EP2577989B1 - Haut-parleur acoustique - Google Patents

Haut-parleur acoustique Download PDF

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EP2577989B1
EP2577989B1 EP11730722.3A EP11730722A EP2577989B1 EP 2577989 B1 EP2577989 B1 EP 2577989B1 EP 11730722 A EP11730722 A EP 11730722A EP 2577989 B1 EP2577989 B1 EP 2577989B1
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EP
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coil
loudspeaker
winding
magnetic field
acoustic
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Arnaud Cazes Bouchet
Daniel Emonts
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Focal JMLab SAS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/06—Loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/002—Damping circuit arrangements for transducers, e.g. motional feedback circuits
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2209/00—Details of transducers of the moving-coil, moving-strip, or moving-wire type covered by H04R9/00 but not provided for in any of its subgroups
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    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details
    • H04R9/04—Construction, mounting, or centering of coil

Definitions

  • the invention relates to the field of acoustic loudspeakers. It is more particularly a loudspeaker equipped with arrangements allowing it to provide adjustment in the field of low frequencies, and more specifically bass sounds.
  • the reproduction of bass sounds is a major element in the assessment of the quality of an audio system.
  • the quality of listening depends on one hand on the ability of an amplifier to reproduce these serious sounds, but on the other hand, performances of the speaker which themselves are, as far as the bass is concerned, dependent on the room in which the loudspeaker is located.
  • the size and geometry of the room can have an influence, to the extent that, at the frequencies considered in the bass, the amount of air displaced by the speaker diaphragm is important.
  • the wavelengths are such that the phenomena of reflection can cause the appearance of knots and wavelets that, depending on the location of the user, the sound quality can be very variable.
  • a particular speaker has been described in the document DE 195 28 904 .
  • This speaker has a second coil mounted on the moving element, and in the magnetic field of the magnet of the speaker. This coil is short-circuited, and protects the speaker against over-currents and excessive vibrations.
  • the problem to be solved by the invention is therefore to allow adjustment in the low frequency band, without causing significant changes to the surrounding frequencies, without requiring complex or expensive installation.
  • this loudspeaker is characterized in that the two terminals of the second winding are connected by a substantially resistive component, selected from a set of resistive elements of distinct resistance values, by means of ensuring the connecting one of these elements to the terminals of the second winding.
  • a substantially resistive component selected from a set of resistive elements of distinct resistance values, by means of ensuring the connecting one of these elements to the terminals of the second winding.
  • These means may be particularly varied, and it may for example be a set of jumpers or even multi-position buttons that connect the most appropriate resistance.
  • the loudspeaker is equipped with a coil in short circuit or closed circuit on a resistor, which moves in the magnetic field as the main coil, and which is therefore the seat of induced currents that dissipate by effect Joule in the resistive element connected to its terminals.
  • the damping factor (or Qms) of the loudspeaker is adjusted so as to ensure optimum coupling between the volume of the listening room and the loudspeaker volume.
  • the complementary winding which is in practice associated with the main winding in which the control current flows, is the seat of a counter electromotive force which tends to prevent the coil from moving in the gap.
  • the second coil has a volume of conductive material substantially identical to that of the main coil.
  • substantially equal volumes it is meant that the difference between the two volumes is less than 20% relative to the smallest volume. Nevertheless, the phenomenon of damping can intervene for complementary windings which present a volume clearly different from that of the main volume, according to which one wishes to privilege the inertia of the mobile equipment, or conversely the degree of amortization.
  • the son of the damping coil may be made of copper, that is to say in the same material as that of the main winding, or in another material such as aluminum or the like.
  • a compromise can be found between weight gain through the use of a less dense conductor such as aluminum, and the resistance value of the conductor, depending on its resistivity and section.
  • a loudspeaker 1 comprises, in the traditional way, a mobile unit composed of a membrane 2 to which is associated a winding 3 connected to the amplifier 10 delivering the electrical signal representative of the acoustic wave to be generated.
  • This coil 3 moves inside an area in which a constant magnetic field is generated, created by a field source which is generally a magnetized element 6, associated with pole pieces 7, 8, 9, so as to confining the field lines at winding 3 with a minimum air gap.
  • a field source which is generally a magnetized element 6, associated with pole pieces 7, 8, 9, so as to confining the field lines at winding 3 with a minimum air gap.
  • the loudspeaker comprises a second winding which, in the form shown, is covering the main winding, so as to be subjected to the same magnetic field.
  • the main winding 3 is formed by a winding son, typically copper, of round section, while the coil 20 for changing the damping factor is formed by a wire rectangular section.
  • a winding son typically copper
  • the coil 20 for changing the damping factor is formed by a wire rectangular section.
  • This arrangement makes it possible not to excessively increase the air gap while maintaining a winding resistance as low as possible and a sufficient volume of copper.
  • the principle of the invention also works with the use of other types of son, for example having cylindrical section, or made of similar materials such as aluminum.
  • the damping winding 20 can be connected to different resistive elements 21-23.
  • One of these elements can be a resistive element of very low value to simulate a short circuit to obtain maximum damping. It can also be a resistive element of average value which limits the current and is located on an intermediate value of the mechanical overvoltage coefficient (Qms). This value is calculated on a case-by-case basis, in order to obtain an intermediate level overvoltage coefficient value. In final, this adjustment is made in the listening room, according to the user's perceptions and the level of reverberation of this place. It can also be done in the factory, as long as the geometrical parameters of the room where the loudspeaker will be installed are known.
  • the number of connectable resistive elements may vary depending on the fineness of the adjustment that is desired. It is also possible for the damping coil 20 to be left in the air so as not to create an electromagnetic force, in which case the damping coil does not create an electromotive force so that the loudspeaker operates with these parameters.
  • this adjustment can be done in different ways without departing from the principle of the invention, whether it is riders 24 as shown in FIG. figure 3 , or a multi-position knob for connecting the appropriate resistor 21,22,23 .
  • FIG. 4 An exemplary embodiment is illustrated in the figure 4 , in which the impedance of the loudspeaker, seen by the amplifier, is plotted on the ordinate, and the frequency on the abscissa, giving priority to the bass zone.
  • the curve 41 which has the most marked peaks corresponds to an open circuit situation, an almost infinite resistance.
  • the two peaks 42, 43 located in the neighborhood of 15 and 50 Hertz correspond to couplings between the loudspeaker and the vent as a function of the volume of the loudspeaker and the Thiele and Small parameters of the loudspeaker.
  • Curve 45 corresponds to the intermediate current flow position in a 2.2 Ohms resistor which makes it possible to reduce the sound level between 50 and 100 Hz by -1.5 dB, the factor Qms being divided by 8.
  • the loudspeaker according to the invention has the advantage of being able to be adjusted so as to adjust its mechanical quality factor which has a very high resolution, including in the low register, and this with an easy-to-implement solution that makes it applicable to a wide range of speakers.
  • the invention makes it possible to adjust the response of the acoustic enclosure to the listening room.

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  • Signal Processing (AREA)
  • Audible-Bandwidth Dynamoelectric Transducers Other Than Pickups (AREA)

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention se rattache au domaine des haut-parleurs acoustiques. Elle vise plus particulièrement un haut-parleur équipé d'agencements lui permettant d'assurer un réglage dans le domaine des basses fréquences, et plus précisément des sons graves.
    • TECHNIQUES ANTERIEURES
  • De façon générale, on sait que la reproduction des sons graves, c'est-à-dire situés dans la bande 20-250 Hertz, est un élément majeur dans l'appréciation de la qualité d'un système audio. En effet, dans la mesure où un enregistrement a été effectué de façon correcte en incluant suffisamment de richesse dans la partie basse du spectre, la qualité d'écoute dépend d'une part de la capacité à un amplificateur de bien restituer ces sons graves, mais d'autre part, des performances du haut-parleur qui sont elles-mêmes, en ce qui concerne les graves, dépendantes de la pièce dans laquelle se trouve le haut-parleur. Ainsi, la dimension et la géométrie de la pièce peuvent avoir une influence, dans la mesure où, aux fréquences considérées dans les graves, la quantité d'air déplacée par la membrane du haut-parleur est importante. De même, aux fréquences correspondantes, les longueurs d'ondes sont telles que les phénomènes de réflexion peuvent provoquer l'apparition de noeuds et de ventres d'ondes qui font que, selon l'emplacement de l'utilisateur, la qualité sonore peut être très variable.
  • Ainsi, on sait que des ajustements peuvent être nécessaires pour assurer une qualité d'écoute optimale, ces ajustements devant avoir lieu dans la pièce où est installé le haut-parleur.
  • Différentes techniques ont déjà été proposées pour assurer ce type de réglage, sans être toutefois réellement satisfaisantes. Ainsi, on a déjà proposé des solutions de type mécanique, consistant à modifier les paramètres de l'évent sur des charges de type « bass-réflex », soit en modifiant la longueur de l'évent, soit en le bouchant avec une mousse. Une telle solution modifie la fréquence de résonance de l'évent. Cela se traduit par une augmentation du niveau à la fréquence de résonance, mais les sons de fréquence inférieure se trouvent au contraire atténués, avec une sensation de déséquilibre de la réponse du grave.
  • Des solutions d'ordre électronique ont également été proposées en assurant des filtrages du signal transmis au haut-parleur. Dans le cas de filtrages passifs, ils provoquent une baisse d'amplitude sans réellement apporter de solutions sur une bande de fréquence suffisamment large. Les filtrages de type actif ne sont pas non plus satisfaisants dans la mesure où un éventuel gain en amplitude provoque généralement des dégradations du signal par le passage dans une multitude de circuits correctifs électroniques, qui sont source de pertes d'informations et donc de transparence acoustique.
  • Une autre solution a été proposée par le Demandeur qui consiste à utiliser comme source de champ magnétique, non plus un aimant (qui génère un champ constant), mais un dispositif assimilable à un électro-aimant. Si cette solution est satisfaisante d'un point de vue acoustique, elle est en revanche complexe et coûteuse à mettre en oeuvre, de sorte qu'elle est limitée à des installations de très haut de gamme.
  • Un haut-parleur particulier a été décrit dans le document DE 195 28 904 . Ce haut-parleur comporte un second bobinage monté sur l'équipage mobile, et dans le champ magnétique de l'aimant du haut-parleur. Ce bobinage est en court-circuit, et permet de protéger le haut-parleur contre les surintensités et les vibrations excessives.
  • Le problème que se propose de résoudre l'invention est donc de permettre un réglage dans la bande de fréquence des graves, sans engendrer de modifications importantes sur les fréquences avoisinantes, sans non plus nécessiter d'installation complexe ni coûteuse.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne donc un haut-parleur acoustique qui comporte :
    • une source de champ magnétique constant ;
    • un équipement mobile incluant une membrane, un bobinage apte à être parcouru par un courant électrique représentatif du signal sonore à générer, et à interagir avec ce champ magnétique constant, et un second bobinage également situé dans le champ magnétique.
  • Conformément à l'invention, ce haut-parleur se caractérise en ce que les deux bornes du second bobinage sont reliées par un composant essentiellement résistif, choisi dans un ensemble d'éléments résistifs de valeurs de résistance distinctes, grâce à des moyens pour assurer la connexion de l'un de ces éléments aux bornes du second bobinage. Ces moyens peuvent être particulièrement variés, et il peut par exemple s'agir d'un ensemble de cavaliers ou bien encore de boutons à positions multiples qui permettent de connecter la résistance la plus appropriée.
  • Autrement dit, le haut-parleur est équipé d'une bobine en court circuit ou en circuit fermé sur une résistance, qui se déplace dans le champ magnétique comme la bobine principale, et qui est donc le siège de courants induits qui se dissipent par effet Joule dans l'élément résistif connecté à ses bornes. De cette manière, on règle le facteur d'amortissement (ou Qms) du haut-parleur, de manière à assurer le couplage optimal entre le volume de la pièce d'écoute et le volume du haut-parleur. Ainsi, le bobinage complémentaire, qui est en pratique associé avec le bobinage principal dans lequel circule le courant de commande, est le siège d'une force contre électromotrice qui tend à empêcher la bobine de se déplacer dans l'entrefer.
  • En pratique, il convient de ne pas trop alourdir l'équipage mobile par la présence de cette bobine complémentaire, et un bon compromis peut être trouvé lorsque ce second bobinage a un volume de matériau conducteur sensiblement identique à celui de la bobine principale. Par volumes sensiblement égaux, on entend que l'écart entre les deux volumes est inférieur à 20% par rapport au volume le plus faible. Néanmoins, le phénomène d'amortissement peut intervenir pour des bobinages complémentaires qui présentent un volume nettement différent de celui du volume principal, selon que l'on souhaite privilégier l'inertie de l'équipage mobile, ou à l'inverse le degré d'amortissement.
  • Ainsi, dans une version préférentielle, on privilégiera une utilisation de fils à section rectangulaire qui permet un bobinage avec moins de perte de place qu'un fil à section cylindrique, bien que plus difficile à réaliser.
  • En pratique, les fils de la bobine d'amortissement peuvent être réalisés en cuivre, c'est-à-dire dans le même matériau que celui du bobinage principal, voire dans un autre matériau tel que de l'aluminium ou analogue. Un compromis peut être trouvé entre un gain de poids par l'utilisation d'un conducteur moins dense tel que l'aluminium, et la valeur de résistance du conducteur, dépendant de sa résistivité et de sa section.
    • DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
  • La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 est une vue en coupe d'un haut-parleur conforme à l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe d'un détail de la figure 1 ;
    • la figure 3 est un diagramme électrique montrant la capacité de réglage du haut-parleur conforme à l'invention ;
    • la figure 4 est une courbe représentant l'impédance du haut-parleur pour différentes valeurs de réglage de la résistance connectée aux bornes du second bobinage.
    MANIER DE REALISER L'INVENTION
  • Comme illustré à la figure 1, un haut-parleur 1 comporte de façon traditionnelle un équipage mobile, composé d'une membrane 2 à laquelle est associé un bobinage 3 connecté à l'amplificateur 10 délivrant le signal électrique représentatif de l'onde acoustique à générer.
  • Ce bobinage 3 se déplace à l'intérieur d'une zone dans laquelle est généré un champ magnétique constant, crée par une source de champ qui est généralement un élément aimanté 6, associé à des pièces polaires 7,8,9, de manière à confiner les lignes de champ au niveau du bobinage 3 avec un entrefer minimal.
  • Conformément à l'invention, le haut-parleur comporte un second bobinage qui, dans la forme représentée, se trouve recouvrir le bobinage principal, de manière à être soumis au même champ magnétique.
  • Tel qu'illustré à la figure 2, le bobinage principal 3 est réalisé par un enroulement de fils, typiquement de cuivre, de section ronde, alors que le bobinage 20 servant à modifier le facteur d'amortissement est réalisé par un fil à section rectangulaire. Cette disposition permet de ne pas trop augmenter l'entrefer tout en conservant une résistance du bobinage la plus faible possible et un volume de cuivre suffisant. Toutefois, le principe de l'invention fonctionne également avec l'emploi d'autres types de fils, par exemple présentant section cylindrique, ou réalisés en matériaux analogue tel que l'aluminium.
  • Comme illustré à la figure 3, le bobinage d'amortissement 20 peut être connecté à différents éléments résistifs 21-23. Un de ces éléments peut être un élément résistif de valeur très faible pour simuler un court-circuit pour obtenir l'amortissement maximal. Il peut également s'agir d'un élément résistif de valeur moyenne qui permet de limiter le courant et de se situer sur une valeur intermédiaire du coefficient de surtension mécanique (Qms). Cette valeur est calculée au cas par cas, de façon à obtenir une valeur de coefficient de surtension de niveau intermédiaire. En fmal, ce réglage se fait dans la pièce d'écoute, en fonction des perceptions de l'utilisateur et du niveau de réverbération de ce lieu. Il peut également être réalisé en usine, dès lors que les paramètres géométriques de la pièce où sera installé le haut-parleur sont connus. Le nombre d'éléments résistifs connectables peut varier en fonction de la finesse du réglage que l'on souhaite réaliser. Il est également possible que le bobinage d'amortissement 20 soit laissé en l'air pour ne pas créer de force électromagnétique, auquel cas la bobine d'amortissement ne crée pas de force contre électromotrice de sorte que le haut-parleur fonctionne avec ces paramètres d'origine
  • Comme déjà évoqué, ce réglage peut se faire de différentes manières sans sortir du principe de l'invention, qu'il s'agisse de cavaliers 24 comme illustré à la figure 3, ou d'une molette à positions multiples assurant la connexion de la résistance 21,22,23 appropriée.
  • Un exemple de réalisation est illustré à la figure 4, dans laquelle on a représenté en ordonnée l'impédance du haut-parleur, vue par l'amplificateur, et en abscisse la fréquence, en privilégiant la zone des graves. Ainsi, la courbe 41 qui présente les pics les plus marqués, correspond à une situation de circuit ouvert, une résistance quasi infinie. Les deux pics 42,43 situés au voisinage de 15 et 50 Hertz correspondent à des couplages entre le haut-parleur et l'évent en fonction du volume de l'enceinte et des paramètres Thiele et Small du haut-parleur.. La courbe 46 correspond à la position où le bobinage d'amortissement est presque en court-circuit, c'est à dire la position de réglage maximum pour laquelle le coefficient de surtension mécanique (Qms) d'origine a été divisé par plus de 14, la diminution de niveau sonore entre 50 et 100 Hz étant de -3dB par rapport au niveau initial. La courbe 45 correspond à la position intermédiaire de débit du courant dans une résistance de 2,2 Ohms qui permet de réduire le niveau sonore entre 50 et 100Hz de -1,5dB, le facteur Qms étant divisé par 8.
  • Il ressort de ce qui précède que le haut-parleur conforme à l'invention présente l'avantage de pouvoir être réglé de manière à ajuster son facteur de qualité mécanique qui possède une très grande résolution, y compris dans le registre grave, et ce avec une solution facile à mettre en oeuvre, qui la rend applicable pour une grande gamme de haut-parleurs. Ainsi, l'invention permet d'ajuster la réponse de l'enceinte acoustique à la pièce d'écoute.

Claims (3)

  1. Haut-parleur acoustique (1) comportant :
    - une source de champ magnétique (6) ;
    - un équipement mobile incluant une membrane (2), un bobinage (3) apte à être parcouru par un courant électrique représentatif du signal sonore à générer, et à interagir avec ledit champ magnétique et un second bobinage (20).
    caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'éléments essentiellement résistifs (21,22,23) de valeur de résistances distinctes, et des moyens (24) pour assurer la connexion de l'un desdits éléments aux bornes (27,28) dudit second bobinage (20).
  2. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deuxième bobinage (20) est réalisé à partir d'un fil de section rectangulaire.
  3. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second bobinage (20) présente un volume de matériau conducteur sensiblement égal à celui du bobinage (3) parcouru par le courant représentatif du signal.
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