FR3104367A1 - LARGE EXCURSION, LOW DISTORTION AND LOW DEPTH LOUDSPEAKER - Google Patents
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Abstract
TITRE DE L’INVENTION : HAUT-PARLEUR À GRANDE EXCURSION, FAIBLE DISTORSION ET FAIBLE PROFONDEUR Le haut-parleur (60) comporte un aimant (40) associé à au moins une pièce polaire (39, 41) pour produire un champ magnétique dans un entrefer et un équipage mobile comportant :- une première carcasse de bobine (48) portant un bobinage conducteur (42) dans l’entrefer,- une première membrane rigide (47) et un cache-noyau (45) solidaires de la première carcasse,- une deuxième carcasse de bobine (49) positionnée à l’extérieur des pièces polaires et montée sur une suspension arrière (36),- une deuxième membrane (50) solidaire de la première membrane rigide, de la deuxième carcasse et d’une suspension avant (31) et- deux conducteurs électriques (33, 46) reliés au bobinage et parcourant la première carcasse de bobine, un chemin aérien entre les carcasses de bobine, la deuxième carcasse de bobine et un chemin aérien jusqu’à un point fixe (34) du haut-parleur. Figure pour l'abrégé : Figure 3TITLE OF THE INVENTION: LARGE EXCURSION, LOW DISTORTION AND LOW DEPTH LOUDSPEAKER The loudspeaker (60) has a magnet (40) associated with at least one pole piece (39, 41) to produce a magnetic field in a magnetic field. air gap and a moving assembly comprising: - a first coil carcass (48) carrying a conductive winding (42) in the air gap, - a first rigid membrane (47) and a core cover (45) integral with the first carcass, - a second coil carcass (49) positioned outside the pole pieces and mounted on a rear suspension (36), - a second diaphragm (50) integral with the first rigid diaphragm, the second carcass and a suspension front (31) and - two electrical conductors (33, 46) connected to the winding and traversing the first coil carcass, an air path between the coil carcasses, the second coil carcass and an air path to a fixed point ( 34) from the speaker. Figure for abstract: Figure 3
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention vise un Haut-Parleur («HP») à grande excursion, faible distorsion et de faible profondeur.The present invention is directed to a loudspeaker (“HP”) with high excursion, low distortion and shallow depth.
Elle s’applique, notamment, au domaine de l’audio et de l’acoustique, par exemple les chaines audio dites «haute-fidélité» ou HIFI.It applies, in particular, to the field of audio and acoustics, for example so-called “high-fidelity” or HIFI audio systems.
Le domaine de l’invention est celui des haut-parleurs ou transducteurs électrodynamiques, et plus particulièrement des haut-parleurs dédiés notamment à la reproduction de basses fréquences (« grande » surface émissive, équipage mobile « lourd », grande excursion, fort facteur de force, forte tenue en puissance).The field of the invention is that of loudspeakers or electrodynamic transducers, and more particularly loudspeakers dedicated in particular to the reproduction of low frequencies (“large” emissive surface, “heavy” mobile assembly, large excursion, high factor of strength, high power handling).
ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Les haut-parleurs électrodynamiques connus, destinés à reproduire les basses fréquences présentent généralement un encombrement conséquent car :
a). Les équipages mobiles « lourds » nécessaire à la reproduction des basses fréquences nécessitent un circuit magnétique (moteur) puissant et donc généralement de taille imposante.
b). L’excursion importante de l’équipage mobile conséquente à la reproduction des basses fréquences entraîne une hauteur totale du haut-parleur importante.
c). Le bon guidage en translation de l’équipage mobile pour des fortes excursions nécessite un écartement important entre les suspensions avant et arrière du haut-parleur, ce qui amène encore à augmenter la hauteur totale du HP.Known electrodynamic loudspeakers, intended to reproduce low frequencies, generally have a large size because:
To). The "heavy" moving parts necessary for the reproduction of low frequencies require a powerful magnetic circuit (motor) and therefore generally of an imposing size.
b). The large excursion of the moving assembly resulting from the reproduction of low frequencies results in a large total height of the loudspeaker.
vs). Proper guidance in translation of the moving assembly for large excursions requires a large spacing between the front and rear suspensions of the loudspeaker, which further leads to an increase in the total height of the loudspeaker.
Ces haut-parleurs connus présentent de nombreux inconvénientsThese known loudspeakers have many disadvantages
En particulier, leur encombrement est élevé. En effet, on cherche aujourd’hui à faire des enceintes compactes et notamment peu profondes tout en garantissant un niveau acoustique important dans les basses fréquences. L’encombrement des haut-parleurs conventionnels de bonne facture dédiés à la reproduction des basses fréquences est très souvent le frein qui empêche de réduire la taille des systèmes haut-parleurs.In particular, their size is high. Indeed, today we are trying to make compact and in particular shallow speakers while guaranteeing a high acoustic level in the low frequencies. The size of conventional loudspeakers of good quality dedicated to the reproduction of low frequencies is very often the obstacle that prevents the size of loudspeaker systems from being reduced.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
A cet effet, la présente invention vise un haut-parleur, qui comporteun aimant associé à au moins une pièce polaire pour produire un champ magnétique dans un entrefer et un équipage mobile comportant:
- une première carcasse de bobine portant un bobinage conducteur dans l’entrefer,
- une première membrane rigide et un cache-noyau solidaires de la première carcasse et reliés à une suspension avant;
dans lequel au moins une suspension présente une forme à symétrie de révolution dont la section radiale présente des oscillations dont les amplitudes extrêmes atteignent au moins un cône dont le sommet est orienté vers l’avant du haut-parleur.To this end, the present invention is aimed at a loudspeaker, which comprises a magnet associated with at least one pole piece to produce a magnetic field in an air gap and a moving assembly comprising:
- a first coil carcass carrying a conductive winding in the air gap,
- a first rigid membrane and a core cover integral with the first carcass and connected to a front suspension;
in which at least one suspension has a shape with symmetry of revolution whose radial section has oscillations whose extreme amplitudes reach at least one cone whose apex is oriented towards the front of the loudspeaker.
Grâce à chaque suspension de forme asymétrique, on compense, au moins partiellement, la non-linéarité de la raideur acoustique de l’enceinte close couplée au haut-parleur, non-linéarité importante, dans le cas d’un faible volume de charge inhérent à un haut-parleur de faible profondeur.Thanks to each suspension of asymmetrical shape, one compensates, at least partially, the non-linearity of the acoustic stiffness of the closed enclosure coupled to the loudspeaker, significant non-linearity, in the case of a weak volume of inherent load to a shallow depth loudspeaker.
Dans des modes de réalisation, la suspension arrière présente une forme à symétrie de révolution dont la section radiale présente des oscillations qui atteignent deux cônes dont le sommet est orienté vers l’avant du haut-parleur.In some embodiments, the rear suspension has a shape with symmetry of revolution, the radial section of which has oscillations which reach two cones, the apex of which is oriented towards the front of the loudspeaker.
Dans ces modes de réalisation, la suspension arrière de forme asymétrique, participe à cette compensation.In these embodiments, the asymmetrical rear suspension participates in this compensation.
Dans des modes de réalisation, les oscillations ont une plus grande amplitude vers l’axe central de la suspension arrière que vers le périmètre de la suspension arrière.In embodiments, the oscillations have a greater amplitude towards the centerline of the rear suspension than towards the perimeter of the rear suspension.
Dans des modes de réalisation, les oscillations ont une plus faible amplitude vers l’axe central de la suspension arrière que vers le périmètre de la suspension arrière.In embodiments, the oscillations have a lower amplitude towards the central axis of the rear suspension than towards the perimeter of the rear suspension.
Ces oscillations de différentes amplitudes favorisent la déformation de la suspension lors des mouvement d’aller/retour de l’équipage mobile tout en garantissant la compensation de raideur réalisée par la suspension.These oscillations of different amplitudes favor the deformation of the suspension during the back and forth movements of the moving assembly while guaranteeing the stiffness compensation provided by the suspension.
Dans des modes de réalisation, les oscillations présentent un pas constant.In embodiments, the oscillations have a constant pitch.
Dans des modes de réalisation, les oscillations sont sinusoïdales.In embodiments, the oscillations are sinusoidal.
Dans des modes de réalisation, le haut-parleur comporte, de plus:
- une deuxième carcasse de bobine positionnée à l’extérieur des pièces polaires et montée sur une suspension arrière,
- une deuxième membrane solidaire de la première membrane rigide, de la deuxième carcasse et d’une suspension avant et
- deux conducteurs électriques reliés au bobinage et parcourant la première carcasse de bobine, un chemin aérien entre les carcasses de bobine, la deuxième carcasse de bobine et un chemin aérien jusqu’à un point fixe du haut-parleur.In embodiments, the loudspeaker further comprises:
- a second coil carcass positioned outside the pole pieces and mounted on a rear suspension,
- a second membrane secured to the first rigid membrane, to the second carcass and to a front suspension and
- two electrical conductors connected to the winding and running through the first coil carcass, an air path between the coil carcasses, the second coil carcass and an air path to a fixed point of the loudspeaker.
Grâce à ces dispositions, on réduit l’encombrement et notamment la profondeur du haut-parleur destiné notamment à la reproduction des basses fréquences tout en conservant des propriétés remarquables et nécessaires à la reproduction qualitative des basses et moyennes fréquences du spectre audible. On peut ainsi réduire la taille et notamment la profondeur des enceintes/baffles acoustiques couplés à ce haut-parleur et nécessaires au bon fonctionnement de celui-ci.Thanks to these arrangements, the size and in particular the depth of the loudspeaker intended in particular for the reproduction of low frequencies are reduced while retaining the remarkable properties necessary for the qualitative reproduction of the low and medium frequencies of the audible spectrum. It is thus possible to reduce the size and in particular the depth of the loudspeakers/speakers coupled to this loudspeaker and necessary for the proper functioning of the latter.
En ajoutant une seconde carcasse de bobine à l’équipage mobile, on peut positionner la suspension arrière à l’extérieur et vers l’arrière du haut-parleur. Cela permet de maximiser l’écartement entre les suspensions avant et arrière, ce qui garantit un bon guidage en translation de l’équipage mobile, sans pour autant augmenter la profondeur du haut-parleur.By adding a second coil carcass to the moving assembly, the rear suspension can be positioned outside and towards the rear of the loudspeaker. This makes it possible to maximize the spacing between the front and rear suspensions, which guarantees good guidance in translation of the moving assembly, without increasing the depth of the loudspeaker.
Dans des modes de réalisation particuliers, en projection orthogonale sur l’axe de déplacement de l’équipage mobile, l’entrefer présente une longueur supérieure à la longueur du bobinage, les suspensions avant et arrière étant configurées pour maintenir l’intégralité du bobinage dans l’entrefer jusqu’aux excursions maximales de l’équipage mobile.In particular embodiments, in orthogonal projection on the axis of movement of the mobile assembly, the air gap has a length greater than the length of the winding, the front and rear suspensions being configured to maintain the entire winding in the air gap up to the maximum excursions of the mobile assembly.
Ce type de conception, dit « underhung » favorise encore la compacité du haut-parleur.This type of design, called "underhung" further promotes the compactness of the loudspeaker.
Dans des modes de réalisation, l’aimant est un aimant central dont la projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe de déplacement de l’équipage mobile est intégralement à l’intérieur de ladite projection de la première carcasse de bobine, deux pièces polaires étant montées sur deux faces de l’aimant.In embodiments, the magnet is a central magnet, the orthogonal projection of which on a plane perpendicular to the axis of movement of the moving assembly is entirely inside said projection of the first coil carcass, two parts poles being mounted on two sides of the magnet.
Grâce à cette configuration, les fuites magnétiques sont particulièrement limitées, ce qui favorise l’efficacité du haut-parleur.Thanks to this configuration, magnetic leakage is particularly limited, which promotes the efficiency of the loudspeaker.
Dans des modes de réalisation, le haut-parleur comporte, dans l’entrefer, une bague de contre-inductance.In embodiments, the loudspeaker comprises, in the air gap, a counter-inductance ring.
La bague de contre-inductance insérée à l’intérieur de l’entrefer réduit l’inductance du bobinage afin d’améliorer l’efficacité du haut-parleur, notamment à l’extrémité supérieure de sa bande passante et de réduit les distorsions, notamment de courant.The counter-inductance ring inserted inside the air gap reduces the winding inductance to improve the efficiency of the loudspeaker, especially at the upper end of its bandwidth, and to reduce distortion, especially current.
La bague de contre-inductance permet de diminuer les phénomènes de non-linéarité liés aux variations d’inductance de la première carcasse de bobine.The counter-inductance ring makes it possible to reduce non-linearity phenomena linked to variations in inductance of the first coil carcass.
Dans des modes de réalisation, la bague de contre-inductance est positionnée du côté externe de l’entrefer.In embodiments, the counter-inductance ring is positioned on the outer side of the air gap.
Cette position permet de maximiser le diamètre de l’aimant pour un diamètre donné de carcasse de bobine interne, ce qui maximise l’énergie magnétique.This position maximizes the diameter of the magnet for a given internal coil core diameter, which maximizes the magnetic energy.
Dans des modes de réalisation, la bague de contre-inductance est en matériaux de perméabilité magnétique approximativement égale à 1.In embodiments, the counter-inductance ring is made of materials with a magnetic permeability approximately equal to 1.
Dans des modes de réalisation, la bague de contre-inductance est en cuivre ou en aluminium.In embodiments, the counter-inductance ring is copper or aluminum.
Dans des modes de réalisation, la bague de contre-inductance couvre l’intégralité de l’entrefer ainsi que la surface arrière de l’entrefer.In embodiments, the counter-inductance ring covers the entire air gap as well as the rear surface of the air gap.
Dans des modes de réalisation, la bague de contre-inductance présente une épaisseur comprise entre 0,5 et deux millimètres.In embodiments, the counter-inductance ring has a thickness of between 0.5 and two millimeters.
Dans des modes de réalisation, le diamètre de la première carcasse de bobine est supérieur à la moitié du diamètre externe de la deuxième membrane.In embodiments, the diameter of the first coil carcass is greater than half the outer diameter of the second membrane.
Cette carcasse de bobine de grand diamètre relatif favorise la compacité du haut-parleur.This relative large-diameter coil carcass favors the compactness of the loudspeaker.
Dans des modes de réalisation, le bobinage comporte au moins quatre couches.In embodiments, the coil has at least four layers.
Grâce à ces dispositions, la compacité du haut-parleur est encore améliorée.Thanks to these arrangements, the compactness of the loudspeaker is further improved.
Dans des modes de réalisation, au moins une des carcasses de bobine comporte des ouvertures traversantes de circulation d’air.In embodiments, at least one of the coil carcasses includes through openings for air circulation.
Ces ouvertures favorisent le refroidissement du bobinage et réduisent les effets de surpression à l’intérieur des carcasses de bobine pendant les mouvements de l’équipage mobile.These openings promote the cooling of the winding and reduce the effects of overpressure inside the coil carcasses during the movements of the moving assembly.
Dans des modes de réalisation, la pièce polaire externe présente un chanfrein du côté de la deuxième carcasse de bobine.In embodiments, the outer pole piece has a chamfer on the side of the second coil carcass.
Ce chanfrein favorise la circulation de l’air dans les ouvertures traversantes de la deuxième carcasse de bobine.This chamfer promotes air circulation in the through openings of the second coil carcass.
Dans des modes de réalisation, la pièce polaire externe comporte des ouvertures traversantes parallèles à l’axe de déplacement de l’équipage mobile.In some embodiments, the external pole piece comprises through openings parallel to the axis of movement of the moving assembly.
Ces ouvertures traversantes réduisent les variations de pression à l’arrière de l’équipage mobile pendant les déplacements de cet équipage mobile.These through openings reduce the pressure variations at the rear of the moving assembly during the movements of this moving assembly.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du haut-parleur objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :Other advantages, aims and particular characteristics of the invention will emerge from the non-limiting description which follows of at least one particular embodiment of the loudspeaker which is the subject of the present invention, with reference to the appended drawings, in which:
Haut-parleur dont la charge acoustique close présente un volume inférieur au produit de la surface de l’ensemble de membrane par son excursion maximum».Loudspeaker whose closed acoustic load presents a volume less than the product of the area of the membrane assembly and its maximum excursion”.
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.This description is given on a non-limiting basis, each characteristic of an embodiment being able to be combined with any other characteristic of any other embodiment in an advantageous manner.
On note dès à présent que les figures 1 et 2 ne sont pas à l’échelle.Note that Figures 1 and 2 are not to scale.
Le domaine de l’invention est le haut-parleur ou transducteur électrodynamique et plus précisément un haut-parleur dédié notamment à la reproduction de basses fréquences (« grande » surface émissive, équipage mobile « lourd », grande excursion, fort facteur de force, forte tenue en puissance).The field of the invention is the loudspeaker or electrodynamic transducer and more precisely a loudspeaker dedicated in particular to the reproduction of low frequencies ("large" emissive surface, "heavy" mobile assembly, large excursion, high force factor, high power handling).
Un des objectifs de l’invention est de réduire l’encombrement et notamment la profondeur d’un haut-parleur destiné notamment à la reproduction des basses fréquences tout en conservant des propriétés remarquables et nécessaires à la reproduction qualitative des basses et moyennes fréquences du spectre audible.One of the objectives of the invention is to reduce the size and in particular the depth of a loudspeaker intended in particular for the reproduction of low frequencies while retaining remarkable properties necessary for the qualitative reproduction of the low and medium frequencies of the spectrum. audible.
La compacité devient nécessaire dès lors que l’on cherche à réduire la taille et notamment la profondeur des enceintes/baffles acoustiques couplés à ce haut-parleur et nécessaire au bon fonctionnement de celui-ci.Compactness becomes necessary when one seeks to reduce the size and in particular the depth of the loudspeakers/acoustic baffles coupled to this loudspeaker and necessary for the proper functioning of the latter.
Dans toute la description, on appelle «avant» ce qui se trouve du côté de la membrane d’un haut-parleur et «arrière» ce qui se trouve du côté opposé. De plus, on appelle «interne» ce qui se trouve à proximité de l’axe de symétrie du haut-parleur et «externe» ce qui se trouve plus éloigné de cet axe de symétrie.Throughout the description, we call “front” what is on the side of the membrane of a loudspeaker and “rear” what is on the opposite side. Moreover, we call “internal” what is near the axis of symmetry of the loudspeaker and “external” what is further from this axis of symmetry.
On observe, en figure 1, un haut-parleur 10 de l’art antérieur, qui comporte:
- une culasse 11,
- un aimant 12, généralement en ferrite,
- une plaque de champ 13,
- un bobinage 14, généralement à deux couches, sur une carcasse de bobine 26,
- une suspension arrière 15 reliée par un collage arrière 16 à la carcasse de bobine26,
- un connecteur 18 d’une alimentation électrique 17 du bobinage 14,
- un collage 19 reliant une membrane 25 à la carcasse de bobine 26,
- un cache-noyau 20,
- une suspension avant 21 et
- un saladier 22.We observe, in FIG. 1, a loudspeaker 10 of the prior art, which comprises:
- a cylinder head 11,
- a magnet 12, generally made of ferrite,
- a field plate 13,
- a winding 14, generally with two layers, on a coil frame 26,
- a rear suspension 15 connected by a rear bonding 16 to the coil carcass 26,
- a connector 18 of a power supply 17 of the coil 14,
- a bonding 19 connecting a membrane 25 to the coil carcass 26,
- a core cover 20,
- a front suspension 21 and
- a salad bowl 22.
On observe, en particulier l’écart Δsusp 23 entre les suspensions avant 21 et arrière 15 nécessaires pour assurer le bon guidage en translation de la carcasse de bobine mobile 26 (Haut-parleur de grande excursion ±Xmax 24). Cet écart 23 interdit de réduire la hauteur d’un haut-parleur de conception conventionnelle.We observe, in particular, the difference Δsusp 23 between the front 21 and rear 15 suspensions necessary to ensure the correct translational guidance of the voice coil carcass 26 (large excursion loudspeaker ±Xmax 24). This gap 23 prohibits reducing the height of a speaker of conventional design.
On observe, en figure 2, un haut-parleur 30 objet de l’invention, qui comporte:
- une suspension avant 31,
- un connecteur 34 d’une alimentation électrique constituée de fils électriques 33 et 46 d’un bobinage 42 monté sur une première carcasse de bobine 48, interne,
- un saladier 35,
- une suspension arrière 36, reliée par un collage 37 à une seconde carcasse de bobine 49, externe,
- un collage 43 reliant la seconde carcasse de bobine externe 49 à une membrane externe 50,
- un cache-noyau 45 et une membrane intermédiaire 47 reliés par un collage 44 à la première carcasse de bobine interne 48,
- une bague 38,
- une culasse 39, par exemple en acier doux,
- un aimant 40,
- une plaque de champ 41, par exemple en acier doux.There is seen in Figure 2, a loudspeaker 30 object of the invention, which comprises:
- a front suspension 31,
- a connector 34 of a power supply consisting of electric wires 33 and 46 of a coil 42 mounted on a first coil frame 48, internal,
- a salad bowl 35,
- a rear suspension 36, connected by a bonding 37 to a second coil carcass 49, external,
- a bonding 43 connecting the second outer coil carcass 49 to an outer membrane 50,
- a core cover 45 and an intermediate membrane 47 connected by a bonding 44 to the first internal coil carcass 48,
- a ring 38,
- a cylinder head 39, for example in mild steel,
- a magnet 40,
- A field plate 41, for example mild steel.
L’excursion est représentée par des flèches 55.The excursion is represented by 55 arrows.
L’aimant 40 est préférentiellement en Néodyme-Fer-Bore (NdFeB). Le bobinage 42 est préférentiellement un bobinage de quatre à huit couches, par exemple six.The magnet 40 is preferably in Neodymium-Iron-Boron (NdFeB). The coil 42 is preferably a coil of four to eight layers, for example six.
On retrouve, en figure 3, les éléments illustrés en figure 2, à l’exception des collages. On observe aussi, en figure 3, des trous de ventilations 51 dans la première carcasse de bobine interne 48 et des trous de ventilation 52 dans la seconde carcasse de bobine externe 49. Dans la culasse 39 se trouvent aussi des ouvertures traversantes 53 de décompression/ventilation.We find, in figure 3, the elements illustrated in figure 2, with the exception of the collages. We also see, in Figure 3, ventilation holes 51 in the first inner coil carcass 48 and ventilation holes 52 in the second outer coil carcass 49. In the yoke 39 there are also through openings 53 for decompression / ventilation.
On retrouve, en figure 6, les éléments illustrés en figure 3. Les figures 3 à 5 sont, chacune, à l’échelle mais les échelles sont différentes.We find, in figure 6, the elements illustrated in figure 3. Figures 3 to 5 are each to scale but the scales are different.
Concernant les matériaux, la suspension avant 31 est, par exemple, en élastomère. Le saladier 35 est, par exemple, en alliage d’aluminium. La seconde carcasse de bobine externe 49 est dite «passive» car elle n’interagit pas avec le champ magnétique. Cette carcasse externe 49 est, par exemple, une carcasse de polyimide (polymère à base d'imide) avec un renfort en aramide ou méta-aramide. La suspension arrière 36 est, par exemple, en tissu enduit. La première carcasse de bobine interne active 48 est, par exemple, en aluminium avec un renfort en aramide ou méta-aramide. La bague 38 est, par exemple, en cuivre ou en aluminium (matériaux de perméabilité magnétique approximativement égale à 1, ces matériaux ne pouvant alors canaliser le champ magnétique). Le cache-noyau 45 est, par exemple, en composite de carbone et d’époxy (polyépoxydes, encore appelés polymères époxyde).Regarding the materials, the front suspension 31 is, for example, made of elastomer. The salad bowl 35 is, for example, made of aluminum alloy. The second outer coil carcass 49 is said to be "passive" because it does not interact with the magnetic field. This outer carcass 49 is, for example, a polyimide (imide-based polymer) carcass with an aramid or meta-aramid reinforcement. The rear suspension 36 is, for example, made of coated fabric. The first active internal coil carcass 48 is, for example, aluminum with an aramid or meta-aramid reinforcement. The ring 38 is, for example, made of copper or aluminum (materials of magnetic permeability approximately equal to 1, these materials then not being able to channel the magnetic field). The core cover 45 is, for example, made of a composite of carbon and epoxy (polyepoxides, also called epoxy polymers).
Une caractéristique particulière d’au moins un aspect de l’invention consiste à rajouter la seconde carcasse 49 de bobine externe à l’équipage mobile afin de positionner la suspension arrière («spider») 36 à l’extérieur et vers l’arrière du haut-parleur 30. Cette seconde carcasse 49 permet de maximiser l’écartement 32 entre les suspensions avant 31 et arrière 36, garantie du bon guidage en translation de l’équipage mobile tout en réduisant la profondeur du haut-parleur 30.A particular characteristic of at least one aspect of the invention consists in adding the second external coil carcass 49 to the moving assembly in order to position the rear suspension (“spider”) 36 outside and towards the rear of the loudspeaker 30. This second carcass 49 makes it possible to maximize the spacing 32 between the front 31 and rear 36 suspensions, guaranteeing good guidance in translation of the moving assembly while reducing the depth of the loudspeaker 30.
La seconde carcasse 49 est externe par rapport à la première carcasse 48, c’est-à-dire plus éloignée de l’axe de symétrie du haut-parleur 30.The second carcass 49 is external with respect to the first carcass 48, that is to say further from the axis of symmetry of the loudspeaker 30.
On note qu’il n’y a pas de bobinage sur cette deuxième carcasse de bobine externe 49. Le haut-parleur 30 n’est pas un haut-parleur coaxial. La deuxième carcasse de bobine 49 est appelée «carcasse» de bobine parce que sa fabrication est similaire à celle d’une carcasse de bobine classique à ceci près qu’elle est dépourvue d’enroulement ou bobinage. Néanmoins, la seconde carcasse de bobine externe 49 est parcourue par le signal électriqued’alimentation du bobinage 42 par les deux conducteurs 33. Ces conducteurs 33 se poursuivent, à partir de l’avant de la carcasse de bobine externe 49 en conducteurs 46 suivant un chemin aérien pour rejoindre l’avant de la première carcasse de bobine active interne 48.Note that there is no winding on this second outer coil carcass 49. Loudspeaker 30 is not a coaxial loudspeaker. The second coil carcass 49 is called a coil "carcass" because its construction is similar to that of a conventional coil carcass except that it has no winding or winding. Nevertheless, the second outer coil carcass 49 is traversed by the electrical signal for supplying the winding 42 by the two conductors 33. These conductors 33 continue, from the front of the outer coil carcass 49 into conductors 46 following a air path to reach the front of the first internal active coil carcass 48.
La fonction principale de la seconde carcasse de bobine 49 est ainsi un prolongement structural rigide. L’ensemble formé de la carcasse de bobine active 48, la membrane intermédiaire 47, la membrane externe 50, le cache noyau 45 et la carcasse de bobine passive 49 bouge d’un seul tenant. Cet ensemble, ou équipage mobile, forme une structure rigide.The main function of the second coil carcass 49 is thus a rigid structural extension. The assembly formed by the active coil carcass 48, the intermediate membrane 47, the outer membrane 50, the core cover 45 and the passive coil carcass 49 moves in one piece. This assembly, or moving assembly, forms a rigid structure.
Les suspensions avant 31 et arrière 36 sont souples. Elles se déforment aisément pour assurer le mouvement en translation de cet ensemble«rigide» 45, 47, 48, 49 et 50.The front 31 and rear 36 suspensions are flexible. They deform easily to ensure the movement in translation of this "rigid" assembly 45, 47, 48, 49 and 50.
Les suspensions avant 31 et arrière 36 retiennent les mouvements de la carcasse externe 49, et donc de cet ensemble, sur l’axe du haut-parleur 30.The front 31 and rear 36 suspensions retain the movements of the outer casing 49, and therefore of this assembly, on the axis of the loudspeaker 30.
Les éléments de membrane, intermédiaires 47, externe 50 et cache-noyau 45, ainsi que les carcasses de bobines 48 et 49 sont en matériaux «rigides», par exemple en matériau composite carbone ou tissu de verre et époxy pour les éléments des membranes 45, 47 et 50 et film Kapton (marque déposée) avec renfort Nomex (marque déposée) pour les carcasses des bobines 48 et 49. Ces éléments se déplacent donc d’un seul bloc, du moins à basse fréquence. C’est le mode piston. A fréquences élevées, par exemple au-dessus de 1000Hz, les matériaux commencent à se déformer selon leurs modes de vibrations. Cependant, ces fréquences sont en dehors de la bande passante du haut-parleur 30 qui est, par exemple, dédié aux fréquences inférieures à 250Hz environ.The membrane elements, intermediate 47, outer 50 and core cover 45, as well as the coil carcasses 48 and 49 are made of "rigid" materials, for example carbon composite material or glass fabric and epoxy for the elements of the membranes 45 , 47 and 50 and Kapton film (registered trademark) with Nomex reinforcement (registered trademark) for the carcasses of the coils 48 and 49. These elements therefore move as a single block, at least at low frequency. This is piston mode. At high frequencies, for example above 1000Hz, materials begin to deform according to their vibration modes. However, these frequencies are outside the bandwidth of the loudspeaker 30 which is, for example, dedicated to frequencies below approximately 250 Hz.
Tous les assemblages sont des assemblages préférentiellement collés, même si la colle n’est pas systématiquement représentée sur les figures 2 et 3.All the assemblies are preferentially glued assemblies, even if the glue is not systematically represented in figures 2 and 3.
La rigidité de l’ensemble mobile est le fruit d’une combinaison entre la forme, l’épaisseur et les matériaux utilisés. La figure 3 est une figure à l’échelle.The rigidity of the mobile assembly is the result of a combination of shape, thickness and materials used. Figure 3 is a scale figure.
La solution présentée ci-dessus est favorisée par une certaine compacité du moteur (circuit magnétique), notamment au niveau du diamètre extérieur. Etant donné les contraintes fortes liées à la conception des moteurs des bons haut-parleurs de grave, la conception de celui-ci est donc particulièrement optimisée en termes de compacité/performance par:
- l’aimant central 40 de type Néodyme Fer Bore,
- la conception « underhung »,
- la carcasse de bobine 48 de grand diamètre,
- le bobinage 42 à six couches et
- la bague 38 de contre-inductance.The solution presented above is favored by a certain compactness of the motor (magnetic circuit), in particular at the level of the outer diameter. Given the strong constraints linked to the design of the motors of good woofers, the design of the latter is therefore particularly optimized in terms of compactness/performance by:
- the central magnet 40 of the Neodymium Iron Boron type,
- the "underhung" design,
- the large diameter 48 spool carcass,
- the six-layer winding 42 and
- ring 38 against inductance.
L’architecture du moteur est appelée «underhung». A l’inverse des moteurs overhung, dans lesquels la bobine est plus haute que l’entrefer, dont le Xmax (excursion maximale) est défini de manière à ce que, lorsque la bobine se déplace, il y ait toujours une partie de même dimension de la bobine en face de l’entrefer, sur un moteur underhung, c’est l’entrefer qui est plus haut que la bobine. Le Xmax sera alors définit de manière à ce que lorsque la bobine se déplace elle soit toujours dans l’entrefer.The engine architecture is called “underhung”. Unlike overhung motors, in which the coil is higher than the air gap, whose Xmax (maximum excursion) is defined so that when the coil moves, there is always a part of the same dimension of the coil opposite the air gap, on an underhung motor, it is the air gap that is higher than the coil. The Xmax will then be defined so that when the coil moves it is always in the air gap.
Dans le cas du moteur underhung, si l’on reste dans les limites du Xmax, toute la bobine est toujours entièrement en face de l’entrefer et la force exercée varie moins avec l’excursion.In the case of the underhung motor, if we stay within the limits of Xmax, the entire coil is always entirely in front of the air gap and the force exerted varies less with the excursion.
Une autre caractéristique particulière d’au moins un aspect de l’invention se situe au niveau de la forme asymétrique de la suspension arrière. Cette conception permet de compenser la non-linéarité de la raideur acoustique de l’enceinte close couplée au haut-parleur, non-linéarité importante, dans le cas d’un faible volume de charge (cas bien souvent inhérent à l’utilisation d’un haut-parleur de faible profondeur).Another particular characteristic of at least one aspect of the invention is at the level of the asymmetrical shape of the rear suspension. This design makes it possible to compensate for the non-linearity of the acoustic stiffness of the closed enclosure coupled to the loudspeaker, significant non-linearity, in the case of a low volume of load (case very often inherent in the use of a shallow depth loudspeaker).
On décrit, ci-dessous, un mode de réalisation particulier du haut-parleur objet de l’invention. Ce mode de réalisation particulier concerne un haut-parleur de taille entre quatre et neuf pouces, par exemple de 6,5 pouces (environ 17cm de diamètre extérieur).A particular embodiment of the loudspeaker which is the subject of the invention is described below. This particular embodiment relates to a loudspeaker of size between four and nine inches, for example 6.5 inches (about 17cm outside diameter).
Le moteur (circuit magnétique) est, dans ce mode de réalisation particulier, de conception type underhung avec aimant central de type NdFeB (Néodyme Fer Bore).The motor (magnetic circuit) is, in this particular embodiment, of the underhung type design with a central magnet of the NdFeB (Neodymium Iron Boron) type.
Le bobinage possède entre quatre et huit, par exemple six, couches afin de maximiser le facteur de force Bl, produit du champ magnétique B dans l’entrefer (issu du circuit magnétique) et de la longueur l du conducteur électrique baigné dans l’entrefer).The winding has between four and eight, for example six, layers in order to maximize the force factor Bl, product of the magnetic field B in the air gap (from the magnetic circuit) and the length l of the electrical conductor bathed in the air gap ).
Une bague 38 en cuivre ou en aluminium d’une épaisseur comprise entre 0,5 et deux millimètres, par exemple d’un millimètre, par exemple façonné par emboutissage, est insérée à l’intérieur de l’entrefer et couvre la totalité de la hauteur d’entrefer pour réduire l’inductance du bobinage 42 afin d’améliorer l’efficacité du haut-parleur 30 à l’extrémité supérieure de sa bande passante et de réduire les distorsions, notamment de courant.A copper or aluminum ring 38 with a thickness of between 0.5 and two millimeters, for example one millimeter, for example shaped by stamping, is inserted inside the air gap and covers the entire air gap height to reduce the inductance of the winding 42 in order to improve the efficiency of the loudspeaker 30 at the upper end of its passband and to reduce the distortions, in particular of current.
La position de cette bague 38 du côté externe de l’entrefer permet de maximiser le diamètre de l’aimant 40 pour un diamètre donné de carcasse de bobine interne 48, ce qui maximise l’énergie magnétique, tout en gardant un diamètre de référence tolérancé de manière précise (le diamètre extérieur de la plaque de champ 41) pour réaliser le montage précis de la carcasse de bobine mobile 48 à l’aide d’un outil de centrage.The position of this ring 38 on the outer side of the air gap makes it possible to maximize the diameter of the magnet 40 for a given diameter of the internal coil carcass 48, which maximizes the magnetic energy, while keeping a toleranced reference diameter. accurately (the outer diameter of the field plate 41) to achieve accurate mounting of the voice coil carcass 48 using a centering tool.
Préférentiellement, des trous 53 sont réalisés dans la culasse 39 au niveau du diamètre d’entrefer afin de faciliter la circulation d’air dans celui-ci dans le but de refroidir le bobinage de la carcasse de bobine interne 48 par une ventilation forcée d’air frais.Preferably, holes 53 are made in the yoke 39 at the level of the gap diameter in order to facilitate the circulation of air therein in order to cool the winding of the internal coil carcass 48 by a forced ventilation of fresh air.
Par exemple, le support de bobinage, ou carcasse de bobine, 48 est réalisé en partie en aluminium afin que le bobinage de cuivre dissipe mieux la chaleur créé par l’effet Joule.For example, the coil support, or coil frame, 48 is made partly of aluminum so that the copper coil better dissipates the heat created by the Joule effect.
Ainsi réalisé, ce moteur a des performances remarquables en termes de rapport compacité/énergie magnétique, en termes de linéarité (grâce au moteur underhung associé à la bague 38 cuivre ou aluminium) et en termes de tenue en puissance (grâce au moteur underhung associé à des trous 43 de ventilation forcée, support de bobinage en aluminium).Thus produced, this motor has remarkable performance in terms of the compactness/magnetic energy ratio, in terms of linearity (thanks to the underhung motor associated with the 38 copper or aluminum ring) and in terms of power handling (thanks to the underhung motor associated with holes 43 for forced ventilation, aluminum winding support).
La première carcasse de bobine active 48 (avec le bobinage baigné dans l’entrefer magnétique) est solidarisée à la seconde carcasse de bobine passive 49 (qui relie les suspensions avant 31 et arrière 36) via deux portions de membrane rigide 47 et 50 (composite carbone/époxy). Les conducteurs 33 de la seconde carcasse de bobine passive 49 sont parcourus de courant électrique, particulièrement, voire essentiellement dans le but de le transmettre à la carcasse de bobine active 48. Du fil conducteur 46 assez rigide, par exemple similaire à celui utilisé pour le bobinage de la carcasse de bobine active 48 est utilisé pour transmettre le courant à la carcasse de bobine active 48.The first active coil carcass 48 (with the winding bathed in the magnetic air gap) is secured to the second passive coil carcass 49 (which connects the front 31 and rear 36 suspensions) via two portions of rigid membrane 47 and 50 (composite carbon/epoxy). The conductors 33 of the second passive coil carcass 49 are traversed by electric current, particularly, or even essentially for the purpose of transmitting it to the active coil carcass 48. Fairly rigid conductor wire 46, for example similar to that used for the winding of the active coil frame 48 is used to transmit current to the active coil frame 48.
Deux fils conducteurs 46 sont fixés verticalement à la seconde carcasse de bobine passive 49 et passent au-dessus de celle-ci pour acheminer le signal électrique vers la première carcasse de bobine active 48. La connexion électrique entre les deux carcasses de bobines 48 et 49 se fait, par exemple, par une soudure, par exemple à l’étain, de l’extrémité supérieure des fils de la carcasse de bobine passive 49 sur deux zones de soudure positionnées en haut de la carcasse de bobine active 48, ces deux zones de soudure étant reliées aux deux extrémités du bobinage 42 baignant dans l’entrefer magnétique. Deux fils conducteurs 33 souples et résistants mécaniquement aux vibrations sont ensuite utilisés pour relier, en suivant un chemin aérien, la carcasse de bobine passive 49, mobile, aux bornes 34, fixe, du haut-parleur 30.Two conductive wires 46 are fixed vertically to the second passive coil frame 49 and pass above it to carry the electrical signal to the first active coil frame 48. The electrical connection between the two coil frames 48 and 49 is done, for example, by welding, for example with tin, the upper end of the wires of the passive coil carcass 49 on two welding zones positioned at the top of the active coil carcass 48, these two zones solder being connected to both ends of the coil 42 immersed in the magnetic gap. Two conductive wires 33 flexible and mechanically resistant to vibrations are then used to connect, following an aerial path, the passive coil carcass 49, mobile, to the terminals 34, fixed, of the loudspeaker 30.
Le haut des carcasses de bobine active 48 et passive 49 est préférentiellement percé de nombreux trous, respectivement 51 et 52, afin de décompresser le volume d’air emprisonné entre le moteur, les membranes et ces carcasses de bobines 48 et 49. Un grand nombre de trous 51 et 52 est préférable afin de diminuer des phénomènes de turbulence d’air qui peuvent apparaitre et provoquer des bruits parasites lors de grandes vitesses et amplitudes de vibration de l’équipage mobile. Un chanfrein 54 réalisé sur la partie extérieure supérieure de la culasse 39 est également prévu à cet effet, afin de faciliter le passage d’air par les trous 52 de la carcasse de bobine passive 49, lorsque l’équipage mobile se trouve dans une position basse.The top of the active 48 and passive 49 coil carcasses is preferably pierced with numerous holes, respectively 51 and 52, in order to decompress the volume of air trapped between the motor, the membranes and these coil carcasses 48 and 49. A large number of holes 51 and 52 is preferable in order to reduce air turbulence phenomena which can appear and cause parasitic noises during high speeds and amplitudes of vibration of the moving assembly. A chamfer 54 made on the upper outer part of the yoke 39 is also provided for this purpose, in order to facilitate the passage of air through the holes 52 of the passive coil carcass 49, when the mobile assembly is in a position low.
Une qualité remarquable de cette conception est qu’elle permet un montage avec les procédés conventionnels de montage de haut-parleurs avec seulement quelques étapes supplémentaires.A remarkable quality of this design is that it allows mounting with conventional loudspeaker mounting methods with only a few additional steps.
La fabrication d’un haut-parleur conventionnel possède les étapes suivantes:
a). Mise en position de la carcasse de bobine active au centre de l’entrefer à l’aide d’un outil de centrage dédié,
b). Collage de la suspension arrière au saladier,
c). Collage de la suspension arrière à la carcasse de bobine,
d). Collage de l’ensemble (suspension avant et membrane) au saladier,
e). Collage de l’ensemble (suspension avant et membrane) à la carcasse de bobine,
f). Retrait de l’outil de centrage de la carcasse de bobine,
g). Collage du cache noyau à la membrane,The manufacture of a conventional loudspeaker has the following steps:
To). Positioning of the active coil carcass in the center of the air gap using a dedicated centering tool,
b). Gluing the rear suspension to the salad bowl,
vs). Gluing the rear suspension to the coil carcass,
d). Gluing the assembly (front suspension and membrane) to the salad bowl,
e). Bonding of the assembly (front suspension and membrane) to the coil carcass,
f). Removing the coil carcass centering tool,
g). Bonding of the core cover to the membrane,
La fabrication d’un haut-parleur à double carcasses de bobine possède les étapes suivantes:
a). Mise en position de la deuxième carcasse de bobine passive 49 à l’extérieur du moteur à l’aide d’un outil de centrage dédié,
b). Collage de la suspension arrière 36 au saladier 35,
c). Collage de la suspension arrière 36 à la deuxième carcasse de bobine passive49,
d). Collage de l’ensemble (suspension avant 31 et membrane externe 50) au saladier35,
e). Collage de l’ensemble (suspension avant 31 et membrane externe 50) à la deuxième carcasse de bobine passive 49,
f). Retrait de l’outil de centrage de la deuxième carcasse de bobine passive 49,
g). Mise en position de la première carcasse de bobine active 48 au centre de l’entrefer à l’aide d’un outil de centrage dédié,
h). Soudure des sorties de fils de la deuxième carcasse de bobine passive 49 sur la première carcasse de bobine active 48,
i). Collage de la membrane intermédiaire 47 sur la membrane externe 50,
j). Collage de la membrane intermédiaire 47 sur la première carcasse de bobine active 48,
k). Retrait de l’outil de centrage de la première carcasse de bobine active 48 et
l). Collage du cache noyau 45 à la membrane intermédiaire 47.The manufacture of a double coil carcass loudspeaker has the following steps:
To). Positioning the second passive coil carcass 49 outside the motor using a dedicated centering tool,
b). Gluing the rear suspension 36 to the salad bowl 35,
vs). Bonding the rear suspension 36 to the second passive coil carcass49,
d). Gluing the assembly (front suspension 31 and outer membrane 50) to the salad bowl 35,
e). Bonding of the assembly (front suspension 31 and outer membrane 50) to the second passive coil carcass 49,
f). Removal of the centering tool from the second passive coil carcass 49,
g). Positioning of the first active coil carcass 48 in the center of the air gap using a dedicated centering tool,
h). Welding of the wire outputs of the second passive coil carcass 49 on the first active coil carcass 48,
i). Bonding of the intermediate membrane 47 to the outer membrane 50,
j). Bonding of the intermediate membrane 47 on the first active coil carcass 48,
k). Removal of the centering tool from the first active coil carcass 48 and
I). Bonding of the core cover 45 to the intermediate membrane 47.
Dans des modes de réalisation, au moinsune suspension présente une forme à symétrie de révolution dont la section radiale présente des oscillations dont les amplitudes extrêmes atteignent au moins un cône dont le sommet est orienté vers l’avant du haut-parleur.In embodiments, at least one suspension has a shape with symmetry of revolution whose radial section has oscillations whose extreme amplitudes reach at least one cone whose apex is oriented towards the front of the loudspeaker.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, la suspension avant 76 possède une zone 75 de collage sur le saladier et une zone 74 de collage sur la membrane. Cette suspension 76 présente une symétrie de révolution autour de l’axe 61. La section radiale illustrée en figure 5 présente des oscillations dont les amplitudes extrêmes, ici les extrêmes orientés vers l’arrière du haut-parleur, atteignent un cône 77 dont le sommet 72 est orienté vers l’avant du haut-parleur.In the embodiment illustrated in FIG. 5, the front suspension 76 has a bonding zone 75 on the bowl and a bonding zone 74 on the membrane. This suspension 76 presents a symmetry of revolution around the axis 61. The radial section illustrated in FIG. 5 presents oscillations whose extreme amplitudes, here the extremes oriented towards the rear of the loudspeaker, reach a cone 72 faces the front of the loudspeaker.
En d’autres termes, l’angle 78 inférieur à 90° au point de rencontre du cône 77 et de l’axe 61 est orienté vers l’arrière du haut-parleur.In other words, the angle 78 less than 90° at the meeting point of the cone 77 and the axis 61 is oriented towards the rear of the loudspeaker.
En figure 5, la suspension avant 76 est formée de deux quarts de tores ouverts de même grand diamètre et de petits diamètres différents dont la section radiale illustrée en figure 5 comporte deux quarts de cercle tangents entre eux de rayons interne r1 et externe r2 avec r1<r2.In FIG. 5, the front suspension 76 is formed of two open quarter toroids of the same large diameter and of different small diameters, the radial section of which illustrated in FIG. <r2.
Selon des variantes, pour au moins une suspension:
- les oscillations ont une plus grande amplitude vers l’axe central de la suspension arrière que vers le périmètre de la suspension arrière,
- les oscillations ont une plus faible amplitude vers l’axe central de la suspension arrière que vers le périmètre de la suspension arrière.According to variants, for at least one suspension:
- the oscillations have a greater amplitude towards the central axis of the rear suspension than towards the perimeter of the rear suspension,
- the oscillations have a lower amplitude towards the central axis of the rear suspension than towards the perimeter of the rear suspension.
Dans des modes de réalisation, comme illustré en figures 3 et 4, la suspension arrière 36 est asymétrique dans sa fonction de guidage en translation de l’équipage mobile, comme illustré en figures 3 et 4.In some embodiments, as illustrated in FIGS. 3 and 4, the rear suspension 36 is asymmetrical in its function of guiding the moving assembly in translation, as illustrated in FIGS. 3 and 4.
De par cette conception, la raideur mécanique de la suspension avant 76 et/ou arrière 36, raideur qui est fonction du déplacement en translation axial de l’équipage mobile, est non linéaire. Cette raideur est, en valeur absolue, plus importante pour un mouvement vers l’avant de l’équipage mobile, qui nécessite un étirement de la forme conique et donc une force de rappel dont la composante axiale est augmentée, et plus faible pour un mouvement vers l’arrière, dans lequel la forme conique est aplatie si bien que la composante axiale est réduite. Cette conception non conventionnelle d’au moins une suspension compense, au moins en partie la non-linéarité acoustique du volume d’air de l’enceinte close associé au haut-parleur 60. En effet, cette asymétrie d’au moins une suspension, par rapport à tout plan perpendiculaire à l’axe de déplacement de l’équipage mobile a notamment un intérêt pour une utilisation dans une enceinte compacte, dans laquelle on n’a pas beaucoup de place pour positionner un haut-parleur, et donc une enceinte de faible volume interne.By this design, the mechanical stiffness of the front 76 and/or rear 36 suspension, stiffness which is a function of the axial translational displacement of the moving assembly, is non-linear. This stiffness is, in absolute value, greater for a forward movement of the movable assembly, which requires a stretching of the conical shape and therefore a restoring force whose axial component is increased, and lower for a movement rearward, wherein the conical shape is flattened so that the axial component is reduced. This unconventional design of at least one suspension compensates, at least in part, for the acoustic non-linearity of the air volume of the closed enclosure associated with the loudspeaker 60. Indeed, this asymmetry of at least one suspension, with respect to any plane perpendicular to the axis of movement of the movable assembly is particularly of interest for use in a compact enclosure, in which there is not much space to position a loudspeaker, and therefore an enclosure low internal volume.
Typiquement, dans ce haut-parleur compact, le volume d’air déplacé par la membrane, produit de la surface par le déplacement maximum, c’est-à-dire deux fois l’excursion, est non négligeable devant le faible volume de la charge close. Le volume de la charge fluctue ainsi avec le déplacement de la membrane de manière non négligeable. L’ordre de grandeur du ratio du volume d’air déplacé par le mouvement de l’équipage mobile sur le volume initial de la charge est supérieur à deux pourcents, préférentiellement trois pourcents le volume d’air et, encore plus préférentiellement quatre pourcents. Mais ces quelques pourcents ont un effet très néfaste sur la non-linéarité de la charge/raideur acoustique.Typically, in this compact loudspeaker, the volume of air displaced by the membrane, produced from the surface by the maximum displacement, i.e. twice the excursion, is not negligible compared to the low volume of the load closed. The volume of the charge thus fluctuates with the displacement of the membrane in a not insignificant manner. The order of magnitude of the ratio of the volume of air displaced by the movement of the moving assembly to the initial volume of the load is greater than two percent, preferentially three percent the volume of air and, even more preferentially four percent. But these few percent have a very detrimental effect on the non-linearity of the acoustic load/stiffness.
Ce faible volume entraîne une raideur acoustique de l’enceinte close importante et fortement non linéaire vis-à-vis du déplacement de la membrane du haut-parleur. Avec une charge close de faible volume, un déplacement important de la membrane va provoquer un changement non négligeable du volume interne V de la charge close et par conséquent, de la pression statique interne P, ces deux valeurs étant liées par la loi de Laplace : [PV]^γ=C_1 ou C_1 est une constante et γ=1.4 dans le cas de l’air.This low volume leads to an acoustic stiffness of the closed enclosure that is significant and highly non-linear with respect to the displacement of the loudspeaker membrane. With a closed load of small volume, a significant displacement of the membrane will cause a significant change in the internal volume V of the closed load and consequently, in the internal static pressure P, these two values being linked by Laplace's law: [PV]^γ=C_1 where C_1 is a constant and γ=1.4 in the case of air.
a). On en déduit :
b). P(x)=P0(V0/(V0+Sx))^1,4
c). Avec :
d). x : déplacement de la membrane (en positif et négatif, x=0 étant la position de repos)
e). P0: pression statique à l’équilibre (x=0)
f). V0: volume interne de l’enceinte (x=0)
g). S : surface de rayonnement de la membrane
h). ^ représente une puissance, ici puissance 1,4
i). Dans le cas d’une enceinte compacte, dans laquelle Sx n’est pas négligeable devant V0, le changement de pression interne provoque un effort sur la membrane du haut-parleur avec un comportement non linéaire. La pression de rappel exercée sur la membrane est notamment plus importante pour un déplacement de la membrane vers l’intérieur de l’enceinte (l’arrière) que vers l’extérieur (l’avant). Ainsi, un effort plus important est nécessaire pour faire rentrer la membrane vers l’intérieur que vers l’extérieur. La suspension arrière asymétrique a été conçue à l’inverse (elle exerce un effort de rappel plus important pour un déplacement vers l’extérieur que vers l’intérieur) afin de compenser la non-linéarité lié au changement de volume interne de l’enceinte avec le déplacement de la membrane.To). We can deduce :
b). P(x)=P 0 (V 0 /(V 0 +Sx))^1.4
vs). With :
d). x: displacement of the membrane (positive and negative, x=0 being the rest position)
e). P 0 : static pressure at equilibrium (x=0)
f). V 0 : internal volume of the enclosure (x=0)
g). S: radiation surface of the membrane
h). ^ represents a power, here power 1.4
i). In the case of a compact loudspeaker, in which Sx is not negligible compared to V 0 , the change in internal pressure causes a force on the membrane of the loudspeaker with a non-linear behavior. The restoring pressure exerted on the membrane is in particular greater for a movement of the membrane towards the inside of the enclosure (the rear) than towards the outside (the front). Thus, a greater effort is necessary to bring the membrane inward than outward. The asymmetrical rear suspension has been designed in reverse (it exerts a greater spring force for outward movement than inward movement) to compensate for the non-linearity associated with the change in internal volume of the cabinet. with the displacement of the membrane.
Dans le mode de réalisation représenté en figures 3 et 4, la suspension arrière 36 présente une forme à symétrie de révolution autour de l’axe 61. La section radiale illustrée en figure 4 présente des oscillations entre des maximums locaux 64, 66 et 68 et des minimums locaux 65, 67 et 69, qui se poursuivent, à l’extérieur jusqu’au saladier 35 et, à l’intérieur, jusqu’à deuxième carcasse de bobine 49. Les maximums locaux 64, 66 et 68 sont colinéaires et les minimums locaux 65, 67 et 69 sont colinéaires. En conséquence, les oscillations représentées par la section axiale atteignent deux cônes arrière 62 et avant 63 dont les sommets 70 et 71 sont orientés vers l’avant du haut-parleur, par rapport à la suspension arrière 36. Préférentiellement, l’angle au sommet du cône avant 63 est inférieur à l’angle au sommet du cône arrière 62. En d’autres termes, les oscillations ont une plus grande amplitude vers l’axe central 61 de la suspension arrière 36 que vers le périmètre de la suspension arrière 36. Les oscillations présentent un pas constant, c’est-à-dire que la distance entre les sommets 64 et 66 est égale à la distance entre les sommets 66 et 68 et la distance entre les sommets 65 et 67 est égale à la distance entre les sommets 67 et 69. On observe, en figure 4, que les oscillations sont sinusoïdales.In the embodiment represented in FIGS. 3 and 4, the rear suspension 36 has a shape with symmetry of revolution around the axis 61. The radial section illustrated in FIG. 4 presents oscillations between local maximums 64, 66 and 68 and local minima 65, 67 and 69, which continue, outside to bowl 35 and, inside, to second coil carcass 49. Local maxima 64, 66 and 68 are collinear and the local minima 65, 67 and 69 are collinear. Consequently, the oscillations represented by the axial section reach two rear 62 and front 63 cones whose vertices 70 and 71 are oriented towards the front of the loudspeaker, with respect to the rear suspension 36. Preferably, the angle at the vertex of the front cone 63 is less than the apex angle of the rear cone 62. In other words, the oscillations have a greater amplitude towards the central axis 61 of the rear suspension 36 than towards the perimeter of the rear suspension 36 The oscillations have a constant pitch, that is to say that the distance between the vertices 64 and 66 is equal to the distance between the vertices 66 and 68 and the distance between the vertices 65 and 67 is equal to the distance between the vertices 67 and 69. It is observed, in FIG. 4, that the oscillations are sinusoidal.
Dans des variantes, au moins une suspension présente une autre forme d’oscillation (demi-sinusoïdes, triangles, arcs de cercle…) avec des amplitudes et pas constants ou non. Ce qui crée l’essentiel de la dissymétrie de raideur est l’angle d’inclinaison 73 entre les extrémités internes et externes de la suspension, dans la position de repos de la suspension, dans laquelle l’excursion de l’équipage mobile est nulle.In variants, at least one suspension has another form of oscillation (half-sinusoids, triangles, arcs of circles, etc.) with amplitudes and steps that are constant or not. What creates most of the stiffness asymmetry is the angle of inclination θ3 between the internal and external ends of the suspension, in the rest position of the suspension, in which the excursion of the mobile assembly is zero .
Dans les figures 1 et 2, les écarts 23 et 32 entre les suspensions avant et arrière nécessaires pour assurer le bon guidage en translation de la carcasse de bobine mobile (haut-parleur à grande excursion ±Xmax 24 et 55). Il empêche de réduire la hauteur d’un haut-parleur de conception conventionnelle. Un des aspects de l’invention permet de réduire significativement la hauteur du haut-parleur sans avoir réduit cet écart 32 et en conservant des performances similaires en termes de facteur de force, de masse d’équipage mobile et d’inductance du bobinage. De plus, la conception « underhung » permet même d’améliorer la linéarité des paramètres du haut-parleur par rapport au déplacement du bobinage 42.In FIGS. 1 and 2, the gaps 23 and 32 between the front and rear suspensions necessary to ensure the correct translational guidance of the voice coil carcass (large excursion loudspeaker ±Xmax 24 and 55). It prevents reducing the height of a conventionally designed speaker. One of the aspects of the invention makes it possible to significantly reduce the height of the loudspeaker without having reduced this difference 32 and while maintaining similar performance in terms of force factor, mass of moving equipment and inductance of the winding. In addition, the "underhung" design even improves the linearity of the speaker parameters with respect to the displacement of the winding 42.
Sur le haut-parleur conventionnel « état de l’art » de la figure 1, la conception de l’entrefer magnétique et du bobinage est du type « overhung » : Le bobinage est plus haut que la zone d’entrefer magnétique, ceci pour assurer que le facteur de force Bl (produit du champ magnétique B par la longueur de conducteur électrique baigné dans le champ magnétique) ne change pas trop en fonction du déplacement de la carcasse de bobine. L’aimant est de type ferrite. Pour assurer un fort champ magnétique, la ferrite est nécessairement de grosse taille (grand diamètre, forte hauteur) et placée à l’extérieur du bobinage. Le bobinage est généralement constitué de deux couches d’enroulements.On the conventional “state of the art” loudspeaker of figure 1, the design of the magnetic air gap and the winding is of the “overhung” type: The winding is higher than the magnetic air gap area, this to ensure that the force factor Bl (product of the magnetic field B by the length of electrical conductor bathed in the magnetic field) does not change too much as a function of the displacement of the coil carcass. The magnet is of the ferrite type. To ensure a strong magnetic field, the ferrite is necessarily large (large diameter, high height) and placed outside the winding. The winding usually consists of two layers of windings.
Dans le mode de réalisation particulier d’un aspect de l’invention illustré en figure 2, la conception de l’entrefer magnétique et du bobinage 42 est du type « underhung ». Le bobinage 42 est plus court que la zone d’entrefer magnétique. La constance du facteur de force Bl en fonction du déplacement du bobinage 42 est améliorée. De même, la constance de l’inductance du bobinage 42 en fonction du déplacement de la première carcasse de bobine 48 est améliorée. Aussi la tenue en puissance du bobinage est améliorée, par amélioration de la dissipation thermique. Le bobinage 42 qui chauffe par effet Joule est sur toute sa hauteur proche des pièces thermiquement conductrices qui aident à dissiper la chaleur du bobinage 42.In the particular embodiment of an aspect of the invention illustrated in FIG. 2, the design of the magnetic air gap and of the winding 42 is of the “underhung” type. The winding 42 is shorter than the magnetic air gap zone. The constancy of the force factor B1 as a function of the displacement of the winding 42 is improved. Likewise, the constancy of the inductance of the winding 42 as a function of the displacement of the first coil carcass 48 is improved. Also the power handling of the winding is improved, by improving the heat dissipation. The winding 42 which heats by Joule effect is over its entire height close to the thermally conductive parts which help to dissipate the heat from the winding 42.
L’aimant 40 est préférentiellement de type NdFeB. Nettement plus puissant que la ferrite, ce type d’aimant permet de réduire énormément la taille des aimants dans la conception des circuits magnétiques. Ce type d’aimant permet la conception du moteur compact et puissant proposé et notamment de positionner l’aimant au centre du moteur, en augmentant le diamètre du bobinage 42. Le positionnement de l’aimant 40 au centre présente un autre avantage non négligeable par rapport à une configuration avec un aimant extérieur : l’assemblage est quasiment dépourvu de fuite magnétique. Pratiquement toutes les lignes de champ magnétique sont canalisées par les pièces polaires 39 et 41, en acier doux, qui entourent l’aimant 40. Au contraire, dans une conception à aimant extérieur, des lignes de champ magnétique rebouclent dans l’air à l’extérieur de l’aimant provoquant des fuites magnétiques (l’aimant en position extérieure attire facilement des matériaux à base de fer et peut provoquer des perturbations de type électromagnétique dans son environnement proche).The magnet 40 is preferably of the NdFeB type. Significantly more powerful than ferrite, this type of magnet makes it possible to greatly reduce the size of magnets in the design of magnetic circuits. This type of magnet allows the design of the compact and powerful motor proposed and in particular to position the magnet in the center of the motor, by increasing the diameter of the coil 42. The positioning of the magnet 40 in the center has another advantage that is not negligible by compared to a configuration with an external magnet: the assembly is virtually free of magnetic leakage. Virtually all magnetic field lines are channeled through mild steel pole pieces 39 and 41 which surround magnet 40. In contrast, in an exterior magnet design, magnetic field lines loop back through the air at the outside. exterior of the magnet causing magnetic leakage (the magnet in the exterior position easily attracts iron-based materials and can cause electromagnetic type disturbances in its close environment).
Cette conception augmente l’inductance du bobinage 42 par rapport à la conception standard, du fait de l’utilisation d’une première carcasse de bobine 48 de grand diamètre avec un nombre de tours d’enroulement plus important et avec noyau d’acier plus imposant. Pour y remédier, selon un aspect de l’invention, on utilise une bague 38, de cuivre ou d’aluminium, placée dans l’entrefer magnétique, proche et à l’extérieur du bobinage 42.This design increases the inductance of winding 42 over the standard design, due to the use of a large diameter first coil carcass 48 with a greater number of winding turns and with a larger steel core. imposing. To remedy this, according to one aspect of the invention, a copper or aluminum ring 38 is used, placed in the magnetic air gap, close to and outside the winding 42.
La combinaison des différents aspects de l’invention présente les avantages suivants:
a). Compacité du haut-parleur, notamment profondeur réduite,
b). Simplicité du montage (utilise des procédés d’assemblage conventionnels),
c). Fort facteur de force (Aimant Néodyme Central, bobinage six couches de grand diamètre),
d). Inductance faible à modérée (compte tenu de l’utilisation d’une carcasse de bobine de grand diamètre avec quatre à huit couches) grâce à la bague cuivre ou aluminium de contre-inductance, ce qui permet au HP d’être plus efficace dans le haut de sa bande passante.
e). Linéarité : Le facteur de force n’est pas dépendant de la position du bobinage grâce au montage underhung; la bague cuivre ou aluminium permet de diminuer les phénomènes de non-linéarité liés aux variations d’inductance de la bobine mobile et la linéarité de la raideur mécanique globale du système (HP + enceinte close) est maitrisée grâce au spider asymétrique.
f). Forte tenue en puissance grâce à la carcasse de la bobine active en aluminium, aux trous de ventilation 53 en fond de culasse 39, au moteur type « underhung ».The combination of the different aspects of the invention has the following advantages:
To). Compactness of the loudspeaker, in particular reduced depth,
b). Simplicity of assembly (uses conventional assembly processes),
vs). High force factor (Central Neodymium magnet, large diameter six-layer winding),
d). Low to moderate inductance (considering the use of a large diameter coil carcass with four to eight layers) due to the counter-inductor copper or aluminum ring, which allows the HP to be more efficient in the top of its bandwidth.
e). Linearity: The force factor is not dependent on the position of the winding thanks to the underhung assembly; the copper or aluminum ring makes it possible to reduce the phenomena of non-linearity linked to variations in the inductance of the voice coil and the linearity of the overall mechanical stiffness of the system (HP + closed enclosure) is controlled thanks to the asymmetrical spider.
f). High power handling thanks to the aluminum active coil carcass, the 53 ventilation holes at the bottom of the cylinder head 39, the “underhung” type motor.
Claims (10)
- une première carcasse de bobine (48) portant un bobinage conducteur (42) dans l’entrefer,
- une première membrane rigide (47) et un cache-noyau (45) solidaires de la première carcasse et reliés à une suspension avant (31, 76);
dans lequel au moins une suspension (36, 76) présente une forme à symétrie de révolution dont la section radiale présente des oscillations dont les amplitudes extrêmes atteignent au moins un cône (62, 63, 77) dont le sommet (70, 71, 72) est orienté vers l’avant du haut-parleur.Loudspeaker (30, 60), which comprises a magnet (40) associated with at least one pole piece (39, 41) to produce a magnetic field in an air gap and a moving assembly comprising:
- a first coil carcass (48) carrying a conductive winding (42) in the air gap,
- a first rigid membrane (47) and a core cover (45) integral with the first carcass and connected to a front suspension (31, 76);
wherein at least one suspension (36, 76) has a shape with symmetry of revolution whose radial section has oscillations whose extreme amplitudes reach at least one cone (62, 63, 77) whose apex (70, 71, 72 ) faces the front of the speaker.
- une deuxième carcasse de bobine (49) positionnée à l’extérieur des pièces polaires (39, 41) et montée sur la suspension arrière (36),
- une deuxième membrane (50) solidaire de la première membrane rigide (47), de la deuxième carcasse et de la suspension avant (31, 76) et
- deux conducteurs électriques (33, 46) reliés au bobinage et parcourant la première carcasse de bobine, un chemin aérien entre les carcasses de bobine, la deuxième carcasse de bobine et un chemin aérien jusqu’à un point fixe (34) du haut-parleur.Loudspeaker (30, 60) according to one of Claims 1 to 9, which further comprises:
- a second coil carcass (49) positioned outside the pole pieces (39, 41) and mounted on the rear suspension (36),
- a second membrane (50) integral with the first rigid membrane (47), the second carcass and the front suspension (31, 76) and
- two electrical conductors (33, 46) connected to the winding and traversing the first coil carcass, an aerial path between the coil carcasses, the second coil carcass and an aerial path up to a fixed point (34) from the top- speaker.
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