FR3112445A1

FR3112445A1 - Transducteur electroacoustique

Info

Publication number: FR3112445A1
Application number: FR2007289A
Authority: FR
Inventors: Jean-Philippe Thome
Original assignee: Acoudesign SAS
Current assignee: Treves Audio SAS
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2040-07-09
Also published as: EP4179736B1; EP4179736A1; CN116195272A; WO2022008685A1; US20230254647A1; FR3112445B1

Abstract

Transducteur (1) comportant un châssis (5) définissant un volume de réception d’une bobine (9) enroulée autour d’un mandrin (8), et positionnée dans l’entrefer (10) entre un aimant permanent annulaire (13) et un cylindre (12) métallique, ces deux éléments formant une masse magnétique (11) mobile par rapport à la bobine (9), caractérisé en ce que la masse magnétique (11) est reliée au châssis (5) par au moins deux ressorts (19), circulaires antagonistes, parallèles entre eux et perpendiculaires au sens de déplacement (F)de la masse magnétique (11). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1]

Description

TRANSDUCTEUR ELECTROACOUSTIQUE

La présente invention concerne un transducteur électroacoustique.

Pour mémoire, la transduction est l’opération permettant de transformer une grandeur physique en une autre, à l’aide d’un ou plusieurs dispositifs nommés transducteur. Un transducteur est donc un dispositif qui transforme l’énergie reçue sous une forme donnée, par exemple une énergie électrique, en une énergie utilisable sous une forme différente, par exemple acoustique. Ici, il s’agit de transformer un signal électrique ou électronique en un signal acoustique. Pour cela, la transduction électroacoustique utilise comme caisse de résonance le matériau constitutif de l’objet sur lequel est fixé le ou les transducteur(s). Un transducteur est dit réversible si, alimenté par une source électrique, il est capable de fournir ou restituer un signal acoustique. Les microphones et les haut-parleurs sont des transducteurs électroacoustiques réversibles. Dans le cas des microphones, on transforme un son en signal électrique, c’est l’inverse dans le cas d’un haut-parleur.

Un type courant d’haut-parleur est dit électrodynamique. Il comprend un organe qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique transmise à une membrane qui vibre, la vibration de l’air ambiant génère alors un son. Cet organe est formé d’un aimant permanent, généralement torique, qui produit un champ magnétique permanent dans un entrefer annulaire. Une bobine métallique solidaire d’un mandrin est placée dans l’entrefer, enroulée autour d’un cylindre métallique qui est mobile de manière solidaire avec l’aimant annulaire. Lorsqu’un courant électrique parcourt la bobine, une force tend à faire sortir la bobine du champ magnétique de l’entrefer, dans le sens axial, c’est-à-dire selon une direction parallèle à l’axe longitudinal du cylindre. Ainsi, on génère un déplacement de la masse magnétique formée par l’aimant permanent, la bobine et le cylindre métallique, cette masse magnétique étant mobile par rapport au reste du transducteur. On génère ainsi des vibrations et donc des sons. Cet ensemble est fixé sur un châssis, lui-même monté sur une paroi dont le matériau constitutif sert de caisse de résonnance. De la sorte, on peut transformer en haut-parleurs divers matériaux et sonorisés, de manière discrète des objets, cloisons, planchers, plafonds ou plus généralement toute paroi d’un objet, d’un véhicule terrestre, ferroviaire, aérien, maritime, d’une construction ou d’un ouvrage d’art tel qu’un pont, un tunnel.

Pour que la vibration transmise corresponde au signal électrique reçu, il convient que le mouvement de la masse magnétique soit uniquement un mouvement de translation linéaire. Or, il s’avère que la force magnétique générée par la bobine est telle qu’elle induit un couple de rotation de la masse magnétique, associé au déplacement en translation. Un tel couple de rotation, même s’il est minime génère une distorsion du signal, d’où une perte de qualité dans la restitution sonore.

C’est à cet inconvénient que se propose de remédier l’invention en proposant un transducteur dont le déplacement de la masse magnétique est dans tous les cas effectué seulement en translation.

A cet effet, l’invention a pour objet un transducteur comportant un châssis définissant un volume de réception d’une bobine enroulée autour d’un mandrin et positionnée dans l’entrefer ménagé entre un aimant permanent annulaire et un cylindre métallique, ces deux éléments formant une masse magnétique mobile par rapport à la bobine, caractérisé en ce que la masse magnétique est reliée au châssis par au moins deux ressorts, circulaires, antagonistes, parallèles entre eux et perpendiculaires au sens de déplacement de la masse magnétique.

L’invention permet, par la présence de ressorts ainsi disposés, d’avoir une masse magnétique suspendue et maintenue en position, évitant ainsi toute rotation dans le plan horizontal ou vertical de la masse magnétique, ce qui garantit une transmission optimale du son.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel transducteur peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:

Le nombre de ressorts reliant la masse magnétique au châssis est pair.

La masse magnétique est insérée dans la lumière des ressorts.

Chaque ressort est constitué de plusieurs ressorts unitaires dont une partie formant la périphérie du ressort est constituée de segments séparés par une découpe, une extrémité des segments étant reliée par un bras de liaison et une extrémité d’un segment étant libre, une extrémité de l’autre segment étant solidaire d’une partie du ressort située au plus près de la lumière du ressort.

La raideur des ressorts est réglable par une bague positionnée au-dessus des ressorts.

La bague comprend au moins un curseur inséré de manière mobile dans la découpe de chaque ressort unitaire.

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:

est une vue en coupe, simplifiée, d’un transducteur conforme à un mode de réalisation de l’invention, en position sur une paroi,

est une vue du transducteur de la figure 1 en configuration de pré-montage sur la paroi,

est une vue de dessus, à plus grande échelle, d’un ressort de maintien de la masse magnétique conforme à un mode de réalisation de l’invention,

est une vue en perspective de deux ressorts similaires à celui de la figure 3 tels que positionnés dans le transducteur de la figure 1,

est une vue en de dessus, à une autre échelle, d’un organe de réglage de la tension des ressorts des figures 3 et 4 et

est une vue en coupe du transducteur de la figure 1 avec l’organe de réglage illustré à la figure 5 en position.

La figure 1 est une représentation d’un transducteur 1, conforme à un mode de réalisation de l’invention, en position sur une paroi 2. Ici, la fixation sur la paroi 2 du transducteur 1 est effectuée, de manière amovible préférentiellement, à l’aide d’un socle 3. Le socle 3 est lui-même solidarisé à la paroi 2 de manière définitive ou, avantageusement, de manière amovible. Pour cela, le socle 3 est pourvu d’au moins un organe de fixation, par exemple une zone adhésive, un aimant, des perçages de passage de vis ou pointes. Afin de recevoir le transducteur proprement dit, le socle 3 comprend un organe de maintien du transducteur. Avantageusement, il s’agit d’un relief cylindrique 4 pourvu d’un filetage sur sa face externe. En variante, le relief est pourvu d’un filetage interne. En variante, l’organe de maintien est un clips.

Sur ce socle 3 se trouve la partie active du transducteur 1. Ici, comme cela ressort des figures 1 et 2, le transducteur s’étend au-dessus de la paroi 2. En variante, le socle 3 est logé dans un lamage ménagé dans la paroi 2, de sorte que lorsque le transducteur 1 est en position sur la paroi, sa face supérieure soit sensiblement coplanaire à la paroi 2. Dans un autre mode de réalisation, le transducteur n’est pas visible, il est incorporé dans la paroi.

La partie active du transducteur 1 est monté dans un châssis 5. Le châssis 5 est en un matériau rigide et insensible au champ magnétique, adapté aux conditions environnementales dans lesquelles sera placé le transducteur 1. En partie inférieure, le châssis 5 est équipé d’un organe de fixation 6 sur le socle 3. Cet organe 6 est de configuration complémentaire au relief 4 du socle 3. En l’espèce, il est cylindrique et pourvu d’un filetage interne comme cela ressort notamment de la figure 2.

Le châssis 5, est ici globalement en U. Il peut être de forme géométrique variée, pour autant qu’il comporte un volume de réception de la masse magnétique du transducteur 1. Ce volume comprend un fond plat 7 équipé d’un mandrin creux 8, cylindrique à base circulaire. Le mandrin 8 est en position centrale sur le fond 7 et il est fixé définitivement sur ce dernier. Avantageusement il est venu de matière avec le fond 7, par exemple par moulage ou usinage. En variante, il est collé ou soudé. Autour du mandrin 8 une bobine 9 est enroulée. Cette bobine 9 est formée d’un fil de cuivre et elle est de type voice coil, donc d’une configuration identique à celle d’un hautparleur, à savoir avec un fil en un matériau conducteur.

Le mandrin 8 équipé de la bobine 9 est inséré dans un logement de forme complémentaire 10 ménagé dans une masse magnétique 11 en deux parties. Une première partie est un cylindre métallique 12 à base circulaire de dimensions adaptées pour être inséré de façon mobile, avec un jeu minimal, dans la lumière du mandrin 8. La longueur du cylindre 12 est supérieure à la longueur du mandrin 8, de sorte qu’une partie du cylindre 12 s’étend au-dessus de l’extrémité ouverte du mandrin 8, comme cela ressort des figures 1 et 2.

Un aimant annulaire 13, enchâssé dans une partie métallique 14, forme la deuxième partie de la masse magnétique 11. La partie métallique 14 a des dimensions et une forme, sensiblement en U, telles qu’elle maintient l’aimant 13 tout en coiffant le cylindre 12.

L’aimant 13 est avantageusement un aimant au néodyme, donc un aimant permanent composé d'un alliage de néodyme, de fer et de bore. En variante, l’aimant 13 est d’un autre type connu en soi.

Le cylindre 12, la partie 14 et l’aimant 13 sont coaxiaux et concentriques. Leur axe commun A est aligné avec le centre du fond 7. Ici, l’axe A est matérialisé par l’axe longitudinal central d’un orifice cylindrique 15 dit de décompression s’étendant sur la hauteur du cylindre 12 et traversant la portion de la partie métallique 14 située au-dessus du cylindre 12.

La paroi externe du cylindre 12 et la paroi interne de la lumière de l’aimant 13 et de la partie 14 définissent le logement 10. En d‘autres termes, la bobine 9 est insérée dans l’entrefer 10 entre les parties 12 et 13, 14 constitutives de la masse magnétique 11, cela avec un jeu minimal. Comme cela ressort des figures 1, 2 et 6, la masse magnétique 11, formée par le cylindre 12, l’aimant 13 enchâssé dans la partie 14, est globalement en forme de disque avec une épaisseur voisine de la hauteur du châssis 5 en U.

Les parties 12, 13 et 14 constitutives de la masse magnétique 11 sont maintenues ensemble par des moyens connus. par exemple par vissage, collage, soudage. En variante, les parties 12 et 14 sont monoblocs et obtenues par usinage ou moulage, l’aimant 13 étant inséré en force dans un logement ménagé dans la partie 14.

Les parois externes 16 de la partie 14 et les parois internes 17 du châssis 5 sont parallèles entre elles mais sans contact, ménageant ainsi entre elles un jeu 18. Ainsi, la masse magnétique 11 est mobile par rapport au châssis 5, grâce au jeu 18 et à l’entrefer 10, le mandrin 8 n’étant pas fixé de façon définitive au cylindre 12 et à la bobine 9. En d’autres termes, la masse magnétique 11 est suspendue dans le châssis 5.

Des ressorts 19 assurent le maintien en suspension de la masse magnétique 11 dans le châssis 5. Comme cela apparait aux figures 1, 2 et 6 ces ressorts 19 sont identiques et montés par paire, le nombre de paires est ici de un, en variante il est supérieur à un.

Les ressorts 19 sont parallèles entre eux. Ils sont disposés parallèlement au fond 7 du châssis 5, donc perpendiculairement à l’axe A lorsque la masse magnétique 11 est en place dans le châssis 5. Les ressorts 19 sont maintenus, d’une part, sur la paroi interne 17 du châssis 5 et, d’autre part, sur la partie métallique 14. Au niveau de la partie 14, les ressorts 19 traversent la paroi externe 16 et s’étendent jusqu’à l’aimant annulaire 13. Les ressorts 19 sont fixés au châssis 5 et à la masse magnétique 11 par des moyens connus en soi, par exemple par des vis 20.

Les ressorts 19 s’étendent ainsi à travers tout le jeu 18 et ils maintiennent en suspension la masse magnétique 11 par rapport au châssis 5, en autorisant de mouvements de translation, alternativement dans un sens et dans l’autre, avec des amplitudes variables, de la masse magnétique 11 par rapport au mandrin 8, selon une direction confondue avec l’axe A, comme illustré par la double flèche F à la figure 1.

La figure 3 est un ressort 19, vu de dessus. Il est configuré en anneau circulaire et plat. En variante, le ressort 19 a une autre forme et/ou dimensions. Les ressorts 19 sont en matériau rigide, par exemple en polymères, en carton, en matériau composite ou en métal. ici les matériaux constitutifs des quatre ressorts 19 sont identiques. En variante, ils sont différents.

La lumière centrale 21 de chaque ressort occupe la majeure partie de la surface totale du ressort 19. Le corps plein de chaque ressort 19 comprend une première zone pleine 22, circulaire, plate et située au plus près de la lumière 21. La zone 22 comporte des orifices traversant 23 régulièrement disposés. Les orifices 23 permettent de fixer le ressort 19 à la partie du transducteur reliée à la paroi 17.

Une seconde zone 24, circulaire et plate, constitue la périphérie du ressort 19. Elle est découpée de sorte à définir une pluralité de ressorts unitaires, plats identiques et orientés selon une même direction. Ici, chaque ressort 19 comporte huit ressorts unitaires 25, plat. Dans d’autres modes de réalisation, le nombre de ressorts unitaires est diffèrent, inférieur ou supérieur à huit. Pour cela, on fait varier les dimensions de chaque ressort unitaire 25. Chaque ressort plat 25 comporte deux segments en arc de cercle 26 et 27. Les segments 26 et 27 sont plats, concentriques et séparés par une découpe 28. Une section pleine 29, disposée diamétralement, relie les extrémités 30 et 31, respectivement, des segments 26 et 27.

L’extrémité 32 du segment 26, opposée à l’extrémité 30 est solidaire de la première zone 22. L’extrémité 33 du segment 27 opposée à l’extrémité 31 est libre et positionnée en regard de la section 29 d’un ressort plat 25 voisin. Les extrémités 33 de certains ressorts 25, en l’espèce un ressort 25 sur deux, sont percées d’un orifice traversant 34. Ainsi, chaque ressort 25 n’est fixé sur la première zone 22 que par une extrémité 32. Le reste de chaque ressort 25 est donc libre par rapport à la zone 22.

La zone 24 peut ainsi, non seulement, avoir un mouvement de translation, dans un sens ou dans l’autre, selon une direction D perpendiculaire au plan principal P du ressort 19 mais également, par rapprochement ou éloignement des segments 26, 27, selon la double flèche D1. Un tel mouvement permet de réaliser une variation du diamètre externe du ressort 19. Il est également possible de combiner ces mouvements, de sorte à définir une torsion du ressort 19.

On conçoit que chaque ressort 19 est adapté pour maintenir en suspension la masse magnétique 11. Comme cela apparait à la figure 4, on positionne deux ressorts 19 l’un au-dessus de l’autre, de sorte qu’ils soient parallèles mais avec une orientation antagoniste des découpes des ressorts élémentaires 25. En d’autres termes, les extrémités 32 et 33 de chaque ressort unitaire 25 d’un ressort 19 sont en regard, respectivement, des extrémités 33 et 32 de chaque ressort unitaire 25 de l’autre ressort 19. On positionne donc les ressorts 19 par paires, en miroir. La fixation des ressorts 19 respectivement dans le châssis 5 et la masse magnétique 11 se fait, avantageusement, par vissage à l’aide des orifices 23 et 33.

La raideur de chaque ressort 19 est réglable par modification de la raideur de chaque ressort unitaire 25. Pour cela, comme illustré à la figure 5, on utilise une bague 35 en un matériau rigide, par exemple en polymère. La bague 35 a une forme et des dimensions telles qu’elle se superpose parfaitement à la seconde zone 24 d’un ressort 19. La lumière centrale de la bague 35 a des dimensions adaptées pour entourer, librement, la partie supérieure de la masse magnétique 11, comme cela ressort de la figure 6. La bague 35 est équipée, sur sa face 36 orientée en direction du ressort 19, de plusieurs curseurs 37, configurés dans l’exemple en T. Ces curseurs 37, ici au nombre de huit, ont des dimensions telles qu’ils s’insèrent dans les découpes 28 séparant les segments 26 et 27 de chaque ressort unitaire 25. Les curseurs 37 peuvent se déplacer librement dans les découpes 28. Selon la position des curseurs 37 dans les découpes 28 de chaque ressort 19, on raidit plus ou moins les ressorts unitaires 25, en limitant la longueur de bras de levier de chacun des segments 26, 27. Pour cela, il suffit de tourner la bague 35 dans le sens horaire ou antihoraire. Ici, la position des curseurs 37 sur la bague 35 est adaptée pour que la modification de la raideur des ressorts unitaires 25 d’un ressort 19 soit uniforme. En variante, selon la position des curseurs, la modification de la longueur de bras de levier des segments 36, 27 est différente entre les ressorts unitaires 25 constitutifs d’un ressort 19.

La figure 6 illustre un transducteur selon un mode de réalisation équipé d’une bague 35 sur le ressort 19 situé en partie haute. Dans un tel cas, seule la raideur d’un des ressorts 19 est réglable.

En variante, le curseur est en forme de double T, avec deux barres transversales, chaque barre étant insérée dans une découpe 28 de chaque ressort 19 constitutif de la paire de ressorts. De la sorte, en tournant la bague 35 on déplace les barres du curseur dans les découpes 28 des ressorts 19 en regard et on agit, de façon simultanée et identique, sur la raideur des deux ressorts 19 situés en regard l’un de l’autre.

Comme cela apparait aux figures 1 et 2, un capot 38 coiffe la partie active du transducteur 1 qui est protégée de toutes dégradation et/ou agression environnementales, avantageusement, en préservant l’esthétique de la paroi sur laquelle est fixé le transducteur 1.

Le fonctionnement de tels transducteurs est maintenant décrit, en référence aux différentes figures. Après avoir réglé la dureté des ressorts 19 à l’aide de la bague 35, le transducteur 1 est prêt à être utilisé, c’est-à-dire à restituer des sons reçus sous forme de signaux électriques. Lors de la restitution des sons, le champ électromagnétique généré par la bobine 9 interagissant avec l’aimant 13 induit un déplacement en translation, de type oscillatoire, selon la double flèche F de la masse magnétique 11 par rapport à la bobine 9, donc selon la direction de l’axe A. Lors de ce mouvement, les ressorts 19 amortissent et guident le mouvement de la masse magnétique 11, par oscillation selon la direction D et absorption de toute rotation selon la double flèche D1, afin que le mouvement de la masse 11reste parfaitement parallèle à l’axe A, sans effet de rotation, dans le plan horizontal ou vertical. En d‘autres termes, les ressorts 19 évitent tout mouvement de type hélicoïdal de la masse 11. Cela est rendu possible par le montage en miroir des ressorts 19, de sorte que les orientations des découpes 28 de chacun des ressorts 19 sont inversées. Dans l’exemple de la figure 4, le ressort 19 supérieur a ses découpes orientées de sorte que les extrémités libres des ressorts unitaires 25 soient à gauche de la partie de liaison 29 du ressort 25 voisin. Pour le ressort 19 inférieur, donc en miroir et en dessous du ressort 19 supérieur, les extrémités libres des ressorts unitaires 25 sont à droite de la partie de liaison 29 du ressort 25 voisin. Les mouvements naturels de compression et de décompression de chacun des ressorts 19 constitutifs d’une paire s’effectuent en sens opposé, ce qui permet l’annulation mutuelle des mouvements de rotation de chacun des ressorts 19, dans une paire lesdits mouvements étant simultanés et de même intensité. On conçoit que le nombre de ressorts 19 peut être différent, pour autant qu’il soit pair. On obtient ainsi un transducteur sans aucune distorsion sonore.

Dans un autre mode de réalisation, les ressorts 19 sont multicouches, c’est-à-dire obtenus par collage ou assemblage de plusieurs ressorts 19 superposés.

Dans un autre mode de réalisation, plusieurs transducteurs sont positionnés et associés sur une paroi. On réalise ainsi une paroi pourvu de plusieurs transducteurs dont le fonctionnement simultanée permet de réaliser, virtuellement, un transducteur ayant des propriétés et des capacités correspondant, au minimum, à l’addition des propriétés et des capacités unitaires des transducteurs en place sur la paroi. les transducteurs peuvent, en variante, être mobiles afin soit de les déplacer sur la paroi soit de les changer en cas de besoin.

Claims

Transducteur (1) comportant un châssis (5) définissant un volume de réception d’une bobine (9) enroulée autour d’un mandrin (8), et positionnée dans l’entrefer (10) ménagé entre un aimant permanent annulaire (13) et un cylindre (12) métallique, ces deux éléments, l’aimant (13) et le cylindre (12) métallique, formant une masse magnétique (11) mobile par rapport à la bobine (9), caractérisé en ce que la masse magnétique (11) est reliée au châssis (5) par au moins deux ressorts (19), circulaires antagonistes, parallèles entre eux et perpendiculaires au sens de déplacement (F) de la masse magnétique (11).
Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de ressorts (19) reliant la masse magnétique (11) au châssis (5) est pair.
Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse magnétique (11) est insérée dans la lumière (21) des ressorts (19).
Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ressort (19) est constitué de plusieurs ressorts unitaires (25) dont une partie (24) formant la périphérie du ressort (19) est constituée de segments (26, 27) séparés par une découpe (28), une extrémité (30, 31) des segments (26, 27) étant reliée par un bras de liaison (29) et une extrémité (28) d’un segment (27) étant libre, une extrémité (32) de l’autre segment (26) étant solidaire d’une partie (22) du ressort (19) située au plus près de la lumière (21) du ressort (19).
Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur des ressorts (19) est réglable par une bague (35) positionnée au-dessus des ressorts (19).
Transducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bague (35) comprend au moins un curseur (37) inséré de manière mobile (9) dans la découpe (28) de chaque ressort unitaire (25).