FR3024630A1 - Haut-parleur compact incluant une membrane comprenant des plis radiaux - Google Patents

Abstract

Haut-parleur (1) compact contenant une membrane (6) comprenant des plis radiaux et un premier tube (12) traversant le milieu de la membrane (6), un bobinage (15) attaché audit tube, de sorte à pouvoir être déplacés par un moyen d'aimantation fixe (16) solidaires du fond (4) d'un châssis (2), dans lequel est suspendu la membrane (6), le haut-parleur se caractérise en ce que la membrane comprend : - un dôme (22) reposant sur une base (24) entourant le premier tube (12) et le moyen d'aimantation fixe (16) ; et - une zone périphérique (25) s'étendant radialement de la base (24) pour former un cône creux s'élargissant en direction du dôme (22), le contour de la base du cône délimitant un bord (8) de la membrane ; et - plusieurs plis (26) s'étendant radialement de la base (24) en direction du bord (8) de la membrane.

Description

HAUT-PARLEUR COMPACT INCLUANT UNE MEMBRANE COMPRENANT DES PLIS RADIAUX DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine technique des transducteurs acoustiques. Plus particulièrement, l'invention a trait à un haut-parleur, dédié à la production de basses fréquences. Un haut-parleur selon la présente demande vise à être le plus compact possible afin de pouvoir fonctionner dans un espace confiné, comme par exemple une portière d'un véhicule ou un caisson destiné à être placé sous un siège du véhicule. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Un haut-parleur a pour fonction de convertir un signal électrique en un signal sonore. Pour cela, il comprend une membrane, maintenue à un châssis par l'intermédiaire de moyens de suspension, mise en mouvement par l'intermédiaire d'un moteur magnétique constitué d'un bobinage couplé à un aimant permanent fixé au châssis du haut-parleur. Le bobinage alimenté par le signal électrique, est lié à la membrane par l'intermédiaire d'un tube centré sur le milieu de la membrane, généralement dénommé « support de bobine ». Le déplacement de la membrane entraine la mise en mouvement de masses d'air, formant des ondes acoustiques dont la fréquence et l'intensité sont proportionnelles à celles des variations du signal électrique.

Pour produire un son grave de qualité, dont les fréquences reproduites sont typiquement inférieures à 200Hz, la membrane d'un haut-parleur doit satisfaire au moins deux critères : être rigide et légère. En effet, pour produire un son grave maîtrisé, la membrane doit être rigide afin de ne pas se déformer lors de son déplacement. Elle doit également être légère pour pouvoir être accélérée rapidement par le moteur magnétique, afin de reproduire fidèlement les variations du signal électrique. L'emploi de membranes de forme conique permet de satisfaire ces deux critères. La forme conique permet de renforcer la rigidité d'une membrane dont le poids a été réduit, en diminuant son épaisseur.

Malheureusement, cette solution n'est plus adaptée lorsque l'espace disponible pour le haut-parleur est limité. C'est par exemple le cas lorsqu'on souhaite intégrer un haut-parleur dans une portière ou un caisson de basse (appelé « woofer » ou « sub-woofer » -2- en anglais), destiné à être placé sous le siège d'une voiture. En effet, le haut-parleur doit être suffisamment compact pour ne pas dépasser de la portière ou être placé sous le siège de la voiture. Pour cela, il est nécessaire de diminuer sa hauteur, la hauteur étant définie dans la présente demande comme étant une direction parallèle au sens de déplacement de la membrane. Une solution proposée par le document EP 1654908 B1 consiste à réduire la hauteur du haut-parleur en diminuant la hauteur de la membrane, en privilégiant une membrane de forme plate. Afin de permettre à la membrane de tenir le grave, sans augmenter son épaisseur, la membrane 104 illustrée à la figure 1, comprend des plis 104c s'étendant radialement du tube de support 106b jusqu'à sa périphérie 104a. La présence de ces plis est nécessaire afin que la membrane fonctionne en mode « piston ». En contrepartie, les plis ont pour inconvénient de s'étendre sous la membrane, leur profondeur étant maximale au centre 104A de la membrane 104. La présence de ces plis réduit l'espace disponible entre la membrane 104 et le châssis 101. Plus précisément, la hauteur disponible sous la membrane décroît rapidement lorsqu'on se déplace du centre de la membrane vers sa périphérie. L'espace disponible pour l'aimant permanent 105 est donc fortement limité par la présence de ces plis. Afin d'éviter que les plis heurtent l'aimant permanent lors du déplacement de la membrane, il est nécessaire d'employer des aimants permanents plus compacts. La diminution de la taille de l'aimant permanent doit être compensée par l'utilisation de matériaux aux propriétés magnétiques plus performantes et donc plus chers, pour conserver les propriétés dynamiques du haut-parleur. La présence des plis 104c sous la membrane nécessite ainsi l'utilisation d'aimants permanents coûteux, ce qui représente un désavantage notable pour la commercialisation de haut-parleur de faible hauteur. L'invention a pour objet de remédier à ce désavantage, en proposant un haut-parleur compact, plus précisément de faible hauteur, de sorte à pouvoir être inséré dans un logement étroit et qui soit apte à produire des signaux acoustiques de basses fréquences de qualité, pour un coût de revient moindre. DESCRIPTION DE L'INVENTION Pour résoudre la problématique décrite ci-dessus, la présente demande propose un haut-parleur compact comprenant un châssis composé d'un fond et d'une ouverture principale en vis-à-vis du fond. Le haut-parleur comprend une membrane suspendue à -3- l'intérieur du châssis par l'intermédiaire de moyens de suspension liés au châssis. La membrane est positionnée dans le châssis de sorte que la face supérieure de la membrane est orientée vers l'extérieur du châssis et la face inférieure de ladite membrane est en vis-à-vis du fond du châssis.

Le haut-parleur comprend en outre un premier tube centré sur le milieu de la membrane. Ce premier tube est attaché à la face inférieure de la membrane par des moyens connus. Un bobinage apte à être alimenté par un courant électrique est attaché au premier tube qui forme ainsi le support de bobine, de sorte à pouvoir être déplacé par un moyen d'aimantation fixe solidaire du fond du châssis, par l'intermédiaire d'une force magnétique établie entre le bobinage et le moyen d'aimantation. Le moteur magnétique peut être formé par un aimant permanent, voire un électroaimant.

Le haut-parleur se caractérise en ce que la membrane comprend : - en son centre, un dôme reposant sur une base entourant le premier tube sur lequel est attaché le bobinage, et apte à entourer le moyen d'aimantation fixe; et - une zone périphérique s'étendant radialement de la base pour former un cône creux s'élargissant en direction du dôme, le contour de la base du cône délimitant un bord de la membrane ; et - plusieurs plis s'étendant radialement de la base en direction du bord de la membrane.

Autrement dit, une membrane selon l'invention comprend une zone périphérique, prenant appui sur la base d'un dôme, pour s'étendre radialement en direction de l'ouverture principale du châssis. Autrement dit, la zone périphérique forme un cône creux et tronqué, dont le sommet est lié à la base du dôme et la base du cône tronqué est plus proche de l'ouverture principale du châssis que de son fond. De façon avantageuse, la base permet d'abaisser le sommet tronqué du cône creux par rapport au dôme de la membrane. De ce fait, pour une hauteur de cône similaire, la base du dôme permet avantageusement de diminuer la hauteur de la membrane par rapport à son centre, en comparaison avec une membrane ne comprenant pas une telle base. Cela permet avantageusement, pour une même hauteur de cône creux, de déplacer le dôme en direction du bord de la membrane de manière à créer un volume disponible plus important sous son dôme. -4- De préférence, le bord de la membrane ne dépasse pas le sommet du dôme. Autrement dit, le bord de la membrane est situé en-dessous ou au niveau de celui-ci, afin de limiter la hauteur de la membrane à la hauteur de son cône. Bien entendu, à l'inverse, le bord de la membrane peut dépasser le sommet du dôme lorsque la hauteur disponible pour le fonctionnement du haut-parleur est plus importante. Selon l'invention, la zone périphérique de la membrane comprend plusieurs plis prenant appui sur la base du dôme, pour s'étendre radialement vers le bord de la membrane. Autrement dit, la profondeur des plis peut diminuer de façon constante de la base vers le bord de la membrane. Ainsi, dans la mesure où la zone la moins rigide d'un pli se situe au niveau de sa hauteur maximale, la base du dôme renforce cette zone en lui permettant de prendre appui sur la base du dôme. De ce fait, la partie du pli la plus fragile est renforcée en étant liée à la base, la rigidité de la zone périphérique est ainsi accrue.

Il est à noter que le nombre de pli peut atteindre le bord de la membrane. La forme conique et la présence de plusieurs plis s'étendant radialement dans la zone périphérique de la membrane, lui confère une résistance remarquable à la déformation.

La surface de la zone périphérique peut ainsi s'étendre plus largement tout en conservant une rigidité suffisante pour que la membrane puisse fonctionner en mode « piston », comparativement à une membrane de forme conique ne comprenant pas de pli ou une membrane comprenant des plis mais de forme plate. Selon une alternative, pour une même surface de membrane en forme de cône, la présence des plis permet avantageusement de réduire son épaisseur par rapport à une membrane ne comprenant pas de plis. Les paramètres de rigidité mécanique, directement en lien avec certains critères de performance acoustique mesurables du haut-parleur sont ainsi améliorés. De façon avantageuse, la base permet également à la membrane de comprendre des plis sans restreindre le volume disponible entre la membrane et le moyen d'aimantation fixe. En effet, contrairement à la solution proposée par le document EP 1654908 Bl, les plis ne s'étendent pas jusqu'au support de bobine. Ils sont stoppés par la base du dôme. En d'autres termes, la base permet de préserver un espace libre important entre le dôme et le moteur magnétique. La présence de plis dans la zone périphérique de la membrane entraine alors moins de contraintes concernant les dimensions du moyen d'aimantation fixe. De cette manière, des moyens d'aimantation fixes plus larges peuvent être employés pour déplacer la membrane. La largeur -5- s'entend ici comme une dimension mesurée selon une direction radiale à la hauteur du haut-parleur. Par exemple, le moyen d'aimantation fixe peut être composé de matériaux aux propriétés magnétiques plus faibles, leur faiblesse étant compensée par l'utilisation d'un volume de matière plus important. Ainsi, le coût de production d'un haut-parleur selon l'invention peut être réduit, tout en conservant au haut-parleur des propriétés dynamiques comparables. A l'inverse, des matériaux présentant d'excellentes propriétés d'aimantation permanentes peuvent être employées, dans des volumes plus importants, pour augmenter de façon notable les propriétés dynamiques du haut-parleur. De façon avantageuse, la base de la coupole permet de renforcer la rigidité de la zone périphérique de la membrane, tout en permettant de dégager un espace utile plus important sous la membrane. Cela pour permettre l'utilisation d'un moteur magnétique plus large, sans augmenter la hauteur du haut-parleur, en réduisant leur coût de production ou en augmentant les propriétés dynamiques du haut-parleur. Afin de privilégier au maximum la proportion de surface de la zone périphérique par rapport à la surface du dôme de la membrane, les dimensions de la base peuvent être adaptées de sorte à être apte à entourer au plus près le moyen d'aimantation fixe. Bien entendu, le profil de la base est adapté au profil du moyen d'aimantation. A titre d'exemple, la base peut être de section circulaire ou polygonale. De façon avantageuse, le premier tube et/ou la base peuvent comporter au moins une ouverture traversante, présent sous la face inférieure de la membrane, permettant d'évacuer l'air présent entre le moyen d'aimantation fixe et le dôme, lorsque la membrane est mise en mouvement. Cela permet avantageusement de limiter la distorsion du signal acoustique produit par le haut-parleur pour un volume d'écoute élevé.

De façon avantageuse, la ou les ouvertures sont placées au plus près du dôme de la membrane, tout en restant en dessous de la face inférieure de la membrane, pour faciliter la circulation de l'air au plus proche du dôme. Selon un mode de réalisation préféré, favorisant une surface d'ouverture et une efficacité proportionnellement importante, une ou plusieurs ouvertures sont partiellement entourées par un ou plusieurs plis de la membrane. -6- Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le haut-parleur peut comprendre un deuxième tube, centré sur le milieu de la membrane et entourant le tube de support et le moyen d'aimantation fixe. Une extrémité du deuxième tube est attachée à la face inférieure de la membrane, l'autre extrémité du tube étant liée au châssis par l'intermédiaire d'autres moyens de suspension similaires à ceux décrits ci-dessus. De préférence, l'autre extrémité du deuxième tube est à la même hauteur que les premiers moyens d'aimantation, afin de limiter le basculement ou le balancement de la membrane lors de son déplacement.

De préférence, le deuxième tube prolonge la base de la coupole de sorte à former un seul et même tube. Afin de favoriser une meilleure circulation de l'air autour de la membrane, le châssis peut comporter plusieurs ouvertures auxiliaires, traversant le fond et/ou le bord du châssis délimitant l'ouverture principale. La présente invention peut être intégrée dans un haut-parleur destiné à être installé dans un caisson de basse ou une portière d'un véhicule, comprenant au moins un haut- parleur tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et réalisée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une coupe transversale d'un haut-parleur selon l'état de la technique : - la figure 2 est un schéma d'une coupe transversale d'un haut-parleur selon la présente demande ; - la figure 3 est un schéma d'une coupe transversale d'une membrane constituant le haut-parleur illustré à la figure 2.

EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION Pour rappel, la présente demande vise à proposer un haut-parleur compact, de faible hauteur, de sorte à pouvoir être inséré dans un logement étroit, qui soit apte à produire -7- des signaux sonores de basses fréquences de qualité, pour un coût de production moindre. Un exemple non limitatif de réalisation de l'invention est illustré par les figures 2 et 3. 5 En se référant à ces figures, la référence 1 désigne un haut-parleur comprenant un châssis 2 avec une ouverture principale 3 circulaire, en vis-à-vis d'un fond 4. Le diamètre de l'ouverture est de l'ordre de 200 mm et la distance séparant l'ouverture du fond du châssis est voisine de 50 mm. Le châssis est réalisé à partir d'ABS chargé en 10 fibres de verre. A l'intérieur 5 du châssis, est disposée une membrane 6, suspendue à l'ouverture principale 3 par l'intermédiaire d'un demi-tore 7 deformable, reliant le contour de l'ouverture principal à un bord périphérique 8 de la membrane. Ce demi-tore 7 est plus communément nommé « suspension périphérique » par l'homme du métier. La suspension périphérique 7 permet à la fois d'assurer le maintien de la 15 membrane dans le châssis, tout en lui permettant de se déplacer. La membrane 6 illustrée à la figure 3, est réalisée par exemple à partir de polypropylène et comprend une face supérieure 9 orientée vers l'extérieur 10 du châssis et une face inférieure 11 en vis-à-vis du fond 4 du châssis. Le haut-parleur 1 20 comprend en son centre un premier tube 12, centré sur et traversant le milieu de la membrane, communément nommé « support de bobine » par l'homme du métier. Son diamètre interne est de l'ordre de 39 mm. Le support de bobine est lié à la membrane par des moyens connus, de type collage, de sorte qu'une extrémité distale 13 du tube soit à une distance de la face inférieure de la membrane d'une valeur égale à 26,5 mm. 25 L'extrémité distale 13 du support de bobine est entourée par un fil conducteur 14. Le fil forme un bobinage s'étendant le long du tube à partir de son extrémité distale sur une distance de l'ordre de 14 mm. Le bobinage est alimenté par un signal électrique par l'intermédiaire de moyens connus non représentés, de sorte à coopérer avec un 30 aimant permanent 16 attaché au fond du châssis par des moyens connus, de type vis ou colle. L'aimant permanent 16 illustré à la figure 2, comprend un noyau 18 de forme cylindrique composé d'un matériau ferromagnétique de type ferrite et de hauteur 35 voisine de 20 mm. Par le terme hauteur, on entend une dimension parallèle à la direction de déplacement de la membrane. Le noyau 18 est associé à des pièces polaires 17, 20. Une plaque de champ arrière 19 est interposée entre le fond 4 du -8- châssis et la pièce polaire centrale 18. Une plaque de champ avant 20 en forme d'anneau. Le diamètre interne de la pièce polaire 20 est ajusté de manière à permettre à une partie du premier tube de coulisser le long du noyau 17.

De façon avantageuse, le support de bobine 12 comporte des ouvertures 21, situés au plus proche de la face inférieure 11 de la membrane 6, pour permettre le passage de l'air contenu dans le support de bobine 12 lors de son déplacement vers la pièce polaire 17. Ceci permet de maintenir une pression sensiblement constante dans le premier tube lors de son déplacement le long du noyau 17.

Comme illustré à la figure 3, la membrane 6 comprend un dôme 22 sensiblement plat, traversé en son centre par le premier tube 12, le bord 23 du dôme étant légèrement convexe de manière à reposer sur une base 24.

La base 24 est composée d'un cylindre réalisé à partir d'un matériau identique à celui de la membrane 6. La base comporte un bord dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 mm et le diamètre interne est égal à 100 mm. Avantageusement, la base 24 permet de dégager un volume disponible, au plus près de la face inférieure 11 de la membrane pour l'aimant permanent 16. De cette façon, l'aimant permanent 16 est placé au plus près de la membrane, de sorte que la hauteur entre le dôme 22 de la membrane et le fond 4 du châssis est minimale. Bien entendu, cette distance varie en fonction du déplacement de la membrane 6. Lorsque la membrane est au repos, cette distance est égale à 47 mm. Avantageusement, la base 24 permet ainsi de réduire la hauteur du haut-parleur, tout en permettant d'élargir l'espace disponible pour l'aimant permanent dans le haut-parleur, selon une direction radiale à sa hauteur. De cette façon, des aimants permanents de plus grandes dimensions peuvent être employés, pour une même hauteur de haut-parleur. Le coût de production du haut-parleur peut ainsi être abaissé, en employant des aimants permanents composés de matériaux aux propriétés magnétiques moins performantes, et donc moins chers, compensées par l'utilisation d'un volume plus important de matériaux. Selon une alternative, le volume d'un aimant permanent plus performant peut être augmenté de sorte à accroître la dynamique du haut-parleur.

La membrane 6 illustrée à la figure 3 comporte une zone périphérique 25, s'étendant radialement de la base 24 en direction de l'ouverture principale 3 du châssis. En d'autres termes, la zone périphérique de la membrane forme un cône creux entourant la -9- base, délimité par le bord périphérique 8 de la membrane. La zone périphérique comprend plusieurs plis 26 prend appuis sur le contour de la base pour s'étendre en direction du bord périphérique 8. Il est à noter que les plis n'atteignent pas ledit bord, dans la forme illustrée bien que cela soit toutefois envisageable. Les plis délimitent un contour en forme de créneaux sur la base du dôme. La forme conique et la présence des plis dans la zone périphérique de la membrane confèrent une rigidité remarquable à celle-ci. De ce fait, l'épaisseur de la membrane peut être réduite de sorte à alléger son poids, ou bien sa surface peut être étendue de sorte à permettre le déplacement d'un volume d'air plus important. Selon le présent exemple, la surface de la zone périphérique est égale à 285 cm2 pour une épaisseur de l'ordre de celle du dôme, c'est-à-dire, égale à 28 mm. De façon avantageuse, la base 24 comprend des ouvertures 28, présents sous la face inférieure de la membrane et entourés par les plis 26. La présence de ces ouvertures permet de faciliter la circulation de l'air entre le dôme et l'aimant permanent, lorsque la membrane est mise en mouvement. Avantageusement, comme illustré à la figure 2, pour éviter que la membrane 6 se balance et que la base 24 percute l'aimant permanent 16, la base est prolongée par un deuxième tube 29 dont une extrémité distale 30, par rapport au dôme 22, est liée au châssis par l'intermédiaire d'autres moyens de suspensions 31, similaires à ceux décrits ci-dessus. L'extrémité distale du deuxième tube est sensiblement au même niveau que l'extrémité distale du premier tube 12 afin de limiter au mieux le balancement de la membrane, en liant ladite membrane par deux points d'attache distants. Pour favoriser une pression constante sous la membrane 6 lors de l'utilisation du haut-parleur 1, le châssis 2 comporte des ouvertures auxiliaires 32 traversant son fond et ses bords. Ainsi, la circulation de l'air sous la membrane est favorisée afin d'éviter la formation de zone de surpression ou de dépression lors de son déplacement. Il est à noter que les valeurs mentionnées ci-dessus peuvent aisément être modifiées par l'homme du métier de sorte à réaliser d'autres haut-parleurs selon l'invention.

En conclusion, un haut-parleur selon la présente demande permet avantageusement l'utilisation d'un aimant permanent de plus grandes dimensions pour déplacer une -10- membrane de faible hauteur, comprenant des plis s'étendant radialement, sans qu'il soit pour cela nécessaire d'augmenter la hauteur du haut-parleur. Ainsi, un aimant permanent moins cher peut notamment être utilisé, tout en conservant les propriétés dynamiques du haut-parleur.5

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Haut-parleur (1) comprenant un châssis (2) avec un fond (4) et une ouverture principale (3) en vis-à-vis du fond, et comprenant en outre une membrane (6) suspendue à l'intérieur du châssis (2) par l'intermédiaire de moyens de suspension (7) liés au châssis, la membrane (6) comprenant une face supérieure (9) orientée vers l'extérieur (10) du châssis et une face inférieure (11) en vis-à-vis du fond (4) du châssis, le haut-parleur (1) comprenant en outre un premier tube (12) centré sur le milieu de la membrane (6) et attaché à la face inférieure de la membrane, un bobinage (15) apte à être alimenté par un courant électrique attaché au premier tube, de sorte à pouvoir être déplacés par un moyen d'aimantation fixe (16) solidaire du fond (4) du châssis, par l'intermédiaire d'une force magnétique établie entre ledit bobinage (15) et ledit moyen d'aimantation (16), caractérisé en ce que la membrane comprend : - en son centre, un dôme (22) reposant sur une base (24) entourant le premier tube (12) et apte à entourer le moyen d'aimantation fixe (16) ; et - une zone périphérique (25) s'étendant radialement de la base (24) pour former un cône creux s'élargissant en direction du dôme (22), le contour de la base du cône délimitant un bord (8) de la membrane ; et - plusieurs plis (26) s'étendant radialement de la base (24) en direction du bord (8) de 20 la membrane.
2. 2. Haut-parleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord (8) de la membrane (6) est situé en dessous ou au niveau du sommet du dôme (22). 25
3. 3. Haut-parleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la base (24) comprend au moins une ouverture (28) présente en-dessous de la face inférieure (11) de la membrane (6).
4. 4. Haut-parleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture 30 (28) est entourée par un pli (26) de la membrane.
5. 5. Haut-parleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième tube (29) centré sur le milieu de la membrane et entourant le premier tube-12- (12) ainsi que le moyen d'aimantation fixe (16), une extrémité du deuxième tube est attachée à la face inférieure (11) de la membrane (6), l'autre extrémité (30) du deuxième tube est liée au châssis (2) par l'intermédiaire d'autres moyens de suspension (31).
6. 6. Haut-parleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'autre extrémité (30) du deuxième tube (29) est à la même hauteur que le bobinage (15) attachés au premier tube (12).
7. 7. Haut-parleur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le deuxième tube (29) prolonge la base (24).
8. 8. Caisson de basse caractérisée en ce qu'il comprend au moins un haut-parleur (1) selon l'une des revendications 1 à 7.15