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Dispositif pour la conversion d'impulsions électriques en ondes sonores
L'invention concerne un dispositif de transmission pour la conversion d'impulsions électriques en ondes sonores au moyen d'un noyau magnétique avec bobine dont les extrémités sont raccordées à un générateur d'impulsion.
L'invention a pour but la construction d'un dispositif qui permet d'exciter les vibrations de membranes en matériaux les plus divers,par exemple une feuille de porte,une vitre, ou des éléments similaires, au moyen d'un électro-aimant.
Le but est atteint au moyen d'un dispositif qui, selon l' invention, se caractérise en ce que le noyau magnétique avec bobine est relié par des éléments élastiques à au moins une pla- que pour la fixation d'un milieu susceptible de vibrer, connue une feuille de porte, une vitre, etc.;les extrémités du noyau magnétique délimitent un entrefer avec la plaque.
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Ce dispositif ne produit aucun son par lui-même, mais du fait qu'il est fixé à un objet dont il excite les vibratione de telle façon que celui-ci émette un son, On peut obtenir des tonalités différentes suivant les caractéristiques de l'objet- Plus le matériau sur lequel est monté le dispositif est mince et léger,plus importante est l'émission des sons. Une porte à noyau par exemple, revêtue d'une épaisseur de contre-plaqué de 3 mm émet plus facilement des sons et exige moins de force qu' une planche de 9,5 mm par exemple.En conséquence,la porte revê- tue de contreplaqué émettra un son considérablement plus aigu que la planche.
Le dispositif ne eproduit naturellement pas le son comme un haut-parleur ordinaires car dans celui-ci,il suffit de faire vibrer la légère membrane de papier, tandis que le dispositif de l'invention doit exciter les vibrations d'objets qui sont considérablement plus lourds que la membrane d'un haut-parleur.
Comme indiqué,le dispositif n'est pas un haut-parleur et son fonctionnement ne correspond donc pas complètement à celui de cet appareil. On envisage en principe de produire des sons plus graves rayonnés sur une grande surface.Les sons aigus peu- vent être obtenus en appliquant un courant suffisant au dispo- sitif.Pour obtenir une bonne tonalité, l'objet auquel est fixé le dispositif doit être adapté de manière à fonctionner comme un haut-parleur ordinaire. Ceci Veut dire.que la face arrière de l'objet doit également vibrer. Dans la. plupart des cas, com.ne avec des portes, des parois et des parties de meubles, la face arrière participe aux vibrations.
Il va de soi que le matériau émettant le son, auquel est fixé le dispositif, est déterminant pour la tonalité recherchée.
Le dispositif fonctionne avec à peu près tous les matériaux, : à l'exception du béton et de la maçonnerie.Les portes par exem- ple, émettent un son remarquable. Les sons obtenus par les
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vibrations sont un mélange de ceux obtenus au moyen d'un haut- parleur ordinaire et de ceux (mis par l'objet auquel le disposi- tif est attaché. Les parois, les portes, les meubles et d'autres objets faisant partie de la ccnstruction de la pièce donnent le bruit de fond pour le son émis par le haut-parleur ordinaire et l'auditeur est pratiquement entouré par des sons.
Le dispositif peut aussi s'appliquer,par exemple, avec une radio de voiture automobile et avec le toit de celle-ci, de sorte que l'entièreté de la voiture émet le son.
Le verre et les vitrines conviennent également bien.pour reproduire le son avec le dispositif. On emploie avantageuse- ment à cet effet un petit bloc de bois collé sur la glace, sur lequel on visse le dispositif.
Le dispositif présente un intérêt particulier pour les durs d'oreille et les sourds qui entendent le son émis indi- rectement par le dispositif lorsqu'ils placent celui-ci contre l'oreille ou contre la tempe.
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D'autres particularités,e,a même temps que la structure du dispositif de l'invention seront expliquées ci-après, de ma- nière plus détaillée,au moyen d'exemples d'exécution illustrés aux dessins annexés,où la figure 1 est une vue de prof il,en coupe, du dispositif; la figure 2 est une vue en plan du dispositif; la figure 3 est une vue de profil du dispositif associé
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à une membrane de haut-parleur...coni'1ue ordinaire; la figure 4 est une vue do profi,,partiel3.::,ent en coupe, d'une autre forme d'exécution; la figure 5 est une vue en perspective d'un noyau magné- tique ; la figure 6 est une vue en plan du disque supérieur du dispositif,et la figure 7 est une vu; en plan du disque de support supé- rieur du dispositif.
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D'après la figure l,le dispositif comprend un disque de support supérieur 1, et un cadre en forme d'E est supporté par un étrier 2, en forme d'U ouvert vers le bas , fixé au disque 1.
Les lamelles 3 du noyau en fer doux sont maintenues en position par l'étrier 2 dans lequel elles sont fixées par un moyen appro- prié,par exemple un adhésif à base de résine époxyde. Ces lamelles forment un électro-aimant 4 en forme de E avec trois-. branches ou pôles situés à égale distance l'un de l'autre; sur le pôle central 4',est placé un enroulement ou bobine 5. Cette bobine peut être excitée lorsqu'elle est raccordée à une source d'impulsions*
Les deux disques 6 et 7 en fer doux sont maintenus séparés l'un de l'autre par quatre saillies 11 disposées à proximité du bord extérieur du disque 6 et soudées par points au disque 7.
Quand ces deux disques sont assemblés,ils forment une membrane double 8 portée par le disque 1.
Quatre vis 9 passent dans des ouvertures 18 du disque 1 et s'étendent parallèlement aux branches de l'aimant 4. Leurs extraites extérieures sont en contact avec quatre ressorts hélico idaux 10 en laiton, dont les extrémités inférieures s' engagent dans les saillies 11 auxquelles elles sont fixées.La position des quatre vis peut se régler par rapport au disque 1 au moyen d'écrous et de contre-écrous 12. Ces vis servent au réglage de l'entrefer entre la double membrane 8 et les p8les
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.de 1 têlectroail.1ant 4.
Cette distance est déterminante pour une reproduction optimale du son. Plus la membrane est rapprochée des pôles, plus grande est l'efficacité du dispositif. La limite est na- turellement le contact direct entre les éléments associés.
L'efficacité du dispositif diminue à mesure que ces éléments s'écartent l'un de l'autre.
Il a été extraordinairement difficile de maintenir la distance optimale dans les conditions de production. Déjà une
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imprêcision d'un millième de pcuce conduit à un entrefer dé- optimal se modifie également quand le dispositif est accouplé à des objets différents à faire vibrer.
C'est pnur cette raison qu'on a prévu les vis 9 avec les écrous 12. Les vis 9 sont reliées de manière rigide aux ressorts 10 qui sont eux-mêmes solidaires de la double membrane $ qui est ainsi supportée par le disque 1 et dont le réglage correct peut e@@@ s maintenu au moyen des écrous 12. Cette possibilité de réglai évite le maintien de tolérances précises lors de la fabrication*
Quand le disque 7 est solidarisé avec un élément plat 13 comme une porte ou un objet similaire, et qu'une impulsion électrique parvient par les conducteurs 14 à la bobine de 1'électro-aimant, ceci conduit à une vibration de l'élément 13 qui émet alors un son.
Quand l'électro-aimant 4 est excité par un courant varia- ble dans la bobine, le noyau est magnétisé dans une mesure va- riable correspondante et la double membrane 8 ainsi que l'élé- ment 13 ou la membrane 15 à laquelle est attaché le dispositif se mettent à vibrer.
Les ressorts 10 en laiton servent cornue organes d'attache élastiques pour le positionnement normal ou la mise hors ser- vice de la double membrane 8, mais ils servent également de liaison pour les parties formant l'entrefer.
En raison de la masse de l'aimant 4, de la bobine 5 et de leur support,on dispose d'un poids suffisant pour assurer une stabilité relative de ces pièces et les mettre à l'abri des vibrations qui, en service, dépassent le nombre de 100 par seconde.
Le dispositif peut produire de cent à près de quatre mille vibrations par seconde et excite ainsi l'élément sur lequel il est appliqué pour produire des ondes sonores. A des fréquences
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;' ;:.1 5,>n es à 100 vibrations par seconde, la masse ne reste pas au <.±;pJo5 de sorte que pour de faibles fréquences ,le dispositif r' . ,." Sséiilans une large rassure inefficace.
Quand une impulsion à basse fréquence parvient il la bobine 5, l'électro-aimant commence lui-même à vibrer, tandis que l' 41/,ment qui doit produire le son reste Mobile.Pour des fré- quences relativement basses,l'ensemble du dispositif heurte la double membrane et l'élément qui doit produire le son.Les res- sorts 10 sont très souples et peuvent exécuter un parcours élas- tique relativement long.'Quand les ressorts amènent ensuite le système électro-magnétique au repos, la double membrane 8 est heurtée,de même que l'élément auquel est attaché le dispositif, qui émet un son particulièrement grave provoqué par les chocs puissants de l'éléctro-aimant.
L'élément 13 destiné à l'émission de sons n'est pas en général excité à des fréquences dépassant 4.000 vibrations par seconde. C'est pour éviter cela qu'on a prévu le deuxième dis- que du système de membrane 8 de la figure 6 qui est assemblé par points avec le disque 7 aux quatre saillies 11.Ces saillies 11 maintiennent le disque supérieur 6 et le disqùe inférieur 7 à une distance telle l'un de l'autre que le premier peut vibrer indépendamment du second,
A des fréquences comprises entre 100 et 4.000 vibrations par seconde;
les deux disques 6 et 7 vibrent uniformément, car ils sont excités par l'aimant quand une impulsion électrique traverse la bobine 5.Ils fonctionnent également ensemble à des fréquences inférieures à 100 et l'effort produit par l'électro- aimant est transmis à l'élément 13.
Quand le dispositif transmettant l'effort fonctionne à une fréquence dépassant 4.000 vibrations par seconde, en rsison de leur poids, le système d'électro-aimant et l'élément 13 sont inactifs, car ils ne peuvent être excités à des fréquences aussi élevées. A ce moment, seul le disque supérieur 6 vibre à des fréquences élevées qui sont audibles,même si le dispositif de transmission est complètement fermé,parce que le disque
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@ inférieur 7 et l'élément 16 servent de milieu de transmission du son pour ces fréquences élevées.
Il ressort de la description ci-dessus que le dispositif de l'invention permet la reproduction de moyennes fréquences, de basses fréquences et de hautes fréquences pouvant être re- produites seules ou simultanément.Le dispositif fonctionne donc aussi bien pour une faible impédance que pour une impédance élevée. Quand le dispositif fonctionne à une fréquence de 6.000 vibrations par seconde, il est nécessaire de prévoir 39 spires sur un noyau en forme.de cadre de 9,5 mm. Les fils 14 de la bo- bine sont raccordés diretement au pôle positif, d'un amplifi- cateur.Comme un tel couplage est en général connu, on ne le décrira pas de façon détaillée.
Un courant continu d'intensité constante passe dans la bobine 5 et produit autour du noyau 4 un champ magnétique qui attire la double membrane 8 contre l'électro-aimant et met les ressorts 10 sous tension. Quand une impulsion est appliquée à l'amplificateur,celle-ci se superpose au courant continu normal.,
L'intensité variable de l'impulsion provoque le fonctionnement / comme )du dispositif de transmisssion/décrit ci-dessus.
Dans le cas où on désire faire fonctionner le dispositif de l'invention avec un transformateur ou un amplificateur à transistors et qu'on ne dispose pas d'un courant continu constant,il est nécessaire d'employer un aimant permanent.
Un noyau magnétique conne celui de la figure 5 fonctionne sous ce rapport de manière satisfaisante et permet de magnétiser le noyau de manière appropriée en fonction d'un signal électrique traversent la bobine 5. Le noyau en forme de E de la figure 5 est en un matériau magnétique non homogène qui contient 20% environ de fer magnétique et 80% de poudre ae fer qui sont ag- glomérés au moyen d'une résine époxyde à chaud et sous pression*
Ce noyau ne peut être sature magnétiquement en permanence que partiellement;seul le fer Magnétique peut être magnétisa en
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permanence presque jusqu'à saturation.
La poudre de fer sert à assurer le circuit magnétique dans le noyau pour le faire magnétiser en permanence. Il sert en outre enquelque sorte com- me élément magnétisable pour augmenter et diminuer la satura- tion magnétique du noyau quand un signal électrique passe dans la bobine 5.
Le nombre de spires de la' bobine 5 peut varier avec l'im- pédance des divers éléments de commande auxquels le dispositif de transmission peut s'accoupler-
Le dispositif de l'invention fonctionne aussi quand il est relié à une membrane de haut-parleur ordinaire 15 selon la figure 3 et sans autre support que la membrane elle-même,quoi- que l'on doive s'attendre à ce que le poids du dispositif déforme ou déchire la membrane,ce qui toutefois n'est pas le cas comme des essais l'ont montré.
Sans les ressorts 10,on ne pourrait obtenir qu'une repro- duction non satisfaisante,parce qu'aux basses fréquences, le dispositif électromagnétique doit avoir la possibilité de se déplacer suffisamment pour atteindre un moment permettant aux ressorts 10 de transmettre l'effort de commande à l'élément 13 rerroduisant le son.
Le dispositif de l'invention permet également le fonction- nement à des fréquences dépassant 4.000 vibrations par seconde au moyen du système de la double membrane.La forme d'exécution de la figure 4 ne comprend qu'un disque 9.On peut utiliser une seconde bobine pour 1'électro-aimant afin de faire fonction- ner un haut-parleur dynamique ordinaire et dans ce cas, les conducteurs 16 et 20 sont raccordés au haut-parleur à travers un filtre ou un condensateur de blocage 21.Cornue ce couplage est connu,il n'exige pas de description plus détaillée.
Les vis 9 sont réglées de manière à obtenir entre les pôles de 1'électro-aimant et les disques un entrefer approxi- matif de 1,6 mm. Les disques 6,7 et 19 sont en fer doux et ont un dia être approximatif de 50 mm.
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Le noyau de l'électro-ain.ant 4 est formé de tôles de transformateur empilées sur une épaisseur de 9,5 mm. et est entouré d'une bobine de 6.000 spires en fer magnétique.Les ;ressorts 10 possèdent 6 spires,et sont en acier à ressort d' .' mm un diantre de 1,14, tandis que leur diamètre extérieur est de
7,9 mm et leur hauteur de 12,7 mm.
REVENDICATIONS
1. Dispositif pour la conversion d'impulsions électriques en ondes sonores consistant er,. un noyau magnétique avec bo- bine dont les extrémités sont raccordées à un générateur d'im- pulsions, caractérisé en ce que le oyau magnétique avec bo- bine est en liaison par des él'éments élastiques (10) avec au moins une plaque (6,9) peur sa fixation à un milieu (13) susceptible de vibrer,comme un panneau de porte, une vitre ou un élément similaire,et en ce qu'il existe un entrefer entre la plaque et les extrémités du noyau magnétique.