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CA 02787162 2016-10-21
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Transducteur électrodynamique à dôme et suspension interne
L'invention a trait au domaine de la reproduction sonore au moyen
de haut-parleurs, également dénommés
transducteurs
électrodynamiques ou électroacoustiques, qui assurent une fonction de
conversion d'une énergie électrique généralement fournie par un
amplificateur de puissance, en énergie acoustique.
L'énergie acoustique est rayonnée par une membrane, dont les
déplacements entraînent des variations de pression de l'air
environnant, qui se propagent dans l'espace sous forme d'une onde
acoustique.
Dans le transducteur électrodynamique du type Rice-Kellog, le plus
courant, la membrane est mue par une bobine mobile comprenant un
solénoïde parcouru par un courant électrique (issu de l'amplificateur) et
plongé dans un entrefer où règne un champ magnétique produit par un
aimant permanent. L'interaction entre le courant électrique et le champ
magnétique produit une force connue sous le nom de Force de
LAPLACE , qui produit un déplacement de la bobine mobile, laquelle
entraîne avec elle la membrane, dont les vibrations sont la source du
rayonnement acoustique.
De nombreuses formes ont été imaginées pour la réalisation des
membranes ; les plus courantes sont le cône (dont la génératrice peut
être droite ou curviligne) et le dôme, ou une combinaison des deux.
Dans le cas du cône, la bobine mobile est généralement fixée sur
le pourtour d'une ouverture pratiquée au centre de la membrane.
L'encombrement et la masse de l'équipage mobile sont relativement
importants, ce qui rend ce type d'architecture particulièrement adaptée
à la réalisation des transducteurs conçus pour la reproduction du grave
et du medium, nécessitant des vibrations de membrane de fréquence
relativement basse, mais de grande amplitude.
Dans le cas du dôme, la bobine mobile est généralement fixée sur
un bord périphérique de la membrane. L'encombrement et la masse de
l'équipage mobile peuvent être minimisés, ce qui rend ce type
d'architecture particulièrement adaptée à la réalisation des
transducteurs conçus pour la reproduction de l'aigu, nécessitant des
vibrations de membrane de fréquence élevée et de faible amplitude.
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Quelle que soit sa forme, la membrane est généralement fixée à un
châssis du transducteur, par l'intermédiaire d'une suspension
périphérique qui, outre sa fonction primaire de maintien de la
membrane, remplit généralement trois fonctions :
- centrage et guidage axial de l'équipage mobile (comprenant la
membrane et la bobine mobile), par rapport à l'entrefer,
- rappel de la membrane vers une position de repos,
- production d'un rayonnement acoustique secondaire, qui s'ajoute à
celui de la membrane.
Le centrage de la membrane et son guidage axial représentent une
fonction importante de la suspension. En effet, il est indispensable
d'exclure, ou tout du moins de minimiser, les mouvements transversaux
(balancement, tangage) de la membrane, générateurs de distorsions
dans le signal sonore émis par celle-ci.
La fonction de rappel de la suspension, qui agit sur la membrane à
la manière d'un ressort, doit être calibrée pour que la fréquence de
résonance soit située dans le début de la gamme fréquentielle à
reproduire. On comprend aisément que, pour la reproduction des
fréquences aiguës, l'excursion de la membrane doit être faible, et la
suspension relativement raide.
Dans les transducteurs à membrane conique, en raison des grands
débattements de celle-ci, la suspension périphérique n'est
généralement pas suffisante pour assurer le guidage de la membrane
par rapport à l'entrefer. On a donc couramment recours à des
dispositifs de centrage complémentaire, notamment de type spider (cf.
par exemple la demande de brevet français FR 2 667 212 au nom de la
demanderesse).
Dans le cas des membranes à dôme, dont les déplacements sont
plus faibles, la suspension périphérique est en générale suffisante pour
assurer de manière efficace les trois fonctions évoquées ci-dessus.
Cette topologie est connue de longue date, cf. par exemple le brevet
américain US 2 242 791 (Edward C. Wente / Bell Laboratories) datant
de juin 1948. Un exemple plus récent est exposé dans la demande de
brevet américain US 2008/0166010 (Stiles et al).
Toutefois, la suspension périphérique a, dans le cas d'une
membrane en forme de dôme, plusieurs inconvénients.
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Un premier inconvénient est la création d'interférences par la
suspension périphérique (en partie rayonnante, puisqu'entraînée en
mouvement par le déplacement de la bobine mobile) avec le
rayonnement de la partie principale en forme de dôme de la membrane.
Ce phénomène est particulièrement critique aux fréquences élevées, où
l'on observe pour certaines bandes de fréquences des oppositions de
phase, destructives pour le niveau de sensibilité. Concrètement, la
courbe de réponse du transducteur montre des creux et des bosses.
Un deuxième inconvénient est qu'une partie de la suspension
périphérique n'est pas rayonnante, puisqu'elle est assujettie au châssis
du transducteur par son pourtour extérieur. Plus précisément, la
surface rayonnante de la suspension périphérique ne représente que
50% de sa surface apparente, ce qui réduit la surface émissive totale
du diaphragme d'environ un sixième (soit 17% environ), par rapport à
sa surface physique.
Un troisième inconvénient est l'encombrement radial important du
transducteur, résultant du grand diamètre de la membrane, cependant
qu'une partie seulement de celle-ci est rayonnante. L'encombrement
radial du transducteur est d'autant plus grand que :
- la partie non rayonnante de la suspension périphérique, nécessaire
à la fixation du dôme, s'étend radialement à l'extérieur de celui-ci
et occupe par conséquent un espace périphérique non exploitable
du point de vue de la genèse sonore ;
- la fixation de la suspension nécessite une pièce périphérique
(exosquelette), qui accroît encore l'encombrement radial ;
- l'alimentation électrique de la bobine mobile est réalisée au moyen
de fils qui s'étendent à l'extérieur de la membrane et nécessitent
que l'exosquelette ménage un espace périphérique suffisant pour
monter les cosses de raccordement des fils.
Un quatrième inconvénient est que l'architecture de la membrane
est peu propice à l'évacuation des calories, produites par effet Joule au
sein de la bobine mobile. De fait, pour permettre le montage des cosses
de raccordement des fils électriques d'alimentation de la bobine mobile,
l'exosquelette est généralement réalisé dans un matériau isolant
électriquement et thermiquement.
Des solutions ont été proposées pour tenter de remédier aux
défauts de performance des transducteurs d'aigu induits par la
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suspension périphérique. Le brevet américain US 5 471 437, par
exemple, décrit un transducteur à dôme dans lequel une partie
annulaire de la membrane vibrante est reçue à l'intérieur du dôme et
fait aussi office de suspension interne du dôme.
Cette solution semble de prime abord intéressante mais, si elle
permet effectivement d'accroître, à encombrement égal, la surface
rayonnante du transducteur, elle est toutefois susceptible de générer
des interférences, au même titre que l'architecture à suspension
périphérique décrite ci-dessus. En outre, l'architecture décrite dans le
brevet US 5 471 437 est propice au basculement de la membrane (effet
de tangage), néfaste au bon fonctionnement du transducteur.
L'invention vise à apporter une contribution à la résolution des
problèmes évoqués ci-dessus, en apportant des perfectionnements aux
transducteurs à dôme.
A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un
transducteur électrodynamique comprenant :
- un circuit magnétique, définissant un entrefer,
- un équipage mobile, comprenant un diaphragme en forme de dôme
et une bobine mobile solidaire du diaphragme et plongée dans
l'entrefer ;
- un support, auquel est suspendu l'équipage mobile ;
- une suspension, assurant la liaison entre l'équipage mobile et le
support.
Le support s'étend au moins en partie dans un volume interne au
diaphragme, et la suspension est réalisée dans un matériau non émissif
acoustiquement et fixée, par une périphérie externe, à une face interne
du de l'équipage mobile, le support comprend une platine, sur laquelle
est fixée la suspension, et une tige solidaire de la platine et par
laquelle le support est fixé sur le circuit magnétique.
L'utilisation d'un matériau non émissif acoustiquement pour la
réalisation de la suspension permet de supprimer les interférences
acoustiques entre la suspension et le diaphragme en forme de dôme.
Le fait que la suspension du diaphragme s'étende à l'intérieur de
celui-ci et non à l'extérieur permet à la surface émissive d'atteindre
100% du diamètre hors tout du diaphragme.
La suspension est, de préférence, écartée d'un bord extérieur
périphérique du diaphragme, en étant décalée vers l'intérieur de celui-
ci.
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Selon un mode de réalisation, le support comprend une platine, sur
laquelle est fixée la suspension, et une tige solidaire de la platine et
par laquelle le support est fixé sur le circuit magnétique.
Selon un premier mode de réalisation, la suspension comprend une
5 portion interne plane fixée à la platine, et une portion périphérique
entourant la portion interne et qui s'étend librement par rapport à la
platine et est fixée à l'équipage mobile par un bord périphérique
externe.
Selon un deuxième mode de réalisation, le support comprend une
gorge périphérique, et la suspension, fixée par collage au support, se
présente sous forme d'un anneau dont un bord interne est reçu dans la
gorge.
Le transducteur peut en outre inclure un circuit électrique
d'alimentation de la bobine mobile, qui comprend deux conducteurs
électriques traversant le circuit magnétique et débouchant dans le
volume interne au diaphragme.
La platine comprend par exemple une jante et un disque central
percé de trous de ventilation, une extrémité dénudée de chaque
conducteur électrique étant raccordée à un oeillet serti dans l'un des
trous.
Le circuit électrique peut, en outre, comprendre deux conducteurs
souples qui s'étendent dans le volume interne du diaphragme et
raccordent chaque oeillet à une extrémité de la bobine mobile.
Selon un mode de réalisation, le transducteur comprend par
ailleurs un guide d'onde, monté au voisinage du diaphragme, et
présentant une face située en regard et au voisinage de celui-ci et
délimitant une chambre de compression.
La suspension est de préférence réalisée dans une mousse de
polymère réticulé, telle que mousse de mélamine.
L'invention propose, selon un deuxième aspect, un système de
haut-parleur coaxial à au moins deux voies, comprenant un
transducteur de grave conçu pour la reproduction du grave et/ou du
medium, et un transducteur électrodynamique tel que décrit ci-dessus,
conçu pour la reproduction de l'aigu, et monté de manière coaxiale et
frontale par rapport au transducteur de grave.
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L'invention propose, selon un troisième aspect, une enceinte
acoustique comprenant un transducteur ou un système de haut-parleur
coaxial tel que décrits ci-dessus.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la
lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins
annexés dans lesquels :
¨ la figure 1 est une vue en coupe montrant un transducteur
d'aigu à dôme, selon un premier mode de réalisation préféré
de l'invention ;
¨ la figure 2 est une vue en section d'un détail de la figure 1 ;
¨ la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, selon un
deuxième mode de réalisation ;
¨ la figure 4 est une vue de dessus du transducteur d'aigu ;
¨ la figure 5 est une vue en coupe montrant un système de haut-
parleur coaxial comprenant un transducteur principal de grave,
et le transducteur d'aigu de la figure 1, monté de manière
coaxiale et frontale ;
¨ la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, montrant un
système de haut-parleur coaxial comprenant un transducteur
principal de grave et un transducteur d'aigu selon une variante
de réalisation dans laquelle le transducteur d'aigu comprend
un pavillon ;
¨ la figure 7 est une vue en perspective montrant une enceinte
incluant un système de haut-parleur coaxial tel que représenté
sur la figure 5.
On a représenté sur les figures 1 à 6, et plus en détail sur les
figures 1 à 4, un transducteur électrodynamique 1 adapté à la
reproduction des fréquences aiguës, c'est-à-dire des environs de 1 kHz
à environ 20 kHz.
Le transducteur 1 comprend un circuit magnétique 2, qui inclut un
aimant permanent 3 annulaire central, pris en sandwich entre deux
pièces polaires formant des plaques de champ, à savoir une pièce
polaire arrière 4 et une pièce polaire avant 5, fixées sur deux faces
opposées de l'aimant 3 par collage.
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L'aimant 3 et les pièces polaires 4,5 sont symétriques de
révolution autour d'un axe A2 commun, formant l'axe général du
transducteur 1.
L'aimant 3 est de préférence réalisé dans un alliage de terre rare
néodyme-fer-bore, qui présente l'avantage d'offrir une densité
énergétique élevée (jusqu'à 12 fois plus importante que celle d'un
aimant permanent de ferrite de baryum).
Comme cela est bien visible sur la figure 1, la pièce polaire arrière
4, dénommée culasse, est en l'occurrence monobloc et réalisée en
acier doux. Elle présente une forme de coupe à section diamétrale en
U, et comprend un fond 6 fixé à une face arrière 7 de l'aimant 3, et une
paroi latérale 8 périphérique s'étendant axialement à partir du fond 6.
La paroi latérale 8 se termine, à une extrémité avant opposée au fond
6, par une face avant 9 annulaire. Le fond 6 présente une face arrière
10.
La pièce polaire avant 5, dénommée noyau, est également réalisée
en acier doux. Elle est de forme annulaire et présente une face arrière
12, par laquelle elle est fixée à une face avant 13 de l'aimant 3, et une
face avant 14 opposée qui s'étend dans le même plan que la face avant
9 de la paroi latérale 8 de la culasse 4.
Comme cela est visible sur la figure 1, le circuit magnétique 2 est
extra-plat, c'est-à-dire que son épaisseur est faible comparée à son
diamètre hors tout. Par ailleurs, le circuit magnétique 2 s'étend
jusqu'au diamètre extérieur du transducteur 1. En d'autres termes, la
taille du circuit magnétique 2 est maximalisée par rapport au diamètre
hors tout du transducteur 1, ce qui augmente sa tenue en puissance
ainsi que la valeur du champ magnétique, et donc la sensibilité du
transducteur 1.
Le noyau 5 présente un diamètre hors tout inférieur au diamètre
interne de la paroi latérale 8 de la culasse 4, de sorte qu'entre le noyau
5 et la paroi latérale 8 de la culasse 4 est défini un entrefer 15 dans
lequel est concentrée la majeure partie du champ magnétique généré
par l'aimant 3.
Au niveau de l'entrefer 15, les arêtes du noyau 5 et de la culasse 4
peuvent être chanfreinées, ou de préférence et comme cela est illustré
sur la figure 1, arrondies, de manière à éviter les bavures néfastes.
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Le transducteur 1 comprend en outre un équipage mobile 16
incluant un diaphragme 17 en forme de dôme et une bobine mobile 18
solidaire du diaphragme 17.
Le diaphragme 17 est réalisé dans un matériau rigide et léger, en
polymère thermoplastique, ou encore dans un alliage léger à base
d'aluminium, en magnésium ou en titane. Il est positionné de sorte à
recouvrir le circuit magnétique 2 du côté du noyau 5, et de manière que
son axe de symétrie de révolution soit confondu avec l'axe A2.
Dans ces conditions, le sommet du diaphragme 17, situé sur l'axe
A2, peut être considéré comme le centre acoustique C2 de celui-ci,
c'est-à-dire la source ponctuelle équivalente à partir de laquelle est
émis le rayonnement acoustique du transducteur 1.
Le diaphragme 17 présente un bord périphérique 19 circulaire,
légèrement relevé pour faciliter la fixation de la bobine mobile 18.
La bobine mobile 18 comprend un solénoïde en fil métallique,
conducteur (par exemple en cuivre ou en aluminium), enroulé en
spirale, pour former un cylindre dont une extrémité supérieure est fixée
par collage au bord périphérique 19 relevé du diaphragme 17. La
bobine mobile 18 est ici dépourvue de support, mais elle pourrait en
comporter un.
La bobine mobile 18 est plongée dans l'entrefer 15, que l'on peut
avoir avantage à garnir d'une huile minérale chargée de particules
magnétiques, par exemple du type commercialisé par la société
FERROTEC sous la dénomination commerciale Ferrofluid (marque
déposée). Une telle garniture a les avantages suivants :
- elle favorise le centrage de la bobine mobile 18 dans l'entrefer 15,
- elle a une fonction de lubrification dynamique, au bénéfice du
silence de fonctionnement du transducteur 1,
- grâce à sa conductivité thermique très supérieure à celle de l'air,
elle favorise l'évacuation vers le circuit magnétique 2, et en
particulier vers la culasse 4, de la chaleur produite par effet Joule
dans la bobine mobile 18.
Le transducteur 1 comprend en outre un support 20 fixé au circuit
magnétique 2, et auquel est suspendu l'équipage mobile 16. Ce support
20, réalisé dans un matériau diamagnétique et électriquement isolant,
par exemple un matériau thermoplastique tel que polyamide ou
polyoxyméthylène (chargé de verre ou non), présente une forme
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générale symétrique de révolution autour d'un axe confondu avec l'axe
A2, à section en forme de T.
Le support 20, monobloc, forme un endosquelette pour le
transducteur 1 et comprend une platine 21 annulaire appliquée contre la
face avant 14 du noyau 5, et une tige 22 cylindrique qui s'étend en
saillie vers l'arrière, à partir du centre de la platine 21, et qui vient se
loger dans un emplacement 23 cylindrique complémentaire pratiqué
dans le circuit magnétique 2 et formé par une succession de perçages
coaxiaux pratiqués dans la culasse 4, l'aimant 3 et le noyau 5, qui
assurent le centrage du support 20 par rapport au circuit magnétique 2.
Comme illustré sur la figure 1, l'endosquelette 20 est rigidement
fixé au circuit magnétique 2 au moyen d'un écrou 24, vissé sur une
portion filetée de la tige 22 et serré contre la culasse 4, à l'intérieur
d'un lamage 25 pratiqué sur la face arrière 10, en son centre. De la
sorte, la platine 21 est fermement plaquée contre la face avant 14 du
noyau 5, sans possibilité de rotation. Cette fixation peut éventuellement
être complétée par l'application d'un film de colle, entre la platine 21 et
le noyau 5.
Compte tenu de sa localisation frontale par rapport au circuit
magnétique 2, la platine 21 s'étend dans le volume interne lenticulaire
délimité par le diaphragme 17.
L'équipage mobile 16 est monté sur l'endosquelette 20 au moyen
d'une suspension 26 intérieure qui assure la liaison entre le
diaphragme 17 et la platine 21. Cette suspension 26 se présente sous
forme d'une pièce de révolution, réalisée dans un matériau léger,
élastique, et non émissif acoustiquement (on peut à cet effet choisir un
matériau poreux). Ce matériau est de préférence résistant à la chaleur
régnant dans le transducteur 1, et son élasticité est choisie pour que la
fréquence de résonance de l'équipage mobile 16 soit inférieure à la
fréquence la plus basse reproduite par le transducteur 1 (en l'espèce
500 Hz à 2 kHz).
Selon un premier mode de réalisation, illustré sur les figures 1 et
2, la suspension 26 est de type "spider" et réalisée dans un tissu de
fibres naturelles (par exemple coton) ou synthétiques (par exemple
polyester, polyacrylique, nylon, et plus particulièrement les aramides,
dont le Kevlar, marque déposée) ou dans un mélange de fibres
naturelles et synthétiques (par exemple coton-polyester), ces fibres
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étant imprégnées d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique,
qui confère tenue, raideur et élasticité à la suspension 26.
La suspension comprend une portion interne 27 annulaire, plane,
fixée par collage sur une face supérieure 28 de la platine 21, et une
5 portion
périphérique 29 qui s'étend autour de la portion interne 27. La
portion périphérique 29 s'étend radialement librement au-delà de la
platine 21 et comprend des ondulations 30 qui peuvent être obtenues
par thermoformage.
Par un bord externe 31, la suspension 26 est fixée, par collage,
10 sur la surface intérieure du diaphragme 17, à proximité du bord
périphérique 19 de celui-ci. En variante, dans l'hypothèse où la bobine
mobile 18 comprendrait un support cylindrique solidaire du diaphragme
17 et sur lequel serait monté le solénoïde, la suspension 26 pourrait
être fixée, par son bord externe, sur la surface intérieure de ce support.
Il est à noter que l'équipage mobile 16 doit être parfaitement
centré par rapport au circuit magnétique 2, et plus précisément par
rapport à l'entrefer 15 dans lequel la bobine mobile 18 est logée. A cet
effet, on utilise un montage de centrage (ou fausse culasse) dans
lequel on positionne l'endosquelette 20. Le montage de centrage
comprend un alésage (d'un diamètre égal à celui du logement 23), dans
lequel est introduite la tige 22 de l'endosquelette 20. Le collage de la
suspension 26 sur la platine 21 est réalisé ensuite. Avant que la colle
n'ait pris, on assure le centrage du diamètre intérieur de la bobine
mobile 18 par rapport à l'alésage du montage de centrage, ce qui
assure le centrage de l'équipage mobile 16 par rapport à
l'endosquelette 20. Après séchage de la colle, l'ensemble comprenant
l'équipage mobile 16 et l'endosquelette 20 peut alors être monté, en
étant parfaitement centré dans le circuit magnétique 2.
La suspension 26 assure une fonction de rappel de l'équipage
mobile 16 vers une position médiane de repos, adoptée en l'absence de
contrainte axiale s'exerçant sur la bobine mobile 18 (c'est-à-dire, en
pratique, en l'absence de courant parcourant celle-ci). C'est dans cette
position médiane que l'on a représenté le transducteur 1 sur les figures.
La suspension 26 assure également une fonction de maintien de
l'assiette du diaphragme 17, c'est-à-dire de maintien du bord
périphérique 19 du diaphragme 17 dans un plan perpendiculaire à l'axe
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A2, afin d'éviter tout basculement ou tangage du diaphragme 17 qui
grèverait son fonctionnement.
Le courant électrique est amené à la bobine mobile 18 par deux
circuits électriques 32, qui relient les extrémités de la bobine mobile 18
à deux bornes électriques (non représentées) d'alimentation du
transducteur 1.
Comme cela est illustré sur la figure 1, chaque circuit électrique 32
comprend :
- un conducteur 33 de forte section, comprenant un fil de cuivre
isolé par une gaine plastique, traversant le circuit magnétique 2 en
étant logé dans une rainure pratiquée longitudinalement dans la
tige 22 de l'endosquelette 20, et dont une extrémité avant dénudée
34 débouche dans le volume interne au diaphragme 17, en faisant
saillie du circuit magnétique 2 dans un trou 35 pratiqué dans la
platine 21 ;
- un élément de jonction électrique, sous forme par exemple d'un
oeillet 36 métallique (en cuivre ou en laiton) serti dans le trou 35 et
auquel l'extrémité dénudée 34 du conducteur 33 est raccordée
électriquement (par exemple par l'intermédiaire d'un point de
soudure, non représenté) ;
- un conducteur 37 de faible section, sous forme d'une tresse
métallique très souple et convenablement conformée, qui s'étend
dans le volume interne du diaphragme 17 en enjambant la platine
21 et la suspension 26, et dont une extrémité interne 38 est
raccordée électriquement à l'ceillet 36 (par exemple par
l'intermédiaire d'une soudure, non représentée), et dont une
extrémité externe opposée est raccordée électriquement à une
extrémité de la bobine mobile 18.
Un seul conducteur 37 de faible section est visible sur la figure 1,
le deuxième conducteur de faible section, diamétralement opposé au
premier, étant situé en avant du plan de coupe de la figure.
La forme arquée (en U), ajoutée à la grande souplesse de ces
conducteurs 37, leur permet de se déformer sans difficulté et de suivre
les mouvements de débattement du diaphragme 17 accompagnant les
vibrations de la bobine mobile 18, sans appliquer de contrainte
mécanique radiale ou axiale pouvant compromettre le positionnement
de l'équipage mobile 16 par rapport à l'entrefer 15.
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Le transducteur 1 comprend enfin un guide 39 d'onde acoustique,
solidaire du circuit magnétique 2.
Le guide d'onde 39 se présente sous forme d'une pièce monobloc,
réalisée dans un matériau ayant une conductivité thermique élevée,
supérieure à 50 VV.rn-1.K-1, par exemple en aluminium (ou dans un
alliage d'aluminium).
Le guide d'onde 39, de forme de révolution, est fixé directement
sur la culasse 4 et comprend une paroi latérale 40 externe,
sensiblement cylindrique, qui s'étend dans le prolongement de la paroi
latérale 8 de la culasse 4. La fixation est de préférence effectuée par
vissage, au moyen d'un nombre de vis égal ou supérieur à 3. Afin de
maximiser le contact thermique entre les deux pièces, il est avantageux
de compléter ce vissage par une enduction de pâte thermoconductrice.
Comme cela est visible notamment sur les figures 1 et 2, le guide
d'onde 39 présente, sur un bord périphérique arrière, une jupe 41 qui
vient s'ajuster sur un décrochement 42 pratiqué dans la culasse 4, de
profil complémentaire. Il en résulte un centrage précis du guide d'onde
39 par rapport à la culasse 4 et, plus généralement, par rapport au
circuit magnétique 2 et au diaphragme 17. De plus, la conductivité
thermique entre les deux pièces 4,39 s'en trouve améliorée.
Le guide d'onde 39 présente une face arrière 43 ayant une forme
en calotte sensiblement sphérique, qui s'étend de manière concentrique
au diaphragme 17, en regard et au voisinage d'une face externe de
celui-ci qu'elle couvre partiellement.
Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1, la face arrière
43 est ajourée et comprend une portion périphérique 44 continue, qui
s'étend au voisinage du bord arrière du guide d'onde 39, et une portion
centrale 45 discontinue, portée par une série d'ailettes 46 faisant saillie
radialement depuis la paroi latérale 40 vers l'intérieur (c'est-à-dire vers
l'axe A2 du transducteur 1). La face arrière 43 est délimitée
intérieurement ¨ c'est-à-dire du côté du diaphragme 17 ¨ par une arête
47 de forme pétaloïde (bien visible sur la figure 4).
Comme cela est visible sur la figure 1, les ailettes 46 ne se
rejoignent pas sur l'axe A2 mais s'interrompent à une extrémité interne
située à distance de l'axe A2. A leur sommet, les ailettes 46 présentent
chacune une arête 48 curviligne.
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La paroi latérale 40 du guide d'onde 39 est délimitée
intérieurement par une face avant 49 tronconique discontinue, répartie
sur une pluralité de secteurs angulaires 50 qui s'étendent entre les
ailettes 46. Cette face avant 49 forme une amorce de pavillon
s'étendant de l'intérieur vers l'extérieur et depuis un bord arrière, formé
par l'arête pétaloïde 47 constituant une gorge de l'amorce de pavillon
49, jusqu'à un bord avant 51 qui constitue une bouche de l'amorce de
pavillon 49. Les secteurs angulaires 50 de l'amorce de pavillon 49 sont
des portions d'un cône de révolution, dont l'axe de symétrie est
confondu avec l'axe A2, et dont la génératrice est curviligne (par
exemple suivant une loi circulaire, exponentielle ou hyperbolique).
L'amorce de pavillon 49 assure une adaptation continue d'impédance
acoustique entre le milieu aérien délimité par la gorge 47 et le milieu
aérien délimité par la bouche 51.
Selon un mode de réalisation, la tangente à l'amorce de pavillon
49 sur la bouche 51 forme avec un plan perpendiculaire à l'axe A2 du
transducteur 1 un angle compris entre 30 et 70 . Dans l'exemple
illustré sur les dessins, cet angle est de 50 environ.
Les ailettes 46, qui ont notamment pour fonction d'augmenter la
surface d'échange du guide d'onde 39 pour favoriser la dissipation par
radiation et convection de la chaleur produite au niveau de la bobine
mobile 18, présentent chacune latéralement deux joues 52 qui se
raccordent extérieurement aux secteurs angulaires 50 de l'amorce de
pavillon 49 par l'intermédiaire de congés 53. Les joues 52 contribuent
au guidage de l'onde générée par le diaphragme 17.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 6, le guide
d'onde 39 forme non une amorce de pavillon mais un pavillon complet
(par exemple symétrique de révolution autour de l'axe A2), dont la
gorge 47 est de contour circulaire et dont la bouche 51 présente un
diamètre très supérieur à celui de la gorge 47.
Le guide d'onde 39 délimite sur le diaphragme 17 deux zones
distinctes et complémentaires, à savoir :
- une zone interne 54 découverte, de forme pétaloïde, délimitée
extérieurement par la gorge 47,
- une zone externe 55 couverte, de forme complémentaire de la
zone couverte 54, délimitée intérieurement par la gorge 47.
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La face arrière 43 du guide d'onde 39 et la zone externe 55
couverte correspondante du diaphragme 17 définissent entre elles un
volume d'air 56 appelé chambre de compression, dans laquelle le
rayonnement acoustique du diaphragme 17 vibrant entraîné par la
bobine mobile 18 se déplaçant dans l'entrefer 15 n'est pas libre, mais
comprimé. La zone interne 54 découverte communique directement
avec la gorge 47 en regard, qui concentre le rayonnement acoustique
de la totalité du diaphragme 17.
Le taux de compression du transducteur 1 est défini par le quotient
de la surface émissive, correspondant à la surface plane délimitée par
le diamètre hors tout de la membrane 17 (mesurée sur le bord 19), par
la surface délimitée par la projection, dans un plan perpendiculaire à
l'axe A2, de la gorge 47. Ce taux de compression est de préférence
supérieur à 1,2:1, et par exemple supérieur ou égal à 1,4:1. Des taux
de compression supérieurs, par exemple jusqu'à 4:1, sont
envisageables.
On a représenté sur la figure 3 un deuxième mode de réalisation
du transducteur 1, qui se distingue du premier qui vient d'être décrit par
la conception de la suspension 26 et la forme de l'endosquelette 20.
En effet, la suspension 26 présente en section une forme
sensiblement polygonale et comprend un bord interne 67 droit, c'est-à-
dire cylindrique de révolution autour de l'axe A2, et un bord externe 68
périphérique sensiblement tronconique.
La platine 21 présente quant à elle sensiblement le profil d'une
poulie et comprend une gorge 69 annulaire périphérique qui débouche
radialement vers l'extérieur, en regard de la surface interne du
diaphragme 17, à proximité du bord 19 de celui-ci.
La gorge 69 sépare la platine 21 en deux flasques 70,71 en vis-à-
vis, formant les parois latérales de la gorge 69, à savoir un flasque
arrière 70 en appui contre la face avant 14 du noyau 5, et un flasque
avant 71. Les flasques 70,71 sont reliés par une âme 72 cylindrique
formant le fond de la gorge 69.
Du côté de son bord interne 67, la suspension 26 est logée dans la
gorge 69 (avec une éventuelle légère précontrainte), en étant fixée par
collage aux flasques 70,71, lors de l'assemblage de l'équipage mobile
16 de la manière décrite ci-dessus dans le cadre du premier mode de
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réalisation. A cet effet, un jeu 73 radial est ménagé entre le bord
interne 67 de la suspension 26 et le fond de la gorge 69.
Par son bord externe 68 tronconique, la suspension 26 est fixée à
la surface interne du diaphragme 17, à proximité du bord extérieur 19
5 de celui-ci.
La suspension 26 peut être réalisée dans l'un des matériaux non
émissifs déjà décrits, ou dans une mousse de polymère réticulée (par
exemple de polyester ou de mélamine) qui a l'avantage d'être non
émissive et de présenter une porosité élevée, tout en ayant une bonne
10 résistance à la chaleur.
Le transducteur d'aigu 1 qui vient d'être décrit peut être utilisé de
manière individuelle, ou, comme cela est illustré sur les figures 5 et 6,
couplé à un transducteur de grave 57 pour former un système 58 de
haut-parleur coaxial à plusieurs voies, conçu pour couvrir un spectre
15 acoustique étendu, dans l'idéal la totalité de la bande audible.
En pratique, le transducteur de grave 57 peut être conçu pour
reproduire le grave et/ou le medium, et éventuellement une partie de
l'aigu. A cet effet son diamètre sera de préférence compris entre 10 et
38 cm. Bien que l'objet principal de la présente invention ne soit pas de
définir des préconisations concernant le spectre couvert par les
différents transducteurs du système 58, précisons toutefois que le
spectre couvert par le transducteur de grave 57 peut couvrir le grave,
c'est-à-dire la bande de 20 Hz à 200 Hz, ou bien le medium, c'est-à-dire
la bande de 200 Hz à 2 kHz, ou bien encore une partie au moins du
grave et du medium (et par exemple la totalité du grave et du medium),
et éventuellement une partie de l'aigu. A titre d'exemple, le
transducteur de grave peut être conçu pour couvrir une bande de 20 Hz
à 1 kHz ou de 20 Hz à 2 kHz, ou encore de 20 Hz à 5 kHz.
Le transducteur d'aigu 1 est préférentiellement conçu pour que sa
bande passante soit au moins complémentaire dans l'aigu de celle du
transducteur de grave 57. Ainsi, on pourra veiller à ce que la bande
passante du transducteur d'aigu 1 couvre au moins en partie le medium
et la totalité de l'aigu, jusqu'à 20 kHz.
Il est préférable que les parties linéaires des réponses des
transducteurs 1,57 se chevauchent en partie et que le niveau de
sensibilité du transducteur d'aigu 1 soit au moins égal à celui du
transducteur de grave 57, afin d'éviter une chute de la réponse globale
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du système 58 à certaines fréquences correspondant à la partie haute
du spectre du transducteur de grave 57 et à la partie basse du spectre
du transducteur d'aigu 1.
Le transducteur de grave 57 est d'architecture classique et nous
ne le décrirons pas en détail. Précisons toutefois qu'il comprend un
circuit magnétique 59 présentant une symétrie de révolution autour d'un
axe Al formant l'axe général du transducteur de grave 57.
Le transducteur de grave 57 comprend également un équipage
mobile 60 incluant une membrane 61 conique de révolution autour de
l'axe Al (à génératrice curviligne, par exemple selon une loi circulaire,
exponentielle ou hyperbolique) et une bobine mobile 62 comprenant un
solénoïde 63 enroulé sur un support 64 cylindrique solidaire de la
membrane 61.
En son centre, la membrane 61 définit une ouverture 65 sur le bord
interne de laquelle le support 64 est fixé par une extrémité avant, par
collage. Le centre géométrique de l'ouverture 65 est considéré, en
première approximation, comme étant le centre acoustique Cl du
transducteur de grave 57, c'est-à-dire la source ponctuelle virtuelle à
partir de laquelle est émis le rayonnement acoustique du transducteur
57 principal.
Comme cela est illustré sur les figures 5 et 6, le transducteur
d'aigu 1 est logé dans le transducteur de grave 57 en étant reçu dans
un espace central frontal (c'est-à-dire du côté avant du circuit
magnétique 59) délimité vers l'arrière par le circuit magnétique 59, et
latéralement par la paroi interne du support 64.
Comme cela est représenté sur les figures 5 et 6, le transducteur
d'aigu 1 peut être monté dans le transducteur de grave 57 à la fois :
- de manière coaxiale, c'est-à-dire que l'axe Al du transducteur de
grave 57 et l'axe A2 du transducteur d'aigu 1 sont confondus,
- de manière frontale, c'est-à-dire que le transducteur 1 est placé à
l'avant du circuit magnétique 59 (autrement dit du côté du circuit
magnétique 59 où s'étend la membrane 61).
Ce montage, qualifié de frontal par opposition au montage à
l'arrière dans lequel le transducteur est monté sur la face arrière de la
culasse (cf. par exemple le brevet Tannoy US 4,164,621), est rendu
possible grâce à l'architecture particulière du transducteur 1 d'aigus.
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Outre le positionnement coaxial frontal du transducteur 1 par
rapport au transducteur de grave 57, leurs géométries respectives, en
particulier (mais non seulement) les épaisseurs des circuits
magnétiques 2,59 et la courbure (et par conséquent la profondeur) de la
membrane 61, sont de préférence adaptées pour permettre une
coïncidence au moins approximative des centres acoustiques Cl et C2
des transducteurs 1,57, telle que le décalage temporel entre les
rayonnement acoustique des transducteurs 1,57 soit imperceptible (on
parle alors d'alignement temporel des transducteurs 1,57). Le système
58 peut alors être considéré comme parfaitement cohérent, malgré la
dualité des sources sonores.
En outre, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le
positionnement axial du transducteur d'aigu 1 par rapport au
transducteur de grave 57, et la géométrie du guide d'onde 39, sont tels
que la membrane 61 s'étend dans le prolongement de l'amorce de
pavillon 49. En d'autres termes, la tangente à l'amorce de pavillon 49
sur la bouche 51 est confondue avec la tangente à la membrane 61 sur
son ouverture centrale 65. Dans cette configuration, le guide d'onde 39
et la membrane 61 du transducteur de grave 57 forment conjointement
un pavillon complet pour le transducteur 1, et permettant aux deux
transducteurs 1,57 de présenter des caractéristiques de directivité
homogènes.
Dans la variante de réalisation de la figure 6, le guide d'onde 39
formant un pavillon complet est indépendant de la membrane 61 du
transducteur de grave 57. Dans cette configuration, les caractéristiques
de directivité des deux transducteurs 1,57 sont distinctes et peuvent
être optimisées séparément, ce qui est avantageux dans certaines
applications telles que les haut-parleurs de retour de scène.
Le système 58 peut être monté sur tout type d'enceinte acoustique,
par exemple une enceinte 66 de retour de scène, à face frontale
inclinée, comme cela est illustré à titre d'exemple sur la figure 7.
L'architecture du transducteur 1 décrit ci-dessus, associée aux
propriétés acoustiques de la suspension 26, procure les avantages
suivants.
Premièrement, la localisation de la suspension 26 à l'intérieur du
diaphragme 17 en forme de dôme et la réalisation de la suspension 26
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dans un matériau non émissif acoustiquement supprime les
interférences acoustiques entre la suspension 26 et le diaphragme 17.
Deuxièmement, le fait que la suspension 26 s'étende à l'intérieur
du diaphragme 17 et non à l'extérieur de celui-ci permet d'augmenter la
surface émissive à 100% du diamètre hors tout du diaphragme 17.
Cette augmentation de la surface émissive du diaphragme 17
permet un gain substantiel en sensibilité du transducteur 1, puisque
celle-ci est proportionnelle au carré de la surface émissive. En
pratique, l'architecture du transducteur 1 permet, à diamètre hors tout
du transducteur égal, une augmentation de la surface émissive pouvant
s'élever à 17%. Il en résulte pour cette valeur un gain en sensibilité de
1,4 dB environ.
Troisièmement, grâce à l'absence de suspension externe au
diaphragme, le diamètre de la bobine mobile 18 peut être augmenté, en
étant rendu égal au diamètre du diaphragme 17. Il en résulte une
augmentation de la puissance admissible de la bobine mobile 18,
proportionnelle à l'augmentation de son diamètre. Plus précisément,
une augmentation du diamètre de la bobine mobile de 20% induit un
gain équivalent de la tenue en puissance.
Quatrièmement, la fixation de l'équipage mobile 16 étant réalisée à
l'intérieur du diaphragme 17, via la suspension 26 et l'endosquelette
20, le transducteur 1 est délivré de l'encombrement radial d'un support
externe au diaphragme 17. Compte tenu du caractère émissif à 100%
du diaphragme 17, on accroît ainsi significativement le ratio Surface
émissive / Encombrement radial hors tout (égal au quotient des carrés
des rayons du diaphragme et du transducteur), qui peut s'élever à 70%
environ.
Ce ratio permet de réaliser une amorce de pavillon 49 courte
axialement, ce qui autorise le montage du transducteur 1 de manière
axiale et frontale dans un transducteur de grave 57, avec raccordement
tangentiel de l'amorce de pavillon 49 au profil de la membrane 61 du
transducteur de grave 57.
En outre, l'absence d'exosquelette évite le confinement thermique
du circuit magnétique 2. Cet aspect, combiné au contact thermique
direct entre la culasse 4 et le guide d'onde 39, réalisé dans un matériau
bon conducteur de la chaleur, permet d'améliorer significativement la
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capacité de dissipation thermique du transducteur 1, et donc sa tenue
en puissance.
Comme nous l'avons déjà indiqué, le transducteur 1 est délivré de
l'encombrement radial d'un support externe au diaphragme 17 puisque
ce support est réalisé au moyen d'un endosquelette 20. Cet aspect,
combiné à l'augmentation du diamètre de la bobine mobile 18, égal à
celui du diaphragme 17, permet d'augmenter le diamètre du circuit
magnétique 2, qui peut égaler le diamètre hors tout du transducteur 1,
comme cela apparaît sur la figure 1.
Il en résulte un gain en produit BL (produit du champ magnétique
dans l'entrefer 15 par la longueur de fil du solénoïde 18, auquel est
proportionnelle la force de Laplace générant les déplacements de
l'équipage mobile 16), d'où un gain en sensibilité du transducteur
(proportionnel au carré de l'augmentation du produit BL), En pratique,
on peut obtenir avec l'architecture du transducteur 1 une augmentation
du produit BL supérieure à 40% environ, et donc un gain en sensibilité
pouvant s'élever à 3 dB environ.
