamiques sont généralement
utilisés en tant que haut-parleurs, géophones et microphones.
La présente invention concerne un équipage mobile pour un
transducteur électrodynamique, comprenant au moins un mandrin
support d'enroulement d'au moins un fil bobiné.
De manière connue, un transducteur électrodynamique
comprend un équipage mobile généralement constitué d'une bobine
de fil de cuivre ou d'aluminium enroulée sur un mandrin, ce
dernier étant réalisé dans un matériau souple et léger, tel que
du papier aluminium ou des films de polymère à base d'imides,
comme le KAPTON . Par ailleurs, dans le cadre d'un haut-
parleur, un équipage mobile comprend un diaphragme, communément
dénommé membrane , relié à une extrémité de son mandrin. Ce
dernier sert de support au fil de ladite bobine, se présente
sous la forme d'un tube cylindrique. L'ensemble bobine-mandrin
est monté mobile dans le sens axial de ladite bobine au sein
d'un espace dit entrefer parcouru par un champ magnétique
permanent, de sorte que lorsqu'un courant parcourt le fil de la
bobine, cette dernière se déplace au sein de l'entrefer. En
d'autres termes, ce système permet de transformer un courant
électrique en énergie mécanique, ou inversement.
On notera que ledit champ magnétique permanent est généré
par un aimant.
Le déplacement de l'équipage mobile induit des vibrations
de ce diaphragme, générant des ondes acoustiques en fonction du
courant traversant ladite bobine.
Plus particulièrement, un équipage mobile oscille à
l'intérieur d'un fourreau de guidage. Ce dernier se présente
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sous forme cylindrique, entourant une partie dudit équipage
mobile et à l'intérieur duquel est généré ledit champ
magnétique. L'évolution de la technique tend à améliorer le
rendement et le comportement dynamique d'un tel équipage mobile.
De ce fait, le mandrin et la membrane sont conçus en des
matériaux les plus légers et les plus fins possibles et sont
conformés en ce sens. A savoir, le mandrin se présente sous la
forme d'un cylindre évidé en son centre sur lequel est enroulé
en périphérie le fil de ladite bobine.
La réduction du poids du mandrin et du diaphragme
entraine souvent la réduction de leur rigidité ; cette
diminution de la rigidité peut entrainer des modes propres
résonants dans la bande passante du haut-parleur. Des non-
linéarités naissent de ces modes propres qui affectent la
réponse en fréquence du transducteur électrodynamique. Ces non-
linéarités génèrent des distorsions harmoniques et inharmoniques
du son, particulièrement désagréables à l'écoute.
De plus, l'énergie des modes propres qui n'est pas
restituée en acoustique est emmagasinée pendant l'excitation de
l'équipage mobile, puis restituée dès que l'excitation est
arrêtée, menant à un phénomène de trainage, au détriment de la
qualité du son produit.
Pour améliorer le rendement, on a recourt à des matériaux
toujours plus légers, mais aussi plus rigides. Pour plus
d'efficacité contre les modes propres, certaines pièces sont
aussi épaissies en vue d'augmenter leur rigidité, et sont donc
plus lourdes, à l'inverse des solutions envisagées précédemment
pour améliorer le rendement.
Selon le guidage utilisé des déplacements de l'équipage
mobile, la conception du mandrin support de bobine donne souvent
lieu à une pièce longue et creuse qui, d'une part, engendre un
surpoids et, d'autre part, possède des modes propres vibratoires
dans la bande passante du transducteur électrodynamique.
De plus l'excitation élevée d'un tel mandrin peut
provoquer sa déformation, altérant grandement sa durée de vie et
ses capacités.
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Une solution connue est décrite au travers du document
JP 2001 359193 relatif à un équipage mobile pour transducteur
électrodynamique comprenant, d'une part, un diaphragme qui
constitue des moyens d'émission et, d'autre part, un élément en
deux parties constituant le support de bobine. Cette dernière
transmet sa vibration au diaphragme par l'intermédiaire dudit
élément, servant alors de tube de transmission de la vibration
de la bobine. Du fait de sa forme et de son positionnement, ce
tube n'émet aucune onde acoustique utile, puisqu'il fend
l'air dans son déplacement, mais par contre il génère des
vibrations parasites et, en tant que tube de liaison de la
bobine avec le diaphragme, il possède des modes vibratoires qui
lui sont propres. Seul le diaphragme fait se déplacer l'air au
sein d'un tel équipage. Ainsi, le mandrin sert uniquement de
support et n'est aucunement émetteur. Un tel équipage mobile
entre technique dans la recherche actuelle de maîtriser les
modes propres de vibration du support de bobine, sans pouvoir
les éliminer.
Un autre document US 6 587 570 décrit un système
similaire avec un tube supportant un diaphragme et ayant des
modes propres. de vibrations parasites.
Une autre solution est décrite au travers du document
US 5 647 014, relatif à un équipage mobile comprenant un tube
venant enfermer la bobine en périphérie au sein d'une gorge.
Ledit tube ne comporte aucun moyen d'émission et sert uniquement
de support au bobinage.
Par ailleurs, il est connu au travers de la publication
de Guy LSMARQIIAND, intitulée Mechanical Properties of
Ferrofluids in Loudspeakers (Propriétés Mécaniques des
ferrofluides au sein d'un haut-parleur), un équipage mobile pour
transducteur électrodynamique comprenant un mandrin se
présentant sous la forme d'un piston à la périphérie duquel est
ménagée une gorge recevant en enroulement ledit fil bobiné,
servant alors de support de bobine. De plus, ledit piston
coulisse par l'intermédiaire de ferrofluides au sein d'un
logement longitudinal, faisant office d'élément de guidage.
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C'est en se déplaçant que ledit piston émet des vibrations
sonores.
Toutefois, un tel piston reste lourd à déplacer pour une
course réduite au sein dudit logement, limitant les vibrations
émises qui, par ailleurs, sont perturbées par la longueur du
piston.
De tels dispositifs n'apportant donc pas entière
satisfaction et ne permettent pas de s'affranchir des vibrations
parasites.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de
l'état de la technique en proposant de réaliser un équipage
mobile aux dimensions réduites pour un transducteur
électrodynamique permettant de réduire ou supprimer l'effet des
modes propres dans la bande passante, tout en assurant un
guidage optimal dans la direction selon un axe de déplacement.
Pour ce faire, l'invention a pour objet un équipage mobile f
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pour transducteur électrodynamique.
Un tel équipage mobile comprend au moins un mandrin support
d'enroulement d'au moins un fil bobiné. Plus particulièrement
ledit mandrin comprend au moins un premier élément solidaire
intérieurement d'au moins un second élément de guidage de
l'équipage mobile au sein dudit transducteur, ledit premier
élément constituant, d'une part, un support d'enroulement dudit
fil bobiné de sorte que le bobinage se situe à l'intérieur dudit
mandrin et, d'autre part, des moyens d'émission de vibrations,
tel un diaphragme, lesdites vibrations étant générées par le
déplacement du bobinage induit par le passage du courant à
l'intérieur du fil bobiné.
Plus particulièrement, ledit premier élément est un disque
tandis que ledit second élément est formé d'au moins un tube de
section complémentaire à la section dudit disque, de manière à
entourer ledit premier élément et ledit fil bobiné autour du
premier élément.
Ainsi, un tel mandrin possède avantageusement une surface
émissive permettant d'émettre directement des vibrations.
L'élément central améliore aussi la rigidité globale du mandrin,
permettant d'utiliser des matériaux plus légers.
Appliqué au sein d'un haut-parleur, un tel équipage mobile
permet d'améliorer la linéarité d'un tel dispositif acoustique-
Il permet aussi de s'affranchir d'un diaphragme classique sous
forme d'une membrane extérieure.
De plus, l'enfermement du bobinage à l'intérieur du mandrin
permet de transmettre directement au mandrin l'effort résultant
du déplacement de la bobine. En particulier, l'élément support
servant aussi de surface émettrice oscille exactement comme la
bobine, d'où l'amélioration de la linéarité de la réponse.
En d'autres termes, le mandrin connu qui faisait office de
support de bobine n'est plus qu'un élément de guidage de
l'équipage mobile selon l'invention.
Par conséquent, l'équipage mobile selon l'invention possède
des modes propres repoussés en dehors des limites de la bande
passante dudit transducteur électrodynamique.
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4a
En outre, le contact de la bobine avec les deux éléments
constituant le mandrin selon l'invention améliore la dissipation
thermique de la bobine lors de son excitation, limitant son
échauffement et donc, contribuant à éviter les phénomènes de
compression du son émis par le transducteur électrodynamique.
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Dès lors la bobine transmet son effort directement au
premier élément support d'enroulement qui présente des
caractéristiques émettrices de vibration qui par ses
oscillations engendre les ondes sonores, notamment au travers de
5 sa surface d'émission. De plus, cet élément peut aussi servir de
support du bobinage, alors enveloppé à l'intérieur de l'élément
de guidage et donc d'un tel mandrin. La réponse de la surface
d'émission est alors identique à celle de la bobine, approchant
une linéarité acoustique parfaite.
L'invention concerne aussi un transducteur
électrodynamique comprenant un tel équipage mobile, notamment un
transducteur de type haut-parleur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes
de réalisation non limitatifs de l'invention. La compréhension
de cette description sera facilitée en se référant aux dessins
annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un
mode de réalisation d'un équipage mobile selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 selon
un autre mode de réalisation ; et
- la figure 3 est une vue de la figure 1 en coupe
transversale selon l'axe A-A'.
La présente invention concerne un équipage mobile 1 ainsi
qu'un transducteur électrodynamique équipé d'un tel équipage
mobile.
En référence à la figure 1, un tel équipage mobile 1
comprend au moins un mandrin 2 support d'enroulement d'au moins
un fil bobiné 3. En particulier, ledit mandrin 2 est constitué
d'un ou plusieurs éléments pouvant se présenter sous la forme
d'un tube, d'un tube partiellement creux, sur toute ou partie de
sa longueur ou de sa section, ou bien d'une barre, notamment
cylindrique. Il est destiné à recevoir un ou plusieurs fils 3
enroulés de manière à constituer une bobine.
Ledit mandrin 2 comprend au moins un premier élément 4
d'enroulement dudit fil bobiné 3 solidaire d'au moins un second
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élément 5 de guidage de l'équipage mobile 1 au sein dudit
transducteur. En d'autres termes, la bobine se retrouve située à
l'intérieur dudit mandrin 2, supportée par le premier élément 4
et entourée par le second élément 5.
Avantageusement, une caractéristique de l'invention
consiste en la solidarisation particulière de ladite bobine à
l'élément support 4 de sorte qu'elle transmette son effort
directement et sans intermédiaire audit élément support 4.
De plus, selon les modes de réalisation visibles sur les
figures 1 et 2, ledit fil bobiné 3 peut être enroulé au sein
d'au moins une gorge 6. Cette dernière est ménagée en périphérie
dudit premier élément 4, notamment au niveau de son chant
périphérique 7.
On notera que plusieurs gorges 6 peuvent s'étendre sur
tout ou partie du chant 7 dudit premier élément 4 de manière à
recevoir chacune un ou plusieurs fils bobinés 3.
Comme évoqué précédemment, on notera que le second
élément 5 constitue des moyens de guidage de l'équipage mobile 1
à l'intérieur du haut-parleur.
A ce titre, ledit second élément 5 peut être constitué
d'un matériau rigide et léger, tel de la fibre de carbone ou de
la fibre de verre.
De plus, selon un mode non limitatif de réalisation, le
guidage du second élément 5 peut être réalisé au moyen de
liquide ferromagnétique pour la formation de joints
ferrofluides 8.
De tels joints 8 sont visibles sur la figure 2 et sont
disposés de manière fixe au niveau de la paroi extérieure dudit
second élément 5. Chaque joint 8 peut alors se présenter sous
forme annulaire autour dudit second élément 5, entourant ce
dernier.
Selon le mode préférentiel et essentiel de réalisation,
ledit premier élément 4 constitue des moyens d'émission
d'oscillations générées par le mouvement de la bobine induit par
le passage du courant à l'intérieur du fil bobiné 3.
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En utilisant la surface dudit élément support 4 en tant
que surface émissive enveloppée de l'élément de guidage, la
poussée ne s'effectue plus par une pièce intermédiaire comme
auparavant, mais directement, minimisant les pertes et
frottements. On constate alors que l'invention permet de
repousser les modes propres en dehors des limites de la bande
passante du transducteur électrodynamique.
En outre, la surface émissive de l'élément support 4 est
constituée au moins en partie par une surface s'étendant
orthogonalement par rapport à l'axe du mandrin 2. En d'autres
termes, cette surface émissive se déplace selon un mouvement de
translation parallèle à l'axe du haut-parleur. En d'autres
termes, cette surface émissive est au moins en partie constituée
par la face supérieure dudit premier élément support 4. Par
conséquent, ce dernier devient émetteur de vibrations sonores, à
la manière d'un diaphragme.
On notera que ledit élément support-émetteur 4 peut être
prévu rigide, massif et léger, constitué d'un complexe
multicouche, tel de la mousse de carbone.
Selon un mode préférentiel de réalisation, ledit premier
élément 4 peut être constitué d'un matériau complexe tricouche,
composé notamment de deux couches de carbone au centre
desquelles s'étend une pellicule pourvue d'une structure en nid
d'abeille. Cette dernière couche peut être remplacée par tout
autre type de matériau poreux utilisé dans la conception de
matériau tricouche, par exemple de la mousse ROHACELL .
L'élément support d'enroulement et émetteur est donc
constitué d'un bloc plein, notamment en multicouche, de sorte
qu'il soit le plus rigide possible afin que ses fréquences
propres soient les plus élevées possibles, tout en restant le
plus léger possible pour améliorer le rendement.
Avantageusement, ledit second élément 5 est formé d'au
moins un tube. Le premier élément 4 peut quant à lui être plein,
constitué d'une barre ou d'une surface d'obturation de la
section du tube du second élément 5.
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Plus particulièrement, ledit premier élément 4 peut être
constitué d'une surface obturant l'intégralité de la section
intérieure dudit second élément 5. De plus, comme évoqué
précédemment, cette surface d'obturation peut constituer une
surface d'émission, génératrice d'ondes acoustiques.
Selon le mode de réalisation non limitatif, représenté
sur la figure 3, le premier élément 4 est solidaire
intérieurement du second élément 5. Les premier 4 et second 5
éléments présentent une section identique circulaire. Le second
élément 5 est alors conformé en cylindre de révolution tandis
que le premier élément 4 se présente sous la forme d'un disque.
Un tel disque est particulièrement visible sur les figures 1
et 2.
Comme évoqué précédemment, ledit disque et ledit tube
sont préférentiellement de forme cylindrique, à base circulaire.
Selon un autre mode de réalisation, la base du disque peut être
polygonale, notamment parallélépipédique rectangle, tandis que
la base du tube reste circulaire. Dès lors, ledit tube présente
un espace intérieur de section polygonale pour recevoir ledit
disque.
A ce titre, ledit tube présente une section
complémentaire à la section dudit disque, de manière à entourer
ledit premier élément 4 et ledit fil bobiné 3 autour du premier
élément 4.
Il convient de noter que l'insertion du disque du premier
élément 4 à l'intérieur du tube du second élément 5 permet
d'augmenter considérablement la rigidité de ce dernier, et par
conséquent de l'ensemble du mandrin 2 et de l'équipage mobile 1,
d'où les fréquences des modes propres qui augmentent.
En particulier, ledit disque et ledit tube sont en
contact avec le bobinage. La surface intérieure du tube épouse
donc la forme de l'élément support-émetteur 4. Les premier 4 et
second 5 éléments se retrouvent en contact avec la bobine
manière à conduire idéalement la chaleur dégagée par celle-ci
lors de son excitation, ce qui lui permet de garder une
température de fonctionnement raisonnable pour éviter les
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phénomènes de compression du son émis par le transducteur
électrodynamique.
On notera que les premier 4 et second 5 éléments peuvent
être rendus solidaires entre eux, au niveau du chant
périphérique 7 dudit premier élément 4, par l'intermédiaire de
moyens de fixation adaptés, notamment par collage. Dès lors, la
bobine est emprisonnée au niveau dudit chant 7, notamment au
sein de la gorge 6 du disque, améliorant la transmission de ses
mouvements à l'élément support 4 qui devient alors, au travers
de la transmission direct du mouvement d'excitation de la
bobine, émetteur de vibrations, à savoir une source de
rayonnement acoustique, mettant en mouvement l'air pour créer
les ondes acoustiques.
L'élément support 4 déjà rigide, est donc positionné dans
l'élément de guidage 5, ce dernier seul possédant certainement
des modes propres gênants. Toutefois, le fait qu'il soit collé à
l'élément support 4 augmente ses fréquences propres. L'ensemble
des deux éléments 4 et 5 formant le mandrin 2 constitue un
équipage mobile 1 dont les fréquences propres sont en dehors de
la bande passante du haut-parleur.
Avantageusement, ledit disque peut présenter au moins une
de ses bases plane, convexe ou concave. Selon les différents
modes de réalisation, la base supérieure 9 peut être prévue
plane, convexe ou concave, tandis que la base inférieure 10 est
indépendamment plane, convexe ou concave. Elle peut aussi être
uniforme ou présenter des différences de planimétrie. Selon le
mode de réalisation représenté sur la figure 2, la base
supérieure 9 est plane et la base inférieure 10 est concave.
Comme évoqué précédemment, ces différentes formes de la
surface des bases s'étendent sensiblement dans un ou plusieurs
plans orthogonaux à l'axe du mandrin 2.
De plus, afin de renforcer l'élément support-émetteur 4
et augmenter sa rigidité, au moins une de ses bases est traitée
par un matériau de recouvrement 11. Un tel matériau 11 peut être
constitué par un composite, notamment un vernis ou un film
plastique, voir de la fibre de carbone. En fonction du
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matériau utilisé, cette couche de recouvrement 11 en surface
extérieure d'au moins une des bases dudit premier élément 4 peut
conférer une imperméabilité à tout type de fluide, notamment
l'air. Le mode de réalisation de la figure 2 montre une face
5 supérieure 9 recouverte d'un tel matériau 11.
L'invention concerne aussi un transducteur
électrodynamique, notamment de type haut-parleur, comprenant au
moins un équipage mobile 1 comme précédemment décrit.
Un transducteur électrodynamique équipé de l'équipage
10 mobile selon l'invention présente les mêmes caractéristiques
qu'évoquées précédemment.
La présente invention s'inscrit dans un contexte dans
lequel les ondes acoustiques générées par l'équipage mobile 1
peuvent être guidées grâce au saladier du transducteur
électrodynamique.
La présente invention enferme le bobinage à l'intérieur du
mandrin 2 permettant de lui transmettre directement l'effort
résultant du déplacement de la bobine, en particulier au premier
élément support de bobine 4.
Avantageusement, au moins l'une des faces du premier
élément 4 constitue une surface émettrice de vibrations sonores,
tel un diaphragme, transformant le mandrin 2 en un équipage
mobile 1, possédant un diaphragme intérieurement. L'invention
permet donc de s'affranchir d'un diaphragme extérieur sous forme
d'une membrane. Un objectif principal de l'invention est que la
réponse de la surface émissive soit le plus en accord avec le
comportement de la bobine.
De plus, le contact de la bobine avec les deux éléments 4
et 5 constituant le mandrin 2 selon l'invention améliore la
dissipation thermique de la bobine lors de son excitation,
limitant son échauffement et donc, contribuant à éviter les
phénomènes de compression du son émis par le transducteur
électrodynamique.
Enfin, l'invention offre une meilleure rigidité de
l'équipage mobile 1, tout en conservant des matériaux le plus
légers possibles, d'où l'élévation des fréquences des modes
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propres.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples
illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des
variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de
l'invention, en particulier l'équipage mobile 1 selon
l'invention trouvera une application dans tout type de
dispositif, non limitativement incorporé à un transducteur
électrodynamique, notamment de type haut-parleur, géophone ou
microphone.
