Haut-parleur pneumatique à débit continu de fluide

Description

[0001] La présente invention est relative aux haut-parleurs pneumatiques du type à débit continu de fluide sous pression s'écoulant à travers un circuit pneumatique qui s'étend depuis une entrée de fluide jusqu'à une sortie de fluide en passant par un col intermédiaire annulaire au droit duquel des fluctuations modulées de débit autour d'une valeur moyenne sont provoquées par des déplacements axiaux d'un organe annulaire modulateur de débit commandé par un transducteur électromagnétique piloté par un signal phonique.

[0002] Un appareil de ce type est décrit dans le brevet américain 1 904 156. Dans ce brevet, l'organe modulateur de débit est constitué par un noyau torique à profilage aérodynamique suspendu par des fils métalliques entrecroisés tendus à travers la veine de fluide moteur dans laquelle baigne ce tore profilé et qui traverse de part en part le transducter électromagnétique de commande.

[0003] Les performances d'un tel haut-parleur sont limitées en fidélité et volume sonore. En effet, la perfection de profilage aérodynamique n'existant pas, des perturbations parasites sont inéluctablement engendrées par la surface propre du tore modulateur qui baigne dans l'écoulement ainsi que par ses fils de suspension qui le traversent; ces perturbations viennent se surajouter à la modulation traduisant le signal phonique à transmettre et portent préjudice à la qualité du rapport signal/bruit. Par ailleurs, le parallélisme ou coaxialité de l'écoulement à moduler et du mouvement de son organe modulateur contraint de restreindre la veine de fluide moteur à une très mince lame si l'on veut que les déplacements axiaux du modulateur même minimes se répercutent par des modifications sensibles d'étranglement de la veine: l'appareil du brevet américain ne peut donc s'accommoder que de très faibles débits de fluide.

[0004] La présente invention permet de surmonter ces inconvénients et d'offrir un haut-parleur du même type mais à performances fortement améliorées tant en fidélité qu'en volume sonore.

[0005] Conformément à la présente invention, le circuit pneumatique d'une part et le transducteur électromagnétique d'autre part sont séparés l'un de l'autre sur toute leur étendue par une paroi transversale formant cloison orthogonale à l'axe de déplacement dans le col annulaire de l'organe annulaire, lequel est un obstacle en saillie sur ladite paroi transversale et mobile longitudinalement en travers dudit col annulaire, tandis que le fluide sous pression en provenance de l'entrée de fluide du circuit pneumatique arrive dans ce col annulaire tangentiellement par rapport à la paroi transversale, c'est-à-dire orthogonalement par rapport audit obstacle mobile longitudinalement. La commande d'un écoulement de fluide sous pression par un obstacle mobile est bien connue dans le domaine des sirènes et générateurs de bruit à haut niveau sonore, et l'on peut se référer à cet égard au brevet français 1 531 690 ainsi qu'à un entrefilet intitulé "Fluidic Noisemaker" paru dans "Machine Design" volume 43, n° 11 du 29 Avril 1971, page 31.

[0006] Il convient de noter toutefois qu'il s'agit là d'un domaine technique différent où n'interviennent évidemment pas les concepts de fidélité et de rapport signal/bruit propres aux haut-parleurs pour lesquels il faut que:

-d'une part, la plage de fonctionnement en fréquence couvre le spectre de la parole, c'est-à-dire l'intervalle 300-3000 Hz;

-d'autre part, le rapport signal/bruit, qui traduit la clarté ou l'intelligibilité du signal transmis, ne soit pas inférieur à 10 dB pour toute la plage de fonctionnement ci-dessus.

[0007] Dans le brevet français et l'entrefilet de "Machine Design" sus-mentionnés, l'obstacle mobile a deux positions: une position en saillie provoquant la déviation d'un jet d'entrée et une position effacée ne provoquant aucune déviation. Cet obstacle a donc pour effet de hâcher le jet continu d'entrée en deux écoulements pulsa- toires de sortie, par aiguillage alternatif dudit jet d'entrée vers l'un ou l'autre de deux conduits de sortie, ce qui donne en définitive un train d'ondes brutes - c'est-à-dire non modulées - et par conséquent impropres à la transmission de messages complexes et en particulier vocaux.

[0008] Dans le haut-parleur faisant l'objet de la présente invention, le mode de modulation mis en oeuvre présente une faible inertie tout en assurant des amplitudes de modulation importantes, c'est-à-dire qu'il permet simultanément de conserver la fidélité du timbre de la voix tout en assurant un haut niveau de retransmission avec un fort rapport signal/bruit de fond.

[0009] La modulation de débit consiste ici en des fluctuations de débit autour d'un débit moyen qui est évacué par le même conduit qui transmet les ondes sonores à l'extérieur. Cette modulation est réalisée en un seul étage caractérisé en ce que le circuit pneumatique et le transducteur sont séparés par une paroi: d'un côté de ladite paroi, le circuit pneumatique comprenant un col prolongé par un diffuseur lui- même prolongé par un pavillon acoustique; de l'autre côté de la paroi, le transducteur dont l'élément mobile commande un obstacle annulaire qui fait saillie, à partir de cette paroi, dans le plan du col de la tuyère annulaire, l'obstacle mobile étant lié à ladite paroi par une liaison élastique continue. En outre, cette paroi peut comporter des orifices qui laissent passer un écoulement d'air frais induit par l'écoulement de fluide moteur à la surface de ladite paroi (créant ainsi un effet d'éjecteur) de telle sorte qu'un refroidissement efficace de la bobine est assuré naturellement, permettant l'utilisation de gaz chauds comme fluide moteur.

[0010] D'autre part, la fiabilité de ladite bobine résultant d'un isolement parfait du bobinage ainsi que des éléments conducteurs assurant son alimentation et du mode de liaison bobinage-circuit électrique qui réduit au minimum les contraintes dues aux vibrations de la bobine, lui permet de supporter des amplitudes importantes.

[0011] Une autre caractéristique importante de tels haut-parleurs est qu'ils nécessitent une faible puissance pneumatique motrice qui peut être aisément produite par une source d'air comprimé autonome et de faible encombrement de telle sorte qu'un tel haut-parleur puisse être rendu portatif.

[0012] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 est une vue en couple selon l'axe X-X d'un haut-parleur conforme à un mode de réalisation de la présente invention.

La figure 2 en est une vue partielle agrandie.

[0013] Sur la figure 1, on distingue de part et d'autre d'une paroi 1: d'un côté, l'ensemble du circuit pneumatique 2 et, de l'autre côté, le transducteur 3.

[0014] L'ensemble du circuit pneumatique 2 comprend une tuyère 4 prolongée par un pavillon 5, cette tuyère 4 délimitant avec un diffuseur 6 profilé un conduit annulaire 7 comportant un col 8 dans le plan duquel est disposé un obstacle 9 annulaire. A l'amont de ce col 8, un collecteur circulaire 10 est alimenté uniformément à partir d'une capacité 11 comportant des orifices 12 répartis régulièrement à sa base, ladite capacité 11 étant alimentée, par conduit d'admission 13. L'obstacle 9 mobile est relié à la paroi 1 par une liaison 22 élastique continue (en élastomère); cette paroi 1 comportant une couronne extérieure 23 et une couronne intérieure 24.

[0015] Le transducteur 3 comprend classiquement un aimant permanent 14 délimitant un entrefer annulaire 16 dans lequel se déplace longitudinalement la bobine électromagnétique 17, celle-ci comportant un bobinage 18 relié aux bornes 19 d'alimentation d'un signal électrique par des lamelles conductrices 21 (voir aussi figure 2).

[0016] Ledit signal électrique, résultant de la transformation d'un signal d'entrée vocal 55 par un micro 56 ou un enregistreur magnétique 57 et de son amplification dans l'amplificateur 58, est acheminé vers les bornes d'alimentation 19 par un câble 20.

[0017] L'ensemble du transducteur pourra être logé dans un boîtier 25 cylindrique qui comporte avantageusement un orifice 26 d'aspiration d'air induit 27.

[0018] Le fonctionnement de ce haut-parleur pneumatique est alors le suivant. Sous l'influence du signal parcourant le bobinage 18, l'obstacle mobile 9 se déplace dans le plan du col 8 et modifie ainsi la section de passage de l'écoulement de puissance autour d'un débit moyen déterminé par la position au repos, en l'absence de signal, de l'obstacle 9 dans le plan du col 8. L'amplitude du signal à transmettre étant ainsi modulée par ces fluctuations de débit, cet écoulement de fluide moteur à la surface de la paroi 1 donne naissance du côté de la paroi 1 où se trouve le transducteur 3 à un courant d'air induit important.

[0019] Sur la figure 2 sont représentés distinctement les éléments caractéristiques de l'invention. On peut distinguer en particulier le trajet de l'air induit 27 dans sa partie aval: celui- ci passe tout d'abord dans l'entrefer 16 de l'aimant annulaire dans lequel se meut la bobine 17 et de part et d'autre de celle-ci. Des orifices 29 pratiqués régulièrement sur le périmètre de celle-ci en égalisant les pressions de part et d'autre de la paroi de la bobine 17 permettent en même temps un écoulement à l'intérieur et à l'extérieur de ladite bobine 17. Cet écoulement d'air induit 27 sort du système électromagnétique de commande 3 par des orifices 30 pratiqués régulièrement sur le périmètre de la couronne intérieure 24 de la paroi 1 et rejoint l'écoulement d'air moteur à l'aval du col 8.

[0020] La position correcte de la bobine 17 dans l'entrefer 16 annulaire de l'aimant 14, est assurée avantageusement par l'intermédiaire de deux pions de centrage: l'un situé au centre 31 de la couronne intérieure 24, l'autre 32 étant situé sur la couronne extérieure 23. Les couronnes extérieure 23 et intérieure 24 sont appliquées respectivement sur une structure fixe 15 d'une part par l'intermédiaire d'un plateau 33 en forme de couronne et d'autre part par le diffuseur profilé 6.

[0021] Sur cette même figure on peut remarquer que l'obstacle 9 mobile comporte à sa partie inférieure en évidement dans lequel est logé le bobinage 18 dont l'alimentation est assurée par des lamelles conductrices 21 soudées à une de leurs extrémités à la dernière spire 34 du bobinage 18. Ces lamelles 21 situées avantageusement à l'intérieur de la bobine 17 sont noyées dans la structure de celle-ci et dans le joint annulaire 22 et reliées à l'autre extrémité à une borne 19 d'arrivée du signal d'alimentation, de sorte que d'une part les lamelles 21 ne peuvent avoir, en cours de fonctionnement, aucun contact avec les éléments métalliques du transducteurs 3 et que d'autre part les sollicitations exercées sur la soudure sont réduites au minimum.

[0022] Le haut-parleur pneumatique tel que décrit à travers les figures 1 et 2 est particulièrement performant: le rendement obtenu considéré dans son rapport (puissance acoustique/puis- sance pneumatique) peut atteindre 15% en régime subsonique avec un rapport signal/bruit de l'ordre de 25 dB.

[0023] Pour une pression génératrice effective de 1,5 bar et un débit de 60 g/s et pour une puissance électrique de l'ordre de 150 watts en bruit blanc, ce haut-parleur délivre une puissance de 300 watts acoustique (mesurée en champs libre) avec un rapport signal/bruit de l'ordre de 20 dB, le rendement dans ce cas étant de l'ordre de 8%. Le débit d'air induit est alors de 10 g/s environ. On constate d'autre part, toutes choses étant égales par ailleurs, que la puissance acoustique varie approximativement linéairement avec la puissance électrique d'une part et avec la puissance pneumatique d'autre part.

Revendications

1. Haut-parleur pneumatique à débit continu de fluide sous pression s'écoulant à travers un circuit pneumatique qui s'étend depuis une entrée de fluide jusqu'à une sortie de fluide en passant par un col intermédiaire annulaire au droit duquel des fluctuations modulées de débit autour d'une valeur moyenne sont provoquées par des déplacements axiaux d'un organe annulaire modulateur de débit commandé par un transducteur électromagnétique piloté par un signal phonique, caractérisé en ce que le circuit pneumatique (2) d'une part et le transducteur électromagnétique (3) d'autre part sont séparés l'un de l'autre sur toute leur étendue respective par un paroi transversale (1) formant cloison orthogonale à l'axe (X-X) de déplacement dans le col annulaire (8) de l'organe annulaire (9), lequel est un obstacle en saillie sur ladite paroi transversale (1) et mobile longitudinalement en travers dudit col annulaire (8), et en ce que le fluide sous pression en provenance de l'entrée de fluide (13) du circuit pneumatique (2) arrive dans ce col annulaire (8) tangentiellement par rapport à la paroi transversale (1), c'est-à-dire orthogonalement par rapport audit obstacle mobile longitudinalement (9).

2. Haut-parleur pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obstacle mobile longitudinalement (9) constitue un prolongement terminal libre d'une bobine électromagnétique (17) faisant partie intégrante du transducteur (3) et située par conséquent du côté de la paroi transversale (1) opposée au circuit pneumatique (2), et en ce que ladite bobine électromagnétique (17) est supportée par une membrane élastique annulaire continue (22) qui est incorporée à ladite paroi transversale (1) et que traverse de façon étanche ledit obstacle mobile (9).

3. Haut-parleur pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane élastique annulaire continue (22) est montée en interposition entre une couronne extérieure (23) et une couronne intérieure (24), l'ensemble de ces trois pièces (22, 23, 24) constituant la paroi transversale (1) qui sépare le circuit pneumatique (2) du transducteur électromagnétique (3).

4. Haut-parleur pneumatique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la membrane élastique continue (22) est réalisée par deux joints annulaires en élastomère disposés dans le même plan transversal mais de part et d'autre de l'équipage mobile longitudinalement constitué par la bobine (17) et l'obstacle (9).

5. Haut-parleur pneumatique selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'alimentation électrique de la bobine (17) est assurée par des lamelles conductrices souples (21) noyées d'une part dans la membrane élastique (22) et d'autre part dans la bobine (17).

6. Haut-parleur pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison entre la bobine (17) et les lamelles (21) est réalisée par des soudures pratiquées sur les spires de ladite bobine (17).

7. Haut-parleur pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi transversale (1) séparant le circuit pneumatique (2) du transducteur électromagnétique (3) est percée d'orifices (30) laissant passer un écoulement secondaire d'air frais (27) qui est induit par lé flux tangentiel de fluide sur ladite paroi transversale (1) et qui refroidit le transducteur électromagnétique (3).

Ansprüche

1. Pneumatischer Lautsprecher mit konstantem Fluß eines unter Druck stehenden Fluides, das in einem pneumatischen Kreis fließt, der sich von einem Fluideintritt bis zu einem Fluidaustritt erstreckt, wobei das Fluid einen ringförmigen Engpaß passiert, in dem modulierte Schwankungen des Stromes um einen Mittelwert durch axiale Verschiebungen eines ringförmigen Strommodulators erzeugt werden, der durch einen elektromagnetischen Wandler gesteuert wird, der seinerseits durch ein akustisches Signal beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Kreis (2) und der elektromagnetische Wandler (3) über ihre gesamte jeweilige Ausdehnung durch eine Querwand (1) voneinander getrennt sind, die sich rechtwinklig zur Verschiebungsachse (X-X) des ringförmigen Stommodulators (9) erstreckt, längs der sich dieser im ringförmigen Engpaß (8) verschiebt, wobei der Stommodulator (9) ein über die Querwand (1) vorragendes und durch den ringförmigen Engpaß (8) längsbewegliches Hindernis ist und das vom Fluideintritt (13) des pneumatischen Kreises (12) kommende unter Druck stehende Fluid tangential zur Querwand (1) in den ringförmigen Engpaß (8) gelangt, d. h. rechtwinklig zu dem längsbeweglichen Hindernis (9).

2. Pneumatischer Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längsbewegliche Hindernis (9) eine freie Endverlängerung einer elektromagnetischen Spule (17) bildet, die integrierender Bestandteil des elektromagnetischen Wandlers (3) ist, und die demgemäß auf der Seite der Querwand (1) liegt, die dem pneumatischen Kreis (2) gegenüberliegt, und daß die elektromagnetische Spule (17) von einer zusammenhängenden ringförmigen elastischen Membran (22) gehalten ist, die ihrerseits in die Querwand (1) eingelassen ist und die von dem beweglichen Hindernis (9) dicht durchdrungen wird.

3. Pneumatischer Lautsprecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende ringförmige elastische Membran (22) zwischen einen äußeren Ring (23) und einen inneren Ring (24) eingefügt ist, wobei die Gesamtheit dieser drei Teile (22, .23, 24), die den pneumatischen Kreis (2) von dem elektromagnetischen Wandler (3) trennende Querwand (1) bildet.

4. Pneumatischer Lautsprecher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende elastische Membran (22) aus zwie elastomeren ringförmigen Dichtungen besteht, die in der gleichen Querebene liegen, jedoch auf verschiedenen Seiten der längsbeweglichen Gesamtheit aus der Spule (17) und dem Hindernis (9).

5. Pneumatischer Lautsprecher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Speisung der Spule (17) mittels biegeweichen elektrisch leitenden Lamellen (21) erfolgt, die einerseits in die elastische Membran (22) und andererseits in die Spule (17) eingebettet sind.

6. Pneumatischer Lautsprecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Spule (17) und den Lamellen (21) aus Lötstellen an den Windungen der Spule (17) besteht.

7. Pneumatischer Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den pneumatischen Kreis (2) von dem elektromagnetischen Wandler (3) trennende Querwand (1) von Durchlässen (30) durchbrochen ist, die einen Sekundärstrom (27) aus Frischluft passieren lassen, der durch den zur Querwand (1) tangentialen Fluidstrom induziert wird under der den elektromagnetischen Wandler (3) kühlt.

Claims

1. Pneumatic loudspeaker with continuous pressure fluid flow through a pneumatic circuit extending from a fluid inlet to a fluid outlet via an intermediate annular throat at the level of which modulated flow fluctuations about a mean value are caused by axial displacements of an annular flow modulator member controlled by an electromagnetic transducer monitored by a phonic signal, characterised in that the pneumatic circuit (2) on the one hand and the electromagnetic transducer (3) on the other hand are separated from each other over their whole respective extension by means of a transverse partitioning wall (1) perpendicular to the displacement axis (X-X) in the annular throat (8) of the annular member (9) which is an obstacle protruding from said transverse wall (1) and longitudinally movable across said annular throat (8), and in that the pressure fluid providing from the fluid inlet (13) of the pneumatic circuit (2) arrives in this annular throat (8) tangentially with respect to the transverse wall (1), that is to say perpendicularly with respect to said longitudinally movable obstacle (9).

2. Pneumatic loudspeaker according to claim 1, characterised in that the longitudinally movable obstacle (9) constitutes a free end extension of an electromagnetic coil (17) forming an integral part of the transducer (3) and hence located on the side of the transverse wall (1) opposite to the pneumatic circuit (2), and in that said electromagnetic coil (17) is supported by a continuous resilient annular diaphragm (22) which is incorporated in said transverse wall (1) and which is sealingly crossed by said movable obstacle (9).

3. Pneumatic loudspeaker according to claim 2, characterised in that the continuous resilient annular diaphragm (22) is interposed between an outer annulus (23) and an inner annulus (24), the assembly of these three parts (22, 23, 24) constituting the transverse wall (1) which separates the pneumatic circuit (2) from the electromagnetic transducer (3).

4. Pneumatic loudspeaker according to claim 2 or 3, characterised in that the continuous resilient diaphragm (22) is made of two elastomeric annular seals disposed in the same transverse plane but on both sides of the longitudinally movable assembly formed by the coil (17) and the obstacle (9).

5. Pneumatic loudspeaker according to claim 2, 3, or 4, characterised in that the electric supply of coil (17) is ensured by flexible conductive blades (21) sunk on the one hand in the resilient diaphragm (22) and on the other hand in the coil (17).

6. Pneumatic loudspeaker according to claim 5, characterised in that the connection between the coil (17) and the blades (21) is effected by welds carried out on the turns of said coil (17).

7. Pneumatic loudspeaker according to any of the preceding claims, characterised in that the transverse wall (1) separating the pneumatic circuit (2) from the electromagnetic transducer (3) is pierced with ports (30) allowing a secondary flow of cool air (27) which is induced by the tangential flow of fluid over said transverse wall (1) and which cools the electromagnetic transducer (3).

Dessins