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" 1-EAUT-PARLEUR '
La présente invention a pour objet d'offrir ' un reproducteur "haut-parleur", ou récepteur haut-parleur, efficace capable de régénérer ou de reproduire des ondes sonores directement dans l'air libre et ce, au-dessous de leur intensité de son originelle, acette intensité ou au-dessus d'elle, sans la déformation qui se produit dans un amplificateur à pavillon ou autre présentant le phénomène de résonance ;
ceson des sonores régénérées
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ou reproduites sont sensiblement directement propor- tionnelles, tant quantitativement que qualitativement, à la force d'actionnement, le son ainsi régénéré conservant sensiblement le même équilibre de tons aigus et graves que le son originel d'où la force d'ac- tionnement a été dérivée.
A cette fin, les auteurs de l'invention ont établi un superdiaphragme ou supertympan auquel ils ont donné le nom ae " titanafram" et qui, dans sa forme d'exécution préférée est exposé à de l'air non confiné et possède une telle capacité pour la trans- mission ae vibrations, ainsi qu'une aire ou surface telle, qu'il est capable de régénérer, très efficace- ment, directement dans l'air libre, tous sons et tons compris dans toute la gamme des fréquences audibles, des fréquences audibles les plus hautes- les tons les plus aigus- aux fréquences audibles les plus basses- les tons graves, ou de basse- et ce, avec un équilibre de tons aigus, de tons intermédiaires et de tons bas qui est sensiblement le même que celui du son originel d'où le force d'actionnement est dérivée et qui est, quantitativement et qualitativement, proportionnel ,
cette force quand bien même le son ainsi régénéré ou reproduit est beaucoup plus fort que le son originel dont il est une reproduction.
Jusqu'ici, on n'a pu obtenir, avec des hauts- parleurs, que ce que l'on peut appeler un équilibre approché de tons graves en comparaison aes tons inter- médiaires et aigus, c'est-à-dire que des tons graves suffisants étaient capables d'être reproduits de façon
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à être entendus par un auditeur, mais que l'équilibré . de tons aigus par,rapport aux tons graves, caractéri- sant le son originel, n'était pas conservé dans le son régénéré, puisque la gamme de fréquences du son régénéré sur laquelle ces hauts-parleurs étaierit ca- pables de fonctionner ne s'étendait pas suffisamment dans les échelons des notes graves.
De plus, les hauts- parleurs proposés jusqu'à présent ne sont pas effisaees en ce sens que, seule, une petite quantité de la force d'actionnement disponible est réellement transformée en son audible.
Afin que les échelons des notes intermédiaires - et graves puissent être reproduits et régénérés, en- semble avec les échelons des notes aiguës et tons en bon équilibre, par exemple l'équilibre d'un orchestre symphonique dans lequel la majeure partie des instru- ments jouent, il est nécessaire que les aires appro- priées/d'air libre soient mises en vibration aux fré- quences et amplitudes convenables de façon que l'effet produit sur l'auditeur soit le même que celui des ins- truments originels, que le volume du son soit fort ou faible.
Un "titanafram" établi conformément à l'inven- tion peut affecter diverses dispositions ayant des sections et contours variés ; pour plus de simpli- cité, on décrira ici un tianaframayant une périphérie circulaire et possédant une impédance vibratoire va- riable de sa zone polaire à sa zone périphérique .ou.' externe, ce qui est l'une des formes d'exécution pré-
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férées.
La zone polaire est celle qui se trouve au centre ou près du centre ou plus exactement c'est la zone dans laquelle la force d'actionnement est appliquée. Un tita- nafram peut également être considéré comme ayant des zones intermédiaires situées entre la zone polaire et la zone périphérique ou externe.
En proportionnant convenablement la masse, la rigidité et l'aire relatives de chaque zone du titana- fram, une impédance vibratoire variant progressivement caractérisera la structure dans son ensemble et ce, de façon à offrir une pluralité,d'aires annulaires, ensi- bles, de recouvrant, dont chacune est capable d'être mise en vibration avec le meilleur effet- par une bande définie de frao@@@@, mais qui coopèrent les unes avec les autres pour produire un son régénéré ayant un équi- libre de tons graves, intermédiaires et aigus qensible- ment identique à l'équilibre existant dans le son origi- nel d'où la force d'actionnement a été dérivée:
Cette variation progressive dans la masse, la rigidité ou l'aire peut être uniforme du centre de force, vers l'ex- térieur, jusqu'à la périphérie, ou bien elle peut être, dans des limites raisonnables, non uniforme et un défaut d'uniformité dans la masse peut être égalisé, au moins en partie, par un défaut d'uniformité coordonné dans la rigidité ou l'aire; c'est-à-dire que l'uniformité dans les trois caractéristiques:
masse, rigidité et aire n'est pas essentielle si l'on utilise une variation dans l'une pour compenser une variation dans l'autre,
Bien que les auteurs de l'invention n'aient pas encore .été à même d'établir une règle définie, ou une formule empirique permettant à quiconque,par l'usage
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de mathématiques simples d'établir le titanafram désiré ayant les caractéristiques de structure,, telles que disposition, contour, épaisseur, poids* rigidité convenables et la variationvoulue d'impédance vibra- toire pour produire les résultats désirés, leurs expé- riences indiquent qu'il est'relativement simple d'éta- blir un titanafram poss-édant les propriétés voulues par des méthodes suivant les concepts de l'invention.
Sur le dessin ci-joint:
Fig. 1 représente un titanafram ayant au moins une de ses surfaces régénératrices de son située dans un même plan;
Fig. la est une coupe transversale suivant la-la, fig. 1;
Fig. lb représente une analyse schématique du résultat qu'on obtient en faisant usage d'une impé- dance vibratoire variant progressivement en ce qui concerne particulièrement la disposition de titana- fram représentée à lafig. 1; Fig. 2 représente un titanafram ayant un contour en forme de cône; Fig. 2a est une coupe transversale suivant 2a-2a, fig. 2;
Fig. 3 représente un titanafram de grande aire qui constitue un compromis entre les dispositions de figs. 1 et 2 et qui consiste en la combinaison d'un tympan du type conique accouplé à une table d'harmonie vibrante;
Fig.4 est une vue de côté du titanafram repré- senté à la fig. 3 ;
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Fig. 5 en est une vue d'arrière;
Fig. 6 est une coupe transversale suivant 5-6, fig. 5;
Fig. 7 est un détail en coupe, à grande échelle, de la zone centrale et de la façon dont elle est accouplée à la table d'harmonie, pour la disposition générale de titanafram représentée à la fig. 3.
La disposition représentée aux figs. 1 et 1a peut consister en un titanafram 1, a'un mètre vingt centi- mètres de diamètre, par exemple, aans lequel la surface est une surface plane et où la surface opposée 3 est conca- ve de dehors en dedans vers la surface plane.
Dans cettedisposition, le titanaframpeut être construit en-quelque matière légère, telle que papier ou bois, ou bien des parties peuvent être faites en papier et des parties, en bois ; pin en trois épaisseurs, avec le fil du feuillet du milieu disposé transversalement au fil des feuillets externes, convient à cet usage. On peut également faire usage de bois plus léger, comme le bois de baume ou peuplier baumier, sous la forme de feuilles minces à fil croisé.
On peut, si on le désire, avoir re- cours à un renforcement obtenu d'une façon convenable par l'usage de nervures ou de couches de papier, bois ou ma- tière analogue. Toutefois,, on peut effectuer un renforce- ment quelconque en tenant compte de la nécessité de conser- ver la variation voulue de l'impédance vibratoire, c'est- à-dire qu'il doit y avoir une variation progressive d'im- édance de la zone polaire vers l'extérieur, jusqu'au bord de la table d'harmonie.
Lorsque-l'énergie vibratoire est imprimée au titanafram à la zone polaire, les fréquences les plus basses produiront une vibration maximum de titanafram dans
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une zone où les caractéristiques du titanafram font que cette zone est complètement sensibles ou répond complète- ment, à cette fréquence. Dans le présent cas, la zone la plus sensible aux basses*fréquences est voisine de la péri- phérie du titanafram. De.'même, les fréquences intermédiai- res produiront une vibration maximum du titana@ram en cel- les des zones où les caractéristiques du titanafram sont telles qu'elles font que ces zones sont complètement sen- sibles aux fréquences intermédiaires. Dans le présent cas, ces zones sont les zones intermédiaires du titanafram.
D'une façon similaire,, les hautes fréquences produiront une vi- bration maximum de la zone dont les caractéristiques font qu'elle est complètement sensible aux hautes fréquences.
Dans le présent cas, c'est la zone polaire. Des vibrations développées dans celles des zones qui ne sont pas complè- tement sensibles à une fréquence particulière peuvent être considérées comme des vibrations forcées parce que le tita- nafram,. en ces zones, ne répond pas librement et en'complè- te. harmonie avec l'énergie imprimée.
On voit par conséquent que le titanafram 1 régénérerales hautes fréquences par la vibration d'aires sensibles comprises dans la zone polaire, régénérera les fréquences intermédiaires par la vibration de l'aire sensi- ble comprise dans sa zone intermédiaire et régénérera les fréquences basses, ou le :basses,. par la vibration d'aires sensibles comprises dans sa zone périphérique.
Comme la zone polaire n'est pas, effectivement,. sensible aux fré- quences intermédiaires ou plus basses, mais comme elle est mécaniquement accouplée aux zones intermédiairer, et péri- phérique, elle fera passer les fréquences intermédiaires-''.-' et plus basses et celles-ci, à leur tour, feront vibrer
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des aires sensibles, dans ces zones, aux amplitudes conve- nables pour reproduire les fréquences intermédiaires et plus basses.
En ce qui concerne maintenant la fig. lb, le titanafram 1 est représenté comme étant capable de repro- duire, ou de régénérer,*directement dans de l'air libre, non confiné, des fréquences de son comprises dans la gemme audible de 100 vibrations à 5000 vibrations par seconde, bien que sa gamme puisse être étendue, et on a représenté schématiquement la distribution ou répartition approxima- tive des aires annulaires complètement sensibles qui sont mises en vibration lorsqu'il a été imprimé au titanafram
1 une force vibratoire d'actionnement de fréquences variant de 100 à 5000 vibrations par seconde.
Dans cette figure, les secteurs numerotée. 7 à 15, respectivement, représentent schématiquement ues coupes radiales prises à travers le diaphragme. La ligne centrale 16 de chacune de ces coupes rauiales a été pro- longée au-delà du diaphragme et avec chaque ligne centrale, on a représenté en 17, la nature et l'amplitude de la vibration qui se produit à l'intérieur de la zone repré- sentée par la partie hachurée du secteur correspondant.
Par exemple, en considérant les secteurs dans le sens in- verse du mouvement des aiguilles d'une montre, la ligne centrale, radialement prolongée 16 du secteur 2 ensemble avec la représentation 17 indiquent que la vibration maxi- mum du diaphragme pour une fréquence de 4000 périoaes se produit dans la partie hachurée du secteur 7. De même, pour une fréquence de 3000 périodes, la vibration maximum du diaphragme se produit dans l'aire ou partie hachurée du secteur 8, et ainsi de suite pour les diverses fréquences.
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Pour une fréquence de 5000 cycles,,la vibration maximum du diaphragme se produira très près du centre de celui-ci, tandis que pour une fréquence de 1,00 cycles la vibration maximum du diaphragme sera au bord extrême de celui-ci, comme cela est indique par l'aire hachurée pour le secteur 15..
Il va. sans dire que les largeurs relatives de ces zones complètement sensibles actuellement en cours de comparaison varient en harmonie avec bien des facteurs, tels que la rigidité de la matière, l'épaisseur relative des aires comparées et leurs diamètres, etc.*-Il est conce- vable que toutes les parties du titanafram répondront à une vibration d'une fréquence particulière quelconque, mais il est certain que des parties particulières de ce titanafram répondront à cette fréquence plus facilement que des aires éloignées et sont plus efficaces pour la transmission de l'énergie à l'air sous la forme de son régénéré.
La distribution des aires et une identification grossière des aires les plus sensibles à une fréquence quelconque donnée peuvent être vérifiées expérimentalement et, de cette façon,, on peut obtenir d'une façon générale, dans la pratique, un bon équilibre entre les hautes fré- quences, les fréquences intermédiaires et les basses fré- quences.
Le poids et l'élasticité de l'air environnant est un facteur à considérer dans la construction du tita- nafram parce qu'ily a ce que l'on pourrait appeler un accouplement mécanique entre l'air et une zone ou ,aire vibrante quelconque du titanafram. Cette aire pour tra- vailler contre l'air afin de produire le son régénéré désiré, doit recevoir de l'énergie et cette énergie doit'
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être de fréquence telle que l'aire particulière, considé- rées du titanafram soit celle qui convient le mieux pour transférer efficacement cette énergie à l'air.
Le phéno- mène de résonance de cette aire particulière ne persiste pas pendant un temps appréciable après la cessation de l'énergie appliquée, à cause/de l'effet d'amortissement des aires adjacentes qui ne sont pas complètement sensibles à cette fréquence particulière.
On sait qu'un grand volume n'air, aux fréquen- ces plus basses, doit nécessairement être mis en vibration afin de produire un son grave d'intensité égale à celui d'un son aigu produit par la vibration d'un volume d'air plus petit. Il en résulte qu'un titanafram de contour circulaire, ou conique, est bien conformé pour donner cet équilibre de tons graves, de tons intermédiaires et de tons aigus qui correspondra mieux au son originel en cours de conversion par le mécanisme d'actionnement. En d'autres termes, une régénération du son originel peut être effec- tuée sans déformation de l'équilibre de tons. Ceci est vrai dans une gamme étendue de limites de travail, que le volume du son régénéras soit grand ou petit.
Le fonctionnement du titanafram représenté à la fig. 2 est sensiblement le même que celui du titans- fram représenté à la fig. 1 et il présente cet autre avan- tage qu'à cause de son contour conique sa structure est améliorée par une plus grande rigidité et une plus grande légèreté partout, ce qui a une importance particulière en ce qui concerne la zone polaire où une légèreté extrême, alliée à la rigidité, donnera les meilleurs résultats dans la régénération de très hautes fréquences.
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Le titanefram 20 représenté -à la fig. 3, est un compromis entre les dispositions des figs. 1 et 2 et il présente la manière la plus simple, actuellement connue des auteurs:de l'invention, d'obtenir une construction de tita- nafram vendable. Avec cette construction, l'équilibre entre les tons aigus, intermédiaires et graves est entièrement satisfaisant, tant aux forts volumes qu'aux faibles.
Le titanafram 2Q comprend un tympan conique,
21, apte reproduire toutes les notes-plus hautes ou tous plus aigus et certaines des notes, ou tons, intermédiaires et accouplé à un rebord vibrant,' ou table d'harmonie, 22, au moyen d'un accouplement semi-flexible 23 explique plus en détail ci-après.
Le rebord vibrant 22 est susceptible d'être- mis en vibration, par l'intermédiaire de son accouplement flexible 23, au moyen d'énergie vibratoire à lui transmise par le tympan conique 21. Bien que le transfert d'énergie du tympan conique au rebord ne soit pas graduel, comme dans lès cas des figs. 1 et 2. dans.
lesquelles la transla- tion de l'énergie vibratoire d'une zone à une autre se produit dans une structure homogène 'de-même nature partout, mais avec une impédance vibratoire variable, il est accompli avec une bonne efficacité au moyen de l'accouplement semi- flexible,23 de sorte que, en fait, le tympan conique peut être considéré comme un oscillateur forcé persistant aux fré- quences plus basses et le rebord vibrant 22, comme un bon radiateur ou régémérateur libre aux fréquences plus basses, l'énergie de basse fréquence étant convenablement imprimée au rebord vibrant par l'intermédiaire de l'accouplement semi-flexible 23.
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On reconnaitra que l'impédance vibratoire à la circonférence interne du rebord vibrant 22 est néces&
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S81remen1'1fférente d l'.mpédance vibratoire au tympan conique à sa périphérie et que quelque moyen de transition doit nécessairement être prévu afin qu'il puisse y avoir une variation effective, douce et continue, d'impédance de vibration du tympan conique 21 au rebord vibrant 22.
Ceci est accompli', au moyen de l'accouplement semi-flexible, d'une façon telle qu'il permet un bon transfert d'énergie vibratoire sans, cependant, produire une réaction qui contrarierait le transfert de l'énergie vibratoire ou interromprait la variation continue effective de l'impé- dance vibratoire du titanafram.
Après des expériences minutieuses, les auteurs de l'invention ont trouvé qu'un tympan conique d'environ
43 centimètres de diamètre extérieur, construit en papier dit papier enveloppe castillan, fonctionne très bien avec un rebord vibrant en bois de pin léger; en trois épaisseurs, à feuillets à fil croisé, d'Environ un centimètre d'épais- seur. Le diamètre extérieur de ce rebord peut varier dans de larges limites.
On a obtenu d'excellents résultats avec un rebord ayant un diamètre extérieur d'environ 1 mètre 20 centimètres,
Fig. 4 est une vue de côté du titanafram 20; de sa section conique 21 et de son rebord vibrant 22. La force vibratoire d'actionnement est fournie à l'aire po- laire du tympan conique au moyen d'une tige 24 qui est maintenue dans une position fixe par rapport à ce tympan au moyen d'une vis de serrage 25 et qui est actionnée par un mécanisme électromagnétique renfermé dans la boîte 26.
Fig. 5 est une vue d'arrière du titanafram
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représenté à la fig. 4, montrant la manière de monter la
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boite du mécanisme d1actioniiement électromagnétique de façon que l'énergie vibratoire puisse être imprimée au tympan conique..La boîte 26 du mécanisme d'actionnement électromagnétique est assujettie à un support 27 qui est fixé au rebord vibrant au moyen de vis à bois 28; de la manière représentée à. la fig. 6.
Fig. 7 est une coupe transversale d'un frag- ment du dispositif, montrant clairement la nature de l'ac- couplement semi-flexible et la manière de fixer le pourtour, ou limbe, relevé du tympan conique au rebord vibrant.
Dans une fabrication industrielle, le tympan conique en papier est fait d'une feuille plane dans la- quelle on découpe,un secteur dont on forme ensuite un cône et que l'on. colle suivant un joint radial. Près du bord externe du cône ainsijformé, on marque un pli dans le papier que l'on plie ensuite pour former un "bord" ou limbe allant en s'évasant vers l'avan t. Ce bord prend naturellement une position telle qu'il fait avec le plan de la bqse du cône un angle égal à celui que font les éléments radiaux du cône avec ce même plan de base. En collant le limbe au bord bi- seauté 29 de la table d'harmonie en bois, il est important qu'une partie de ce limbe soit laissée libre de former une charnière sur laquelle le cône puisse flotter.
Ainsi, avec un limbe large de 18 millimètres , la partie collée peut avoir une largeur de 6 millimètres, plus ou moins, et le reste du limbe peut être laissé libre d'osciller.
Le dispositif, dans son ensemble, peut être suspendu par des cordons ou des chaînes soit dans une posi- tion verticale ou dans une position horizontale et, lorsqu'il est supporté dans une position horizontale, on peut le/sus- pendre au plafond d'une salle. Il vaut mieux que le titana- fram ne soit pas trop près du plafond, parce qu'il joue par le dos aussi bien que par le devant. Un espacement de 90
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centimètres à 1 mètre 20 centimètres est satisfaisant.
On peut décorer le titanafram en peignant des dessins sur les surfaces à découvert et, lorsqu'on le cons- truit en grandes dimensions, la peinture ou vernis appli- qué au bois et au pap&er ne semble pas nuire à l'action productrice de Son du dispositif. Lorsqu'on le construit en petites dimensions, il vaut mieux ne pas appliquer de peinture vernis ou matière de remplissage analogue quel- conque à la surface du papier parce qu'on obtient de meil- leurs résultats lorsque le papier est:très léger et d'une texture fragile.
La construction représentée aux figs. 3 à 7 inclusivement offre bien des avantages pour une production industrielle sur une grande échelle, mas lesspécimens représentés aux figs. 1 et 2 sont également réalisables industriellement bien qu'ils aient surtout été décrits ci- dessus dans le but de rendre plus clairs les principes fondamentaux sur lesquels, dans un sens générique, repose l'invention.
Dans ce qui précède on a supposé que la force d'actionnement est également efficace pour toutes les fré- quences. En d'autres termes, l'efficacité de la force d'ac- tionnement a été négligée. Il est difficile de construire un mécanisme d'actionnement électromagnétique, pour hauts- parleurs, qui soit également efficace pour toutes les fré- quences. Dans presque tous les dispositifs d'actionnement électromagnétiques, pour hauts-parleurs, qu'on a proposés jusqu'ici, il exista, une- fréquence particulière, on peut- être une étroite bande de fréquences, pour laquelle le mécanisme est le plus 'efficace et exercera la puissance de commande maximum dépendant de l'impédance du dispositif.
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Le titanafram décrit et représenté ici convient bien pour être utilisé avec un dispositif d'actionnement électro- magnétique quand bien même de dernier n'est pas également efficace pour toutes les- fréquences audibles. Par exemple, le titanafram peut être construit de telle sorte que les diverses zones complètement: sensibles soient proportion- nées pour donner l'équilibre correct de tons aigus, inter- médiaires et graves; en dépit du fait que,, pour certaines fréquences, la.force de commande exercée par le mouvement, ou mécanisme, d'actionnement n'est pas aussi grande que pour d'autres fréquences.
Si l'on sait que le mécanisme d'actionnement n'est pas auqqi efficace pour certaines fréquences que pour d'autres, on peut construire le tita- .nafram de façon que les zones qui sont destinées à être complètement sensibles à ces fréquences soient proportion- nées et convenablement établies pour compenser le manque d'efficacité du mécanisme pour ces fréquences.
Il est par conséquent possible d'employer un mécanisme d'actionnement du type de ceux dont on fait habituellement usage pour les hauts-parleurs radiophoniques, en dépit de son manque d'ef- ficacité pour certaines fréquences, et obtenir cependant un bon équilibre de tons aigus, intermédiaires et graves, à cause de l'action compensatrice, sus-mentionnée, qu'il est possible d'assurer an construisant le tïtanafram. On peut par conséquent dire que les différentes zones sont assorties à l'efficacité, ou pouvoir de commande, du méca- nisme d'actionnement pour les diverses fréquences.
Diverses modifications peuvent être apportées aux éléments du dispositif représenté aux figs. 3 à 7 et µ. leurs dimensions, ainsi qu'à leurs proportions les/une par rapport aux autres, sans se départie de l'esprit de l'invention.