FR2565058A1 - Loudspeaker diaphragm - Google Patents

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Abstract

The purpose of the invention is to increase the rigidity of the diaphragm 1 of a loudspeaker comprising a plate 10 made of a low density material. For this purpose, at least one of the faces of the plate 10 is covered with a rigid skin 11; 12. Preferably, the plate is made of polymethylmethacrylate foam having a thickness E of between 2 and 8 mm, and the skin is metallic, aluminium for example, and has a thickness e of between 5 and 200 mu m. The skin may be fixed to the plate by gluing or by adhesion.

Description

DIAPHRAGME DE HAUT-PARLEUR
La présente invention concerne un diaphragme ou membrane de haut-parleur comprenant une plaque en un matériau de faible densité.SPEAKER DIAPHRAGM
The present invention relates to a diaphragm or speaker membrane comprising a plate made of a low density material.

En général, une telle plaque est un disque en une résine synthétique. Lorsque cette plaque constitue le diaphragme d'un haut-parleur, celui-ci presente une bande passante ayant une fréquence de coupure supérieure relativement faible. Ceci est du d'une part, à la masse du diaphragme et d'autre part, à la rigidité insuffisante du diaphragme. In general, such a plate is a disc made of a synthetic resin. When this plate constitutes the diaphragm of a loudspeaker, the latter has a bandwidth having a relatively low upper cutoff frequency. This is due, on the one hand, to the mass of the diaphragm and, on the other hand, to the insufficient rigidity of the diaphragm.

La présente invention vise à augmenter la rigidité d'un diaphragme comprenant une plaque en un matériau de faible densité. The present invention aims to increase the rigidity of a diaphragm comprising a plate made of a low density material.

A cette fin, un tel diaphragme est caractérisé en ce que l'une des faces de la plaque est recouverte par une peau rigide. De préférence, les deux faces de la plaque sont recouvertes par des peaux rigides, par exemple en métal tel qu'aluminium. Les peaux sont plaquées contre les faces de la plaque par collage ou adhésion. To this end, such a diaphragm is characterized in that one of the faces of the plate is covered by a rigid skin. Preferably, the two faces of the plate are covered by rigid skins, for example made of metal such as aluminum. The skins are pressed against the faces of the plate by bonding or adhesion.

Le premier mode de déformation axiale symétrique d'un tel diaphragme peut etre représenté par la relation
2 w fl g où fl est la fréquence du premier mode de déformation, B le module de l'élasticité complexe à la flexion du matériau du diaphragme et p la masse surfacique du matériau.The first symmetrical axial deformation mode of such a diaphragm can be represented by the relation
2 w fl g where fl is the frequency of the first mode of deformation, B the modulus of the elastic elasticity with the bending of the material of the diaphragm and p the surface mass of the material.

L'expérience montre que l'adjonction des peaux rigides sur la plaque pour constituer un diaphragme selon l'invention augmente la fréquence fl ainsi que la masse surfacique p dans un rapport R pouvant être égal à 2, comparativement à un diaphragme constitué uniquement par la plaque. D'après la relation ci-dessus, le module de flexion B' pour un diaphragme en matériau composite selon l'invention est ainsi égal au produit R3 B, où B est le module de flexion du diaphragme comprenant uniquement la plaque. Experience shows that the addition of rigid skins to the plate to form a diaphragm according to the invention increases the frequency f1 as well as the surface mass p in a ratio R which can be equal to 2, compared to a diaphragm formed solely by the plate. According to the above relation, the flexural module B 'for a diaphragm in composite material according to the invention is thus equal to the product R3 B, where B is the flexural module of the diaphragm comprising only the plate.

I1 apparat que pour augmenter la fréquence fl correspondant approximativement à la limite supérieure de la bande passante du haut-parleur, on doit augmenter le module de flexion B, ou diminuer la masse surfacique p. De préférence, B est augmenté et p est diminué afin d'améliorer le rendement énergétique du transducteur mécano-acoustique que constitue le diaphragme. It appears that to increase the frequency f1 corresponding approximately to the upper limit of the passband of the loudspeaker, one must increase the bending modulus B, or decrease the surface mass p. Preferably, B is increased and p is decreased in order to improve the energy efficiency of the mechanical-acoustic transducer that constitutes the diaphragm.

Par ailleurs, une peau rigide constituant la face avant du diaphragme protège le diaphragme contre des poussières et des choes éventuels et améliore l'esthétique de l'avant du haut-parleur, parfois visible. Un panneau d'habillage tel qu'une grille ou toile n'est pas nécessaire. In addition, a rigid skin constituting the front face of the diaphragm protects the diaphragm against dust and possible shocks and improves the aesthetics of the front of the loudspeaker, which is sometimes visible. A covering panel such as a grid or canvas is not necessary.

D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante d'une réalisation préférée d'un diaphragme selon l'invention pour haut-parleur électrodynamique montré en coupe axiale dans la figure unique annexée. Other characteristics of the invention will appear more clearly on reading the following detailed description of a preferred embodiment of a diaphragm according to the invention for electrodynamic loudspeaker shown in axial section in the attached single figure.

La réalisation illustrée dans la figure est relative à un diaphragme 1 selon l'invention pour un haut-parleur spécialisé dans la reproduction de fréquences basses et moyennes. The embodiment illustrated in the figure relates to a diaphragm 1 according to the invention for a loudspeaker specialized in the reproduction of low and medium frequencies.

Le diaphragme 1 responsable de l'émission sonore est sous la forme d'un disque mince, rigide et léger, en un matériau composite selon l'invention. Le contour du disque est ici circulaire, elliptique, ou ovale. Le diaphragme 1 est disposé à l'avant du haut-parleur ayant une forme générale de révolution autour d'un axe
Y'Y. Un tronc de cône rigide 13, par exemple en cellulose, relie le diaphragme 1 à un moteur électrodynamique 2 du haut-parleur. Le diaphragme 1 et le tronc de cône 13 sont coaxiaux à l'axe Y'Y. Une grande base 131 à l'avant du tronc de cône 13 est collée contre une face arrière 11 du diaphragme 1, au niveau d'une zone nodale de vibration, caractéristique du diaphragme. Une petite base 132 à l'arrière du tronc de cône 13 est collée à l'avant d'un mandrin cylindrique 21 supportant une bobine mobile 22 du moteur 2.The diaphragm 1 responsible for the sound emission is in the form of a thin, rigid and light disc, made of a composite material according to the invention. The contour of the disc is here circular, elliptical, or oval. The diaphragm 1 is arranged in front of the loudspeaker having a general shape of revolution around an axis
Y'Y. A rigid truncated cone 13, for example made of cellulose, connects the diaphragm 1 to an electrodynamic motor 2 of the loudspeaker. The diaphragm 1 and the truncated cone 13 are coaxial with the axis Y'Y. A large base 131 at the front of the truncated cone 13 is glued against a rear face 11 of the diaphragm 1, at the level of a nodal vibration zone, characteristic of the diaphragm. A small base 132 at the rear of the truncated cone 13 is glued to the front of a cylindrical mandrel 21 supporting a moving coil 22 of the motor 2.

Le moteur 2 comprend un circuit magnétique classique, coaxial à l'axe Y'Y. Le circuit magnétique est constitué par un aimant permanent cylindrique creux 23 enserré entre une plaque polaire avant annulaire 24 et une plaque polaire arrière discoide 25, et par un noyau cylindrique 26. Le noyau 26 est fixé sur la plaque polaire arrière 25, au centre de l'aimant 23 et de la plaque polaire avant 24 et forme avec la plaque 24, un entrefer annulaire 27 dans lequel se déplace la bobine 22 à l'arrière du mandrin 21.  The motor 2 comprises a conventional magnetic circuit, coaxial with the axis Y'Y. The magnetic circuit is constituted by a hollow cylindrical permanent magnet 23 enclosed between a front annular pole plate 24 and a discoid rear pole plate 25, and by a cylindrical core 26. The core 26 is fixed on the rear pole plate 25, in the center of the magnet 23 and the front pole plate 24 and forms with the plate 24, an annular air gap 27 in which the coil 22 moves behind the mandrel 21.

Le haut-parleur comporte également classiquement un châssis, ici tronconique, ou "saladier" 3 ayant une petite base 31 fixée sur une face avant de la plaque polaire 24. La petite base 132 du tronc de cône 13 solidaire de l'avant du mandrin 21 supportant la bobine mobile 22 est fixée au châssis 3 par une suspension interne annulaire ondulée 14, parallèle à la plaque polaire avant 24 et au-dessus de celle-ci. Une suspension externe annulaire 15 ayant une section radiale semi-circulaire relie le bord peripherique de la face avant 12 du diaphragme 1 à la grande base supérieure avant 32 du châssis 3. Les périphéries internes et externes des suspensions 14 et 15 sont de préférence collées aux éléments correspondants 21, 1 et 3. The loudspeaker also conventionally comprises a chassis, here frustoconical, or "salad bowl" 3 having a small base 31 fixed on a front face of the pole plate 24. The small base 132 of the truncated cone 13 secured to the front of the mandrel 21 supporting the voice coil 22 is fixed to the frame 3 by a corrugated annular internal suspension 14, parallel to the front pole plate 24 and above it. An annular external suspension 15 having a semi-circular radial section connects the peripheral edge of the front face 12 of the diaphragm 1 to the large front upper base 32 of the chassis 3. The internal and external peripheries of the suspensions 14 and 15 are preferably glued to the corresponding elements 21, 1 and 3.

Selon d'autres variantes, la structure du haut-parleur décrite ci-dessus peut être modifiée
- en remplaçant le tronc de cône 13 par un ou plusieurs éléments rigides appropriés reliant la zone nodale 131 du diaphragme 1 à l'élément mobile 21-22 du moteur duhaut-parleur, ou par une liaison directe, par collage par exemple, à une extrémité de l'élément mobile 21-22, telle qu'un prolongement avant du mandrin 21
- en remplaçant le moteur électromécanique 2 par un transducteur pièzo-électrique
- en ajoutant une ou plusieurs suspensions reliant l'élément rigide 13 au châssis 3
- en remplaçant les suspensions 14 et 15 par une ou plusieurs suspensions connues par exemple plates élastiques ou ayant d'autres sections radiales ;;
- en prevoyant un dôme cache-poussiere sur l'avant de l'élément mobile 21-22 pour fermer l'ouverture avant du moteur, notamment lorsque l'élément rigide, tel que le tronc de cône 13, est ajouré
- en decoupant le diaphragme responsable de l'émission sonore 1 suivant un contour autre que circulaire par exemple rectangulaire ou carré, ou plus généralement polygonal ou de forme quelconque ;
- en déformant et découpant le diaphragme plan en un dôme par exemple sphérique ou en un dièdre.According to other variants, the loudspeaker structure described above can be modified
- by replacing the truncated cone 13 by one or more suitable rigid elements connecting the nodal zone 131 of the diaphragm 1 to the movable element 21-22 of the loudspeaker motor, or by a direct connection, by gluing for example, to a end of the movable element 21-22, such as a front extension of the mandrel 21
- by replacing the electromechanical motor 2 with a piezoelectric transducer
- by adding one or more suspensions connecting the rigid element 13 to the chassis 3
- by replacing suspensions 14 and 15 by one or more known suspensions, for example elastic plates or having other radial sections;
- by providing a dust cover dome on the front of the movable element 21-22 to close the front opening of the engine, in particular when the rigid element, such as the truncated cone 13, is perforated
- by cutting the diaphragm responsible for the sound emission 1 along a contour other than circular, for example rectangular or square, or more generally polygonal or of any shape;
- by deforming and cutting the flat diaphragm into a dome, for example spherical or a dihedral.

Le matériau composite qui constitue le diaphragme 1 selon l'invention est composé d'une plaque pleine ou perforée 10 et de deux peaux rigides 11 et 12 plaquées par collage ou adhésion contre les deux grandes faces de la plaque 10 respectivement. The composite material which constitutes the diaphragm 1 according to the invention is composed of a solid or perforated plate 10 and two rigid skins 11 and 12 pressed by gluing or adhesion against the two large faces of the plate 10 respectively.

La plaque 10 est découpée dans un matériau ayant une très faible densité, tel qu'une matière plastique ou une résine synthétique. De préférence, ce matériau est une mousse de polyméthyméthacrylate "PMMA", telle que du ROHACELL (marque déposée), ayant une masse volumique comprise entre 20 et 80 kg/m3. The plate 10 is cut from a material having a very low density, such as a plastic or a synthetic resin. Preferably, this material is a polymethymethacrylate "PMMA" foam, such as ROHACELL (registered trademark), having a density of between 20 and 80 kg / m3.

La plaque 10 a une épaisseur E comprise entre 2 et 8 mm.The plate 10 has a thickness E of between 2 and 8 mm.

Les peaux Il et 12 formant les faces arrière et avant du diaphragme 1 sont métalliques, ou en un autre matériau présentant une raideur suffisante, tel qu'une feuille composée de fibres de carbone ou de graphite. Selon une autre variante, les peaux 11 et 12 sont obtenues par thermoformage d'une faible épaisseur des faces du matériau de faible densité. Les peaux 11 et 12 ont une épaisseur e comprise entre 5 et 200 pm.  The skins II and 12 forming the rear and front faces of the diaphragm 1 are made of metal, or of another material having sufficient stiffness, such as a sheet composed of carbon fibers or graphite. According to another variant, the skins 11 and 12 are obtained by thermoforming of a small thickness of the faces of the low density material. The skins 11 and 12 have a thickness e of between 5 and 200 μm.

Selon une réalisation préférée pour un haut-parleur tel que décrit ci-dessus en référence à la figure, le diaphragme 1 est un disque ayant un diamètre D égal à 119 mm, formé par une plaque plate 10 en mousse de PMMA ayant une épaisseur de 6 mm et par deux peaux 11 et 12 en aluminium écroui ayant une épaisseur de 38 pm. Le cercle nodal 131, le long duquel est réalisée la liaison de la peau arrière 11 et de la grande base du tronc de cône 13, a un diamètre d égal à 84 mm. According to a preferred embodiment for a loudspeaker as described above with reference to the figure, the diaphragm 1 is a disc having a diameter D equal to 119 mm, formed by a flat plate 10 of PMMA foam having a thickness of 6 mm and by two skins 11 and 12 of work hardened aluminum having a thickness of 38 μm. The nodal circle 131, along which the connection of the rear skin 11 and the large base of the truncated cone 13 is made, has a diameter d equal to 84 mm.

Le diaphragme 1 en matériau composite tel que défini ci-dessus a une masse de 7,2 g environ et présente une fréquence de premier mode de déformation axial symétrique (déformée sphérique) égale à 3,5 kHz environ. Ces valeurs sont comparativement plus élevées que la masse de 3,6 g et la fréquence du premier mode de déformation de 1,7 kHz pour un élément responsable de l'émission sonore uniquement constitué par la plaque 10 définie ci-dessus.  The diaphragm 1 made of composite material as defined above has a mass of approximately 7.2 g and has a frequency of first symmetrical axial deformation mode (spherical deformation) equal to approximately 3.5 kHz. These values are comparatively higher than the mass of 3.6 g and the frequency of the first deformation mode of 1.7 kHz for an element responsible for the sound emission solely constituted by the plate 10 defined above.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1 - Diaphragme de haut-parleur (1) comprenant une plaque (10) en un matériau de faible densité, caractérisé en ce que l'une des faces de la plaque (10) est recouverte par une peau rigide (11 ; 12). 1 - Loudspeaker diaphragm (1) comprising a plate (10) made of a low density material, characterized in that one of the faces of the plate (10) is covered by a rigid skin (11; 12). 2 - Diaphragme conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les deux faces de la plaque (10) sont recouvertes par deux peaux rigides (11, 12). 2 - Diaphragm according to claim 1, characterized in that the two faces of the plate (10) are covered by two rigid skins (11, 12). 3 - Diaphragme conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque (10) est en une matière plastique ou une résine synthétique. 3 - Diaphragm according to claim 1 or 2, characterized in that the plate (10) is made of a plastic or a synthetic resin. 4 - Diaphragme conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque (10) est une mousse de polyméthylméthacrylate, telle que du ROHACELL (marque déposée). 4 - Diaphragm according to claim 3, characterized in that the plate (10) is a polymethylmethacrylate foam, such as ROHACELL (registered trademark). 5 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque (10) a une épaisseur (E) comprise entre 2 et 8 mm. 5 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plate (10) has a thickness (E) between 2 and 8 mm. 6 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la peau (11 ; 12) est plaquée contre la plaque (10) par collage ou adhésion. 6 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the skin (11; 12) is pressed against the plate (10) by bonding or adhesion. 7 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la peau (11 ; 12) est métallique, de préférence en aluminium. 7 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the skin (11; 12) is metallic, preferably aluminum. 8 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la peau (11 ; 12) est une feuille de fibres de carbone ou de graphite. 8 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the skin (11; 12) is a sheet of carbon fibers or graphite. 9 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la peau (11 ; 12) est obtenue par thermoformage d'une faible épaisseur d'une face du matériau de faible densité lui-même. 9 - A diaphragm according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the skin (11; 12) is obtained by thermoforming a small thickness of one face of the low density material itself. 10 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la peau (11 ; 12) a une épaisseur (e) comprise entre 5 et 200 pm. 10 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the skin (11; 12) has a thickness (e) between 5 and 200 pm. 11 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une zone nodale (131) d'une face arrière (11) du diaphragme (1) est reliée à un élément mobile (21, 22) d'un moteur (2) du haut-parleur. 11 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a nodal zone (131) of a rear face (11) of the diaphragm (1) is connected to a movable element (21, 22) a motor (2) of the loudspeaker. 12 - Diaphragme conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que la zone nodale (131) est reliee directement à l'élément mobile (21, 22), de préférence par collage. 12 - Diaphragm according to claim 11, characterized in that the nodal zone (131) is connected directly to the movable element (21, 22), preferably by gluing. 13 - Diaphragme conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que la zone nodale (131) est reliée à l'élément mobile (21, 22) par l'intermédiaire d'un élément rigide (13), de préférence en cellulose. 13 - Diaphragm according to claim 11, characterized in that the nodal zone (131) is connected to the movable element (21, 22) via a rigid element (13), preferably made of cellulose. 14 - Diaphragme conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément rigide est un tronc de cône (13) ayant une base (131) fixée à la zone nodale1 de préférence par collage, et une autre base fixée à l'élément mobile (21, 22), de préférence par collage. 14 - Diaphragm according to claim 13, characterized in that the rigid element is a truncated cone (13) having a base (131) fixed to the nodal area1 preferably by gluing, and another base fixed to the element mobile (21, 22), preferably by gluing. 15 - Diaphragme conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il a un contour circulaire, elliptique, ovale ou polygonal.  15 - Diaphragm according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it has a circular, elliptical, oval or polygonal outline.
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