[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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
adapté à la réalisation des transducteurs conçus pour la reproduction du grave et
du médium, nécessitant des vibrations de membrane de fréquence relativement basse
mais de grande amplitude.
[0006] 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 adapté à la réalisation des transducteurs
conçus pour la reproduction de l'aigu, nécessitant des vibrations de membrane de fréquence
élevée et de faible amplitude.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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).
[0011] 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 2 442 791 (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).
[0012] Toutefois, la suspension périphérique a, dans le cas d'une membrane en forme de dôme,
plusieurs inconvénients.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] Des solutions ont été proposées pour tenter de remédier aux défauts de performance
des transducteurs d'aigu, induits par la 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.
[0018] 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.
[0019] Le document
DE 102 11 086 A1, publié le 16 octobre 2003, montre un haut-parleur à dôme comprenant un système magnétique, une bobine mobile
interagissant avec le système magnétique et une membrane isolant partiellement une
partie de l'espace intérieur de l'air extérieur. Pour permettre une déflexion plus
importante de la membrane, il est prévu que l'ensemble bobine acoustique présente
au moins une ouverture débouchant vers l'air extérieur. En outre, l'équipage mobile
est suspendu par rapport au système magnétique par le biais d'une suspension interne.
Le haut-parleur est dépourvu de suspension externe.
[0020] Le document
US 6 208 743, publié le 27 mars 2001, montre un convertisseur acoustique électrodynamique comportant une bobine qui plonge
dans un entrefer traversé par un champ électromagnétique, l'entrefer étant rendu étanche
à l'aide d'un milieu visqueux ou solide, par exemple, un ferrofluide. Ainsi, les courts-circuits
sont évités. L'équipage mobile est suspendu au circuit magnétique du convertisseur
par le biais d'une suspension interne. Le convertisseur est dépourvu de suspension
externe.
[0021] L'invention vise à apporter une contribution à la résolution des problèmes évoqués
ci-dessus, en apportant des perfectionnements aux transducteurs à dôme.
[0022] A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un transducteur électrodynamique
selon la revendication 1.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] La suspension est, de préférence, écartée d'un bord extérieur périphérique du diaphragme,
en étant décalé vers l'intérieur de celui-ci.
[0026] La suspension comprend une 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] La suspension est de préférence réalisée dans une mousse de polymère réticulé, telle
que mousse de mélamine.
[0032] 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 médium, 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] 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.
[0038] 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).
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] Le diaphragme
17 présente un bord périphérique
19 circulaire légèrement relevé, pour faciliter la fixation de la bobine mobile
18.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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 générale symétrique de révolution autour d'un axe confondu
avec l'axe
A2, à section en forme de T.
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] 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,
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).
[0055] 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 étant imprégnées d'une résine
thermodurcissable ou thermoplastique, qui confère tenue, raideur et élasticité à la
suspension
26.
[0056] La suspension comprend une portion interne
27 annulaire, plane, fixée par collage sur une face supérieure
28 de la platine
21, et une 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.
[0057] Par un bord externe
31, la suspension
26 est fixée, par collage, 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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
A2, afin d'éviter tout basculement ou tangage du diaphragme
17 qui grèverait son fonctionnement.
[0061] 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.
[0062] 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'oeillet 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.
[0063] 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.
[0064] 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.
[0065] Le transducteur
1 comprend enfin un guide
39 d'onde acoustique, solidaire du circuit magnétique
2.
[0066] 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 W.m
-1.K
-1, par exemple en aluminium (ou dans un alliage d'aluminium).
[0067] 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.
[0068] 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.
[0069] 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.
[0070] 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).
[0071] 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.
[0072] 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.
[0073] 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.
[0074] 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.
[0075] 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.
[0076] 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.
[0077] 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.
[0078] 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.
[0079] 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.
[0080] 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.
[0081] 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.
[0082] 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.
[0083] 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 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.
[0084] Par son bord externe
68 tronconique, la suspension
26 est fixée à la surface interne du diaphragme
17, à proximité du bord extérieur
19 de celui-ci.
[0085] 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 résistance
à la chaleur.
[0086] 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 acoustique
étendu, dans l'idéal la totalité de la bande audible.
[0087] En pratique, le transducteur de grave
57 peut être conçu pour reproduire le grave et/ou le médium, 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 médium,
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 médium), 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.
[0088] 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 médium et la totalité de l'aigu, jusqu'à 20 kHz.
[0089] 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 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.
[0090] 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
A1 formant l'axe général du transducteur de grave
57.
[0091] Le transducteur de grave
57 comprend également un équipage mobile
60 incluant une membrane
61 conique de révolution autour de l'axe A1 (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.
[0092] 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
C1 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.
[0093] 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.
[0094] 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 A1 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).
[0095] 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 4,164,321), est rendu possible grâce à l'architecture particulière du transducteur
1 d'aigus.
[0096] 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
C1 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.
[0097] 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.
[0098] 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.
[0099] 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.
[0100] L'architecture du transducteur
1 décrit ci-dessus, associée aux propriétés acoustiques de la suspension
26, procure les avantages suivants.
[0101] Premièrement, la localisation de la suspension
26 à l'intérieur du diaphragme
17 en forme de dôme et la réalisation de la suspension
26 dans un matériau non émissif acoustiquement supprime les interférences acoustiques
entre la suspension
26 et le diaphragme
17.
[0102] 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.
[0103] 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.
[0104] 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.
[0105] 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.
[0106] 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.
[0107] 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 capacité de dissipation thermique du transducteur
1, et donc sa tenue en puissance.
[0108] 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.
[0109] 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.