FR2529427A1

FR2529427A1 - Transducteur electro-acoustique a grande elongation

Info

Publication number: FR2529427A1
Application number: FR8310316A
Authority: FR
Inventors: Joris Adelbert Mar Nieuwendijk; Georgius Bernardus Jos Sanders; Cornelis Dionysius Van Dijk; Adrianus Josef Maria Kaizer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1983-12-30
Also published as: KR840005297A; DK283183A; SE8705169L; CA1211833A; AU1597883A; US4547631A; AU6114786A; GB2153629B; SE458491B; AU561327B2; SE8303520D0; KR890000106B1; GB8505068D0; SE8705169D0; NL8202529A; GB2122453A; GB2153629A; DK283183D0; JPS596699A; SE458412B

Abstract

TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE MUNI D'UNE MEMBRANE 1, D'UN SYSTEME MAGNETIQUE 4 ET D'UNE BOBINE MOBILE 3 MONTE SUR UNE CARCASSE DE BOBINE MOBILE 2 ET PREVUE DANS UN ENTREFER 5 DU SYSTEME MAGNETIQUE. LA TRANSMISSION DU MOUVEMENT ENTRE LA CARCASSE 2 DE BOBINE MOBILE ET LA MEMBRANE 1 S'EFFECTUE AU MOYEN D'UN MECANISME A LEVIER. LE MECANISME A LEVIER COMPORTE N DISPOSITIFS A LEVIER, TELS QUE 6, FORMANT ENSEMBLE UN ANGLE N2. UN DISPOSITIF A LEVIER 6 COMPORTE UN BRAS DE LEVIER 9 QUI EST COUPLE, D'UNE PART, A L'ENDROIT D'UNE PREMIERE POSITION 10, A UN POINT FIXE 11, D'AUTRE PART, A L'ENDROIT D'UNE DEUXIEME POSITION 13, A LA CARCASSE 2 DE BOBINE MOBILE ET DE TROISIEME PART, A L'ENDROIT D'UNE TROISIEME POSITION 14 A LA MEMBRANE 1. LE MECANISME A LEVIER MULTIPLIE L'ELONGATION DE LA CARCASSE DE BOBINE MOBILE PAR UN FACTEUR DE PREFERENCE SUPERIEURE A 1. AINSI, ON OBTIENT UN TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE A GRANDE ELONGATION. LE MECANISME A LEVIER POUR AUGMENTER L'ELONGATION PEUT EGALEMENT ETRE APPLIQUE A D'AUTRES TYPES DE TRANSDUCTEUR, TELS QUE DES TRANSDUCTEURS PIEZOCERAMIQUES. DE PREFERENCE, L'ELEMENT ELASTIQUE 25, SOIT UN SOUFFLET EN ACCORDEONQUI EST FIXE TANT AU POURTOUR EXTERIEUR DE LA MEMBRANE 1 QU'AU CHASSIS 26 DU TRANSDUCTEUR ET QUI PERMET LA GRANDE ELONGATION DE LA MEMBRANE, EST REALISE DE FACON A DIMINUER LA CONTRIBUTION ACOUSTIQUE DE L'ELEMENT ELASTIQUE UN SIGNAL DE SORTIE DU TRANSDUCTEUR, CONTRIBUTION QUI FORME UNE COMPOSANTE DE DISTORSION DANS LE SIGNAL DE SORTIE.

Description

_ 1 - "Transducteur électro-acoustique à grande élongation"

L'invention concerne un transducteur électro-

acoustique muni d'une membrane et d'un actuateur électromécanique, l'actuateur électromécanique étant couplé à la membrane par l'intermédiaire d'un dispositif à levier pour transmettre à la membrane le mouvement de l'actuateur électromécanique Parmi les transducteurs de ce genre, on compte, par exemple,

des transducteurs piézocéramiques daonslesquels l'actua-

teur électromécanique est constitué par un élément piézocéramique De plus, on peut citer, par exemple, les transducteurs électrodynamiques Dans ce cas, l'actuateur électromécanique comporte un système magnétique et une bobine mobile supportée par une carcasse de bobine mobile et disposée dans un entrefer du système magnétique Ce dernier transducteur est connu du livre "Loudspeakers" de N W McLachlan, Oxford, Clarendon Press, 1934, pages 225 et 226 Le dispositif à levier montré dans ce livre a pour but d'augmenter la course entre l'élongation de l'actuateur

d'une part et l'élongation de la membrane d'autre part.

Les transducteurs connus munis d'un dispositif à levier présentent l'inconvénient que la distorsion de leur signal de sortie est assez grande Parfois,

le transducteur connu ne fonctionne plus convenable-

ment au bout de quelque temps.

Or, l'invention vise à fournir un transducteur dont le signal de sortie présente une distorsion plus

faible et qui, en plus, a une durée de vie plus longue.

A cet effet, le transducteur électro-acoustique conforme

à l'invention, est remarquable en ce que le transduc-

teur comporte N dispositifs à levier qui forment un angle les uns avec les autres ou avec un axe central du transducteur (n / 2, alors que pour N = 2, ledit angle est inférieur à 1800 et que pour N > 3, cet

angle est de préférence égal à 360 ).

n _ 2 _ L'invention se base sur l'idée que dans un transducteur électroacoustique équipé d'un dispositif à levier, le centrage des diverses pièces

mobiles n'est pas suffisamment garanti Dans le trans-

ducteur connu, les moyens de centrage jusqu'ici connus, tels que des bagues de centrage, ne sont souvent pas à même d'effectuer ce centrage convenablement Ce centrage incomplet peut provoquer le déportement de la bobine mobile dans l'entrefer Ainsi, la bobine mobile risque même de s'abêmer après un certain temps,

de sorte que le transducteur ne peut plus fonctionner.

Une construction du mécanisme à levier telle qu'il comporte au moins deux dispositifs à levier permet de faire qu'il ne reste plus qu'un seul degré de liberté, à savoir un mouvement seul dans le sens d'élongation de la carcasse de bobine mobile et, par conséquent, de la membrane Cela présente l'avantage qu'il n'est plus nécessaire d'utiliser un centrage spécial, au moyen de bague de centrage par exemple,

ce qui permet de supprimer la bague de centrage usuelle.

De plus, surtout pour des transducteurs à membrane plate, cette mesure présente l'avantage que l'élément élastique qui est fixé tant au pourtour de la membrane qu'au châssis du transducteur et qui, dans des cas normaux, fait fonction de moyen de centrage aussi bien que de moyen d'étanchéité ne doit pas remplir dans ce cas une fonction de centrage mais n'a qu'à faire office de moyen d'étanchéité De ce fait, les exigences à imposer à l'élément élastique peuvent être beaucoup moins strictes Toutefois, ces avantages ne s'offrent

que dans le cas oh les dispositifs à levier se compor-

tent pratiquement de façon idéale, c'est-à-dire que chaque dispositif à levier se déplace sensiblement

dans un plan correspondant.

Un mode de réalisation du transducteur _ 3- électro-acoustique conforme à l'invention, muni d'un actuateur électromécanique constitué par un système magnétique et une bobine mobile supportée par une carcasse de bobine mobile et disposée dans un entrefer du système magnétique, est remarquable en ce qu'un dispositif à levier comporte un bras de levier qui, d'une part, est couplé à un point fixe à l'endroit d'une première position sur le bras de levier et qui, d'autre part, est couplé à la carcasse de bobine mobile à l'endroit d'une deuxième position sur le bras de levier et qui, de troisième part, est couplé à la membrane à l'endroit d'une troisième position

sur le bras de levier.

En choisissant la distance entre la première et la troisième position sur le bras de levier supérieure à la distance entre la première et la deuxième position sur le bras de levier on peut réaliser une élongation de membrane supérieure à l'élongation de la carcasse de bobine mobile En général, la troisième position sur le bras de levier se trouve à l'endroit ou tout près de l'une des extrémités du bras de levier La première position peut se trouver, par exemple, à l'endroit ou tout près de l'autre extrémité du bras de levier La deuxième position se trouve alors entre la première et la troisième position Toutefois, il est également possible qu'inversement, la deuxième position se trouve à l'endroit ou tout près de l'autre extrémité du bras de levier et que la première position se trouve entre la deuxième et la troisième position Un premier mode de réalisation préférentiel du transducteur électro- acoustique conforme à l'invention est remarquable en ce qu'à l'endroit de la première position, le bras de levier est couplé à un point fixe par l'intermédiaire d'un premier 4 élément articulé, en ce qu'à-l'endroit de la deuxième position, il est couplé à la carcasse de bobine mobile par l'intermédiaire d'un deuxième élément articulé, d'une première tige et d'un troisième élément articulé et en ce qu'à l'endroit de la troisième

position, il est couplé à la membrane par l'inter-

médiaire d'un quatrième élément articulé, d'une seconde tige et d'un cinquième élément articulé Un second mode de réalisation préférentiel est remarquable en ce qu'à l'endroit de la troisième position, le bras de levier est couplé à la membrane par l'intermédiaire d'un premier élément articulé, en ce qu'à l'endroit de la deuxième position, il est couplé à la carcasse de bobine mobile par l'intermédiaire d'un deuxième élément articulé, d'une première tige et d'un troisième élément articulé et en ce qu'à l'endroit de la première

position, il est coupl 6 à un point fixe par l'inter-

médiaire d'un quatrième élément articulé, d'une seconde tige et d'un cinquième élément articulé bans le premier mode de réalisation préférentiel, la seconde tige est située entre le bras de levier et la membrane, de sorte qu'elle effectue une translation

correspondant à la translation (c'est-à-dire l'élonga-

tion) de la membrane En l'occurrence, la masse mobile du transducteur est sensiblement égale à la somme du poids de la membrane, du poids de la seconde tige et du poids de la carcasse de bobine mobile et de la

bobine mobile Toutefois, dans le second mode de réa-

lisation, la seconde tige est fixée au point fixe par un élément articulé Il s'en suit que, dans ce cas, la seconde tige effectue une rotation au lieu d'une translation Par conséquent, la masse mobile du transducteur est alors plus moins Voilà pourquoi, pour des poids égaux des constituants correspondants, l'efficacité de la conversion électro- acoustique sera plus grande dans le second mode de réalisation Les deux modes de réalisation présentent l'avantage que le point d'application du dispositif à levier sur la membrane effectue un mouvement suivant une ligne pratiquement droite s'étendant dans un sens correspon-

dant au sens souhaité du mouvement de la membrane.

Ceci n'est pas le cas dans le dispositif connu à levier Dans ce dispositif, le point d'application se déplace au contraire suivant une ligne circulaire et, par conséquent, dans un sens perpendiculaire au sens souhaité du mouvement de la membrane, ce qui provoque des distorsions supplémentaires De plus, dans le second mode de réalisation, le premier, la deuxième et le quatrième élément articulé d'une part et le premier, le troisième et le cinquième élément

articulé d'autre part sont de préférence alignés.

Ainsi on obtient un agrandissement précisément linéaire entre l'élongation de la carcasse de bobine mobile

et l'élongation de la membrane, de sorte que le méca-

nisme à levier ne contribue pratiquement pas à la distorsion du signal de sortie du transducteur Les éléments articulés peuvent être des ressorts à lames et/ou des articulations à ressorts en croix mais, de préférence, on réalise au moins le premier, le deuxième et le quatrième éléments articulés sous forme d'articulations à ressort en croix En effet, le troisième et le cinquième éléments articulés ne doivent être capables que de tourner sous un petit angle, de sorte qu'en l'occurrence, il suffit d'utiliser des ressorts à lames Toutefois, le premier, le deuxième et le quatrième éléments articulés doivent être capables de tourner sous un plus grande angle, de sorte que des ressorts à lames conviennent moins bien à cet emploi On donnera la préférence à des articulations à ressort en croix du fait qu'elles 6 - gardent leur caractéristique d'élasticité sous un plus grand angle Le point fixe peut être situé à l'intérieur de la carcasse de bobine mobile ou dans le prolongement de celle-ci et être fixé à la partie du système magnétique qui est située à l'intérieur de la carcasse de bobine mobile Dans ce cas, le point fixe peut être commun à tous les dispositifs

à levier.

En général, l'élément élastique, qui est fixé tant au pourtour extérieur de la membrane qu'au châssis du transducteur, doit répondre à plusieurs exigences Tout d'abord, l'élément élastique fait fonction de moyen de centrage De plus, l'élément élastique fait fonction de moyen d'étanchéité, c'est-à-dire pour prévenir un court-circuit acoustique entre la face avant et la face arrière de la membrane dans le cas o le transducteur est logé dans un baffle. Il va de soi que dans tous les cas, l'élément élastique doit permettre l'élongation maximale de la membrane Dans le livre "Acoustics" est illustré sur la Fig 7 1 un élément élastique indiqué par la

référence 2 Cet élément élastique ne permet générale-

ment qu'une élongation très réduite, de sorte que le plus souvent, un tel élément élastique ne peut pas être utilisé dans des transducteurs électroacoustiques à grande élongation En effet, le comportement non linéaire de l'élément élastique, surtout dans le cas de grandes élongations, provoque une grande distorsion du signal de sortie du transducteur Le brevet des Etats-Unis No 3 019 849 (voir figure 1) préconise un élément élastique qui, effectivement, permet une grande élongation de la membrane Cet élément élastique

est réalisé comme un soufflet plissé en accordéon.

Toutefois, il s'avère que le transducteur connu du _ 7 _ brevet américain produit toujours un signal de sortie

ayant un niveau de distorsion élevé.

Pour éviter cela, le transducteur acoustique muni d'un élément élastique qui est fixé tant au pourtour extérieur de la membrane-qu'à un chassis du transducteur et qui est réalisé sous forme d'un soufflet en accordéon, est remarquable en ce qu'à l'endroit d'un certain nombre de sections égales, perpendiculaires au sens du mouvement de la membrane, le soufflet est muni de moyens de renforcement servant

à maintenir ces sections au moins pratiquement con-

stantes, même lors d'une élongation de la membrane.

Cette mesure se base sur l'idée que dans des transduc-

teurs électro-acoustiques tels que connus du brevet américain, l'élément élastique contribue au signal

de sortie acoustique du transducteur Cette contribu-

tion est indésirable et se manifeste comme une distor-

sion dans le signal de sortie.

Cette contribution s'explique comme suit.

Sous l'action d'une vibration (par exemple) sinusoïdale de la membrane, le soufflet en accordéon est étendu et ensuite comprimé Lors de l'extension et de la compression du soufflet, il se produit dans le soufflet respectivement une dépression et une surpression, ce qui fait que le soufflet devient respectivement plus mince et plus épais Il en résulte un rayonnement acoustique de la surface de soufflet Comme déjà dit, ce rayonnement est indésirable du fait que seule la membrane doit fournir le rayonnement acoustique

(le signal de sortie) du transducteur.

Or, grâce à la mise en oeuvre de moyens de renforce-

ment, on évite au moins en majeure partie que le

soufflet ne devienne plus mince et plus épais respec-

tivement lors de son extension et de sa compression.

Cela permet de réduire la contribution acoustique précitée du soufflet et, par conséquent, la distorsion

dans le signal de sortie du transducteur.

Les moyens de renforcement peuvent être constitués, par exemple, par des bagues rigides qui sont prévues chacune à l'endroit de l'une des

sections précitées sur (dans) le soufflet.

De toute évidence, il est très utile d'utiliser un soufflet de ce genre, surtout dans des transducteurs à grande élongation munis du mécanisme à levier conforme à l'invention Le choix de l'endroit ou les moyens de renforcement sont disposés sur (dans) le soufflet est déterminé essentiellement par l'endroit (les lignes) oh le soufflet est fixé respectivement à la membrane et au châssis En effet, la longueur périphérique des lignes précitées suivant lesquelles le soufflet est fixé à la membrane et au châssis, reste égale même lors d'une élongation de la membrane, de sorte que, de préférence, pour déterminer l'endroit des moyens de renforcement, on choisit les sections qui sont égales aux lignes précitées (c'est-à-dire les sections dont la longueur périphérique est égale à la longueur périphérique de ces lignes) Ainsi, les moyens de renforcement peuvent être prévus à l'endroit des sections pour lesquelles la longueur

périphérique est la plus grande à l'état de non-

élongation de la membrane.

Une diminution supplémentaire de la puissance acoustique produite par le soufflet peut être réalisée du fait que les surfaces de deux bagues successives du soufflet, bagues qui sont obtenues en coupant le soufflet par trois plans perpendiculaires au sens du mouvement de la membrane, les sections communes au premier et au troisième plan d'une part et le soufflet d'autre part fournissant des lignes ayant

la longueur périphérique la plus faible (ou, inverse-

ment, la plus grande) et la section du troisième plan situé entre le premier et le troisième plans fournissant une ligne ayant la longueur la plus grande (ou, inversement, la plus faible), se reircafent sous un angle de 2 a, alors qu'à l'état de non-élonga- tion de la membrane, cet angle est au moins égal à 900 environ, et que, de préférence, dans chaque état d'élongation de la membrane, l'angle sous lequel lesdites deux bagues se rencontrent, se situe toujours

entre 600 et 1200.

La description suivante, en regard du dessin

annexe, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'invention est réalisée. La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un transducteur électro-acoustique muni d'un mécanisme à levier, la figure la étant une vue de dessus du transducteur dépourvu de la membrane et de l'élément élastique, la figure lb étant une coupe transversale de ce mode de réalisation et la figure le représentant un dispositif à levier

dcs 1 Vtat d'élongation de la membrane.

La figure 2 représente un deuxième mode

de réalisation.

La figure 3 représente un soufflet connu

en accordéon.

La figure 4 représente un mode de réalisation d'un transducteur électroacoustique muni d'un soufflet

en accordéon conforme à l'invention.

La figure 5 représente schématiquement une

partie du soufflet en accordéon de la figure 4.

La figure la représente en vue de dessus un premier mode de réalisation du transducteur conforme à l'invention, la membrane et l'élément élastique 25 étant enlevés Sur la figure la, la _ membrane t n'est indiquée que par une ligne en traits interrompus La figure lb est une coupe transversale

suivant la ligne en traits mixtes B-B de la figure la.

Le transducteur comporte un système magnétique 4 et une bobine mobile 3 placée sur une carcasse 2 de bobine mobile et disposée dans un entrefer 5 du système magnétique 4 La transmission du mouvement entre la carcasse de bobine mobile et la membrane s'effectue au moyen d'un dispositif à levier Le transducteur de la figure 1 comporte trois dispositifs à levier 6, 7 et 8 formant un angle les uns avec

les autres.

En principe, il suffit d'utiliser deux dispositifs à levier formant un angle inférieur à 1800, égal à 900 par exemple Toutefois, étant donné que les dispositifs à levier présentent toujours une certaine mollesse dans le sens transversal (due, par exemple, au comportement non idéal de l'élément articulé à décrire ci-après), on utilise de préférence au moins trois dispositifs à levier pour obtenir un positionnement optimal de la carcasse 2 de bobine mobile dans l'entrefer 5 De préférence, l'angle que forme les dispositifs à levier est choisi égal à 3600/n, N indiquant le nombre de dispositifs à

levier Ainsi, la figure lb représente trois disposi-

tifs à levier formant un angle de 1200.

Un dispositif à levier, tel qu'indiqué par la référence 6 sur les figures la et lb, comporte un bras de levier 9 qui à l'endroit d'une première position 10 sur le bras de levier, est couplé à un point fixe 11 Le point fixe 11 se trouve dans le pniongement de la carcasse de bobine mobile et est fixé à la partie 12 du système magnétique 4, située

à l'intérieur de la carcasse 2 de bobine mobile.

Comme le montre la figure la, le point fixe Il est

commun aux trois dispositifs à levier 6, 7 et 8.

A l'endroit d'une deuxième position 13 sur le bras de levier, le bras de levier 9 est couplé à la carcasse de bobine mobile alors qu'à l'endroit d'une troisième position 14, il est couplé à la membrane 1. Le couplage au point fixe 11 s'effectue au moyen d'un premier élément articulé 15 Le couplage à la carcasse de bobine mobile s'effectue au moyen d'un deuxième élément articulé 16, d'une première tige 17 et d'un troisième élément articulé 18, alors que le couplage à la membrane 1 se fait au moyen d'un quatrième élément articulé 19, d'une seconde tige 20 et d'un cinquième élément articulé 21 Le dispositif à levier 6, tel que représenté sur la figure la, peut se déplacer dans un plan déterminé par la ligne B-B

et perpendiculaire au plan du dessin de la figure la.

Sur la figure lb, comme le montre aussi la figure lc, ce plan correspond au plan du dessin Les dispositifs à levier 7 et 8, tels que représentés sur la figure la, sont mobiles dans un plan déterminé respectivement

par les lignes C-C et D-D, plans qui sont perpendicu-

laires au plan du dessin de la figure la.

Les éléments articulés 15, 16, 18, 19 et 21 peuvent être réalisés sous forme de ressorts à limes ou d'articulations à ressort en croix Lors

d'une élongation de la membrane, les éléments arti-

culés 18 et 21 tournent sous un angle tellement petit qu'il suffit d'utiliser des ressorts à lames pour ces éléments Toutefois, les éléments articulés 15, 16 et 19 tournent sous un angle beaucoup plus grand, de sorte qu'on donne alors la prffrence aux articulations

à ressort en croix Toutefois, dans un mode de réali-

sation comportant deux dispositifs àzlevier, au moins un dispositif à levier est entièrement réalisé sous forme d'articulations à ressort en croix pour donner

_ 12 _

ainsi à l'ensemble une résistance optimale aux mouvements de torsion, c'est-à-dire pour limiter au

minimum une rotation de l'ensemble Pour une explica-

tion de la théorie et de l'application desressorts à lames et d'articulations à ressort en croix, on s'en réfère aux publications suivantes:

i J van Eijk, J F Dijksman: "Kruisveerschar-

nieren", article paru dans "de Constructeur",

ao 6 t 1981, pages 16 à 21.

ii J F Dijksman:"A study of some aspects of the mechanical behaviour of cross-spring pivots and plate spring mechanism with negative stiffness", dissertation à l'Université

Technique de Delft, WT-TH, rapport N O 116.

iii R Breitinger: "L Bsungskataloge f Uir Sensoren",

volume 1, Krauskopf Verlag, Mainz 1976.

De plus, la publication ii est accompagnée d'une

bibliographie comportant une trentaine de références.

Si la distance séparant, d'une part, les éléments articulés 15 et 16 et, d'autre part, les

éléments articulés 15 et 19, distancesquiscnt respec-

tivement égale à a et b, l'élongation W de la membrane, pour une élongation u de la carcasse de bobine mobile, est égale à u -, ce qui donne un agrandissement de a b

l'élongation de la membrane égale à un facteur a.

Cela est indiqué sur la figure le qui illustre le dispositif à levier 6 dansun état d'élongation de la carcasse de bobine 2 et de la membrane 1 La figure montre nettement que le déplacement u de la carcasse de bobine 2 et l'élongation W de la membrane 1 par rapport à leur états de repos respectifs, W étant supérieur au déplacement u de la carcasse de bobine mobile à la suite de la transmission effectuée par le dispositif à levier 6 De plus, cette figure montre clairement que les éléments articulés 15, 16 et 19 13 - sont tournés d'un angle plus grand que les éléments

articulés 18 et 21.

Grâce à l'excellent guidage rectiligne causé par les dispositifs à levier, le point de l'application du dispositif à levier 6 sur la membrane, à savoir à l'endroit de l'élément articulé 21, se déplace suivant une ligne pratiquement droite s'étendant dans un sens correspondant au sens de l'axe central 23 (et, par conséquent, au sens souhaité

du mouvement de la membrane 1).

De toute évidence, la construction et le fonctionnement des dispositifs à levier 7 et 8 sont identiques à ceux expliqués en référence au dispositif

à levier 6.

Le transducteur de la figure 1 est muni d'une membrane plate ecine doit pas nécessairement être le cas Il est également possible d'utiliser d'autres formes de membrane, telles qu'une forme de dôme ou une forme conique De plus, il n'est pas nécessaire que la membrane soit ronde On peut aussi utiliser par exemple, des membranes carrées, rectangulaires ou ovales Le centrage de la bobine mobile, de la carcasse de bobine mobile et de la membrane et leur déplacement unidirectionnel dans le sens de l'axe

central 23 sont assurés par l'agencement des dispo-

sitifs à levier 6, 7 et 8 De ce fait, il n'est pas nécessaire de centrer la carcasse de bobine mobile à l'aide d'une bague de centrage Tout cela ne s'applique que dans le cas d'un comportement idéal des éléments articulés: c'est-à-dire qu'ils possèdent

une grande rigidité transversale et que, par consé-

quent, les dispositifs à levier 6, 7, 8 ne se déplacent

que dans les plans correspondants, déterminés respec-

tivement par les lignes B-B, C-C et D-D, plans qui sont perpendiculaires au plan du dessin sur la 14 - figure la Dans le cas d'un comportement non idéal des éléments articulés (dû, par exemple, à une mollesse inadmissible de ces éléments), les dispositifs à levier 6, 7 et 8 se déplaceront aussi en dehors des plans précités Pour éviter que, dans ce cas, la bobine mobile (la carcasse de bobine mobile) ne touche les parois de l'entrefer, il peut s'avérer

tout de même utile de prévoir une bague de centrage.

Une autre possibilité est de donner une plus grande largeur aux ressorts à lames et aux articulations à ressort en croix, ce qui permet d'approcher à

nouveau le comportement idéal sans qu'il soit néces-

saire d'utiliser d'autres moyens de centrage.

Dans le cas idéal, cela veut donc dixa dans

le cas o l'élément articulé ne présente (pratique-

ment) pas de mollesse transversale, l'élément élas-

tique 25 réalisé sous forme d'un soufflet en accordéon et fixé tant au pourtour extérieur de la membrane l qu'au châssis 26 du transducteur, n'a pas non plus besoin de remplir une fonction de centrage, sa seule fonction étant d'assurer l'étanchéité Cela est nécessaire pour éviter un court-circuit acoustique entre la face avant et la face arrière de la membrane 1 De plus, l'élément élastique 25 doit permettre la grande élongation de la membrane 1 sans gêner la membrane dans son élongation Le fonctionnement et les propriétés de l'élément élastique 25 seront

expliqués ci-après en regard des figures 4 et 5.

De toute évidence, il est également possible d'utili-

ser des éléments élastiques conventionnels, pourvu qu'ils permettent la grande élongation de la-membrane 1 En ce qui concerne les dispositifs à levier 6, 7 et 8, il est à remarquer que de toute évidence, bien que le mode de réalisation de la figure 1, le point fixe 11 se trouve dans la carcasse de bobine - mobile ou dans le prolongement de celle-ci, ce point pourrait être situé tout autant en dehors de la carcasse de bobine mobile ou du prolongement de celle-ci Dans ce cas, le point fixe 11 pour le dispositif à levier 6 serait lié à la partie du système magnétique 4 située en dehors de la carcasse de bobine mobile 2, et la tige 20 se trouverait justement dans le prolongement de la carcasse de

bobine mobile 2.

La figure 2 représente un second mode de réalisation du transducteur conforme à l'invention, représentation qui comporte à nouveau l'un des n dispositifs à levier Les parties correspondantes de la figure 1 et 2 sont indiquées par les mêmes références A nouveau, le dispositif à levier 6 comporte un bras de levier 9 A l'endroit de la troisième position 14, le bras de levier est couplé à la membrane 1 par l'intermédiaire d'un premier élément articulé 30, alors qu'à l'endroit de la deuxième position 13, il est couplé à la carcasse 2 de bobine mobile par l'intermédiaire du deuxième élément articulé 16, de la première tige 17 et du troisième élément articulé 18 et qu'à l'endroit de la première position 10, il est couplé au point fixe 11 par l'intermédiaire d'un quatrième élément articulé 31, d'une seconde tige 32 et d'un cinquième élément articulé 33 A nouveau, les éléments articulés peuvent être constitués par des ressorts à lames ou des articulations à ressort en croix Pour les éléments articulés 16, 30 et 31 on donne à nouveau

la préférence à des articulations à ressort en croix.

Les éléments articulés 16, 30 et 31 sont alignés.

Les éléments articulés 18, 30 et 33 sont, eux aussi,

alignés Ainsi, dans chaque état d'élongation quel-

conque de la membrane, on obtient deux triangles 16 - semblables dont l'un est formé par les positions des éléments articulés 30, 31 et 33 et dont l'autre est formé par les positions des éléments articulés 16, 18 et 30 Il en résulte un agrandissement précisément linéaire entre l'élongation de la carcasse de bobine mobile et celle de la membrane, cette dernière s'effectuant, à cause de l'excellent guidage rectiligne, dans un sens correspondant à celui de la ligne 35 De ce fait, le mécanisme à levier ne contribue pratiquement pas à la distorsion du signal de sortie dutransducteur La membrane 1 est

réalisée comme une membrane en forme de dÈme Toute-

fois, il est également possible d'utiliser d'autres formes de membrane, éventuellement avec quelques modifications du dispositif à levier Ainsi, pour commander une membrane plate, il sera nécessaire d'intercaler une tige supplémentaire entre l'élément articulé 14 et la membrane de façon à permettre ause bien des prolongations positives que des prolongations

négatives de la membrane plate Toutefois, en inter-

calant une tige supplémentaire entre l'élément articulé 14 et la membrane 1, on augmente la masse mobile du système Cette augmentation constitue un inconvénient du fait qu'elle diminue l'efficacité

du transducteur électro-acoustique.

De ce qui précède il ressort que l'effica-

cité d'un transducteur muni du dispositif à levier de la figure 1 est inférieure à l'efficacité d'un même transducteur (comportant une membrane du même

genre) muni du dispositif à levier de la figure 2.

En effet, dans le mode de réalisation de la figure 1,

la seconde tige 20 effectue une translation corres-

pondant à la translation (élongation) de la membrane.

Dans ce cas, la masse mobile est sensiblement égale à la somme des masses de la membrane 1, de la seconde

_ 17 _

tige 20 et de l'ensemble de la carcasse de bobine mobile et de la bobine mobile Dans le dispositif à levier de la figure 2, il n'est pas interposé de

tige entre le bras dd levier 9 et la membrane 1.

La masse mobile est donc plus petite et l'efficacité est plus grande La seconde tige 32 de la figure 2 n'effectue qu'une rotation (très petite) et n'opère

pas de translation.

En l'occurrence, pour l'élément élastique 36 couplé entre le pourtour extérieur de la membrane 1 et le châssis 26 du transducteur, on a choisi un type plutôt conventionnel en respectant, de toute évidence, l'exigence que l'élément élastique 36

permet l'élongation maximale du transducteur Toute-

fois, un élément élastique de ce genre ne convient pas pour de grandes élongations de membrane En effet, le comportement non linéaire de l'élément élastique surtout dans le cas de grandes élongations, provoque une grande distorsion dans le signal de sortie du transducteur Sur la figure 3, on a représenté schématiquement une coupe du soufflet en accordéon connu du brevet américain No 3 019 849 Ce soufflet,

en effet, permet de grandes élongations de membrane.

Toutefois, ce soufflet connu présente l'inconvénient de contribuer au signal de sortie acoustique du transducteur Cette contribution est indésirable du fait que seule la membrane doit produire le signal de sortie acoustique du transducteur L'origine de la contribution acoustique du soufflet au signal de sortie du transducteur peut être expliquée en regard de la figure 3 La coupe du soufflet 40 par un plan perpendiculaire au sens du mouvement de la membrane (sens indiqué par les flèches 41 sur la figure 3) fournit une ligne Cette ligne est une ligne fermée et, si le soufflet est circulaire, elle

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forme un cercle La longueur de cette ligne (la longueur périphérique du cercle) varie lorsque le plan précité est décalé dans un sens correspondant aux flèches 41 Ainsi, on a représenté des lignes 42 de longueur minimale s'étendant aux endroits oh le soufflet est le plus étroit, et des lignes 43 de longueur maximale, s'étendant aux endroits oh le soufflet est le plus large (ou le plus épais) Les lignes en traits interrompus 44 et 44 ' relient les centres (tels que 45 et 45 ') respectivement des

catés 46 et 46 ' du soufflet.

Si le soufflet de la figure 3 est utilisé dans un transducteur électroacoustique, l'espace 47 à l'intérieur du soufflet est un espace clos qui est enfermé, d'une part, par la paroi du soufflet et, d'autre part, par le haut, par la membrane et, par le bas, par le système magnétique du transducteur électro-acoustique. Si à la suite d'une élongation de la membrane, le soufflet est étendu dans un sens indiqué par

les flèches 41 (en supposant, pour plus de simplici-

té, que cette-élongation provoque tant l'abaissement de la face inférieure du soufflet de la figure 3 que la remontée de la face supérieure du soufflet de la figure 3, alors que le milieu reste à peu près en place), il se produit une dépression dans l'espace 47 De ce fait, les centres 45 et 45 ' se déplacent non seulement dans le sens d'élongation 41 de la membrane, mais encore respectivement vers la droite et vers la gauche, suivant la représentation de la figure 3 Le soufflet devient plus mince Sur la figure 3, cela est représenté par le fait que, lors de cette extension du soufflet, les lignes en traits interrompus 44 et 44 ' charent en des lignes en traits interrompus 48 et 48 ' reliant respectivement les

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centres 45 et les centres 45 ' à l'état étendu du soufflet Par contre, lors de la compression du soufflet, il se produit une surpression dans l'espace 47 Les centres 45 et 45 t se déplacent alors non seulement dans le sens d'élongation 41 de la membrane, mais encore respectivement vers la gauche et vers la droite, selon la représentation de la figure 3 Le soufflet devient plus épais Sur la figure 3, cela est illustré par le fait que lors de cette compression du soufflet, les lignes en traits interrompus 44 et 44 ' changent en des lignes en traits interrompus 49 et 49 ' reliant respectivement les centres 45 et les centres 45 ' à l'état comprimé du soufflet Cela provoque l'émission d'un signal acoustique par la paroi de soufflet Comme déjà dit, cette contribution au signal de sortie acoustique

du transducteur est indésirable.

La figure 4 illustre un transducteur électro-acoustique muni d'un soufflet en accordéon conforme à l'invention dans un mode de réalisation dans lequel la contribution acoustique du soufflet se trouve sensiblement réduite La mesure conforme à l'invention consiste à munir le soufflet de moyens de renforcement à l'endroit d'un certain nombre de sections égales perpendiculaires au sens du mouvement de la membrane pour maintenir ces sections au moins pratiquement constantes, même lors d'une élongation de la membrane Cela peut être réalisé, par exemple, par la pose de bagues rigides autour du soufflet (dans le soufflet) Pour le soufflet de la figure 4, ce sont les sections suivant les lignes 43 qui restent constantes, c'est-à-dire les sections pour lesquelles,

à l'état de repos de la membrane, la longueur péri-

phérique est la plus grande Sur la figure 4, cela

a été obtenu par la pose des bagues 52 Le fonctionne-

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ment du soufflet est illustré par le schéma de la

figure 5.

La figure 5 représente la partie du soufflet de la figure 4 qui est indiquée par la référence V. Dans un état de repos du soufflet (c'est-àdire dans un état de non-élongation de la membrane), les deux bagues du soufflet formées par les parties de soufflet situées entre les deux lignes 43 d'une part et la seule ligne 42 d'autre part, forment un angle de 2 e Cela signifie que l'angle formé par les portions AB et AC de la figure 5 est de 2 e Dans un état étendu du soufflet, les bagues forment

un plus grand angle / = 2 (OL+ d OL).

Or, suivant la mesure conforme à l'invention, la longueur périphérique des lignes 43 doit être constante tant à l'état de repos qu'à l'état étendu du soufflet Cela est représenté sur la figure 5 par l'alignement des points E, B, C et F. La différence de surface entre le triangle

ABC et le triangle EDF est une mesure de la contri-

bution acoustique de l'élément élastique 50 au signal de sortie du transducteur La surface du triangle ABC est égale à 1 sin GL eos, ( 1) et la surface du triangle DEF est égale à 1 sin ( i + d OL)cos(O + d OL), ( 2) de sorte que la différence est égale à 12 l sin (Oc+ d Oi)cos(o+d OL)sin&Lcos X 3 ( 3) Dans ce qui précède, on a supposé que les longueurs des portions AB, AC, DE et DF sont toutes égales à 1. En différenciant l'expression ( 3) en U il est possible

de calculer que la contribution du soufflet, c'est-à-

dire le 'résultat de l'expression ( 3), est minimale

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si 3 L= 4 v O, ce qui signifie que l'angle formé par les -surfaces des bagues doit être de 90 De préférence, selon l'élongation maximale de la membrane, l'élément élastique est réalisé de façon que, pour un état d'élongation quelconque de la membrane, l'angle formé par deux bagues du soufflet subit une variation maximale de + 300 par rapport à cette valeur de 90 Cela signifie que 600 < /, < 1200 De cette façon, il est possible de réduire au minimum la contribution acoustique du soufflet Dans le transducteur de la figure 4, le

choix des sections à maintenir constantes est efféc-

tivement déterminé par le fait que la fixation du soufflet à la membrane 1 d'une part et au châssis 26 d'autre part est réalisée suivant une ligne de longueur maximale Evidemment, la fixation du soufflet à la membrane et au châssis (en l'occurrence une ligne de longueur maximale) ne changera pas

de longueur au cours d'une élongation de la membrane.

Voilà pourquoi, en l'occurrence, les lignes 43 seront celles qui doivent garder une valeur constante, même au cours d'une élongation D'autre part, il aurait été possible de fixer le soufflet à la membrane et au châssis suivant une ligne de longueur minimale Dans ce cas, les moyens de renforcement

doivent être disposés suivant les lignes 42 Toute-

fois, en général, le renforcement du soufflet peut s'effectuer également à des endroits situés entre les sections minimales et maximales, pourvu qu'à l'état de repos du soufflet, toutes ces sections

présentent une longueur périphérique égale.

Le soufflet en accordéon conforme à l'invention, tel que décrit ci-dessus en regard de la figure 5 convient généralement à tous les transducteurs électro-acoustiques dans lesquels

2 L 9427

22- il s'agit de diminuer la di 3 zjrsi-n due à La contribution acoustique des éléments élastiques connus, donc également dans des transducteu:rs suivant l'étart actuel de la technique On obtient alors la structure telle que représentée sur la figure 4. Toutefois, le soufflet convient très bien notamment dans des transducteurs électro-acoustiques à grande élongation, donc également dans le transducteur muni du mécanisme à levier conforme à l'invention,

comme représenté sur la figure 1 ou 2.

Il est à remarquer que l'invention n'est nullement limitée aux transducteurs électro-acoustiques

suivant les modes de réalisation décrits ci-dessus.

D'autres modes de réalisation qui, aux points relatifs à l'idée inventive, ne diffèrent pas de ceux décrits ci-dessus, entrent également dans le cadre de l'invention Ainsi, l'invention a également

trait à des transducteurs électro-acoustiques consti-

tués, par exemple, de transducteurs piézocéraiques dans lesquels l'actuateur électromécanique est un

élément piézocéramique à deux couches (bimorphe>.

Un tel élément (circulaire) peut 4 tre serré dans une partie centrale et être couplé à un point fixe, par exemple, le chassis du transducteur Le long du pourtour de l'élément piézocéramique, on peut prévoir au moins deux dispositifs à levier par l'intermédiaire desquels l'élément est couplé à

la membrane.

23 _

Claims

REVENDICATIONS:

1 Transducteur électro-acoustique muni d'une

membrane et d'un actuateur électromécanique, l'actua-

teur électromécanique étant couplé à la membrane par l'intermédiaire d'un dispositif à levier pour transmettre à la membrane le mouvement de l'actuateur

électromécanique, caractérisé en ce que le transduc-

teur comporte N dispositifs à levier qui forment un angle les uns avec les autres ou avec un axe central du transducteur (n > 2, alors que pour n = 2, ledit angle est inférieur à 180 et que pour n Ä 3, cet angle est de préférence égal à 3600 n 2 Transducteur électro-acoustique selon la revendication 1, muni d'un actuateur électromécanique constitué par un système magnétique et une bobine mobile supportée par une carcasse de bobine mobile et disposée dans un entrefer du système magnétique, caractérisé en ce qu'un dispositif à levier comporte un bras de levier qui, d'une part, est couplé à un point fixe à l'endroit d'une première position sur le bras de levier et qui, d'autre part, est couplé à la carcasse de bobine mobile à l'endroit d June deuxième position sur le bras de levier et qui, de troisième part, est couplé à la membrane à l'endroit d'une troisième position sur le bras de levier. 3 Transducteur électro-acoustique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'endroit de la première position, le bras de levier est couplé à un point fixe par l'intermédiaire d'un premier élément articulé, en ce qu'à l'endroit de la deuxième position, il est couplé à la carcasse de bobine mobile par l'intermédiaire d'un deuxième élément articulé, d'une première tige et d'un troisième élément articulé et en ce qu'à l'endroit

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de la troisième position, il est couplé à la membrane par l'intermédiaire d'un quatrième élément articulé, d'une seconde tige et d'un cinquième

élément articulé.

f 4 Transducteur électro-acoustique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'endroit de la troisième position, le bras de levier est couplé à la membrane par l'intermédiaire d'un premier élément articulé, en ce qu'à l'endroit de la deuxième position, il est couplé à la carcasse de bobine mobile par l'intermédiaire d'un deuxième élément articulé, d'une première tige et d'un troisième élément articulé et en ce qu'à l'endroit de la première position, il est couplé à un point fixe

par l'intermédiaire d'un quatrième élément articulé,.

d'une seconde tige et d'un cinquième élément articulé.

Transducteur électro-acoustique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier, le deuxième et le quatrième élément articulé d'une part et le premier, le troisième et le cinquième

élément articulé d'autre part sont alignés.

6 Transducteur électro-acoustique selon l'une

quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en

ce que les éléments articulés sont des ressorts à

lames et/ou des articulations à ressort en croix.

7 Transducteur électro-acoustique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins le premier, le deuxième et le quatrième élément

articulé sont des articulations à ressort en croix.

8 Transducteur électro-acoustique selon l'une

quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé

en ce que le point fixe se trouve dans la carcasse de bobine mobile ou dans le prolongement de celle-ci et en ce qu'il est fixé à la partie du système magnétique située à l'intérieur de-la carcasse de -

bobine mobile.

9 Transducteur électro-acoustique muni d'une membrane et d'un élément élastique fixé tant au pourtour extérieur de la membrane qu'à un châssis du transducteur, élément élastique qui est réalisé sous forme d'un soufflet en accordéon, caractérisé en ce qu'à l'endroit d'un certain nombre de sections égales perpendiculaires au sens du mouvement de la

membrane, le soufflet est muni de moyens de renforce-

ment servant à maintenir ces sections au moins pratiquement constantes, même lors d'une élongation

de la membrane.

Transducteur électro-acoustique selon l'une

quelconque des revendications I à 8, caractérisé en

ce que le transducteur est muni d'un élément élas-

tique qui est fixé tant au pourtour extérieur de la membrane qu'à un chêssis du transducteur et qui est réalisé sous forme d'un soufflet en accordéon, et en ce qu'à l'endroit d'un certain nombre de sections égales, perpendiculaires au sens du mouvement de la

membrane, le soufflet est muni de moyens de renforce-

de la membrane.

11 Transducteur électro-acoustique selon l'une

quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé

en ce que les moyens de renforcement sont prévus à l'endroit des sections pour lesquelles, dans un état de non-élongation de la membrane, la longueur

périphérique est la plus grande.

12 Transducteur électro-acoustique selon l'une

quelconque des revendications 9, 10 et 11, caractérisé

en ce que les surfaces de deux bagues successives du soufflet, bagues qui sont obtenues en coupant le soufflet par trois plans perpendiculaires au sens

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du mouvement de la membrane, les sections communes au premier et au troisième plan d'une part et le soufflet d'autre part fournissant des lignes ayant

la longueur périphérique la plus faible (ou, inverse-

ment, la plus grande), et la section du troisième plan situé entre le premier et le troisième plan fournissant une ligne ayant la longueur la plus grande (ou, inversement, la plus faible), se rencontrent sous un angle de 2 QY, alors qu'à l'état de non-élongation de la membrane, cet angle est au

moins égal à 900.

13 Transducteur électro-acoustique selon la revendication 12, caractérisé en ce que dans chaque état d'élongation de la membrane, l'angle sous lequel se rencontrent lesdites deux bagues, se

situe toujours entre 600 et 1200.