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PERFESTIOMENETS ALS DIAP RAGMES ACOESTIOUES . -
L'invention concerne des appareils acoustiques et plus parttcu- lièrement les diaphragmes utilises dans les haut-parleurs électrodynamiques, Elle s'applique toutefois également à tous autres dispositifs acoustiques tels que les microphones.
Sous son aspect le plus général, l'invention concerne un diaphrag- me acoustique permettant une transformation fidèle des ondes électriques correspondant aux vibrations sonores originales en ondes sonores sans sacrifier l'efficacité de la transformation.
Un autre objet de l'invention est un diaparagme acoustique caractérisé par une reproduction sonore uniforme, l'absence de point de résonance, une reproduction fidèle, une construction simple et peu coptemdr, Bn outre,
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l'invention a pour objet un diaphragme acoustique de préférence circulaire agissant comme un piston dont les secteurs successifs présentent des caracté-
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ristiques .mécaniques et aeoastiai:es différentes. Le diaphragme conforme à l'inmention, bien que d'une construction s;.nrtrique, n'est pas symétrique dans le sens ;ni=e#ig-1e du mot de manisre à donner une reproduction plus fidèle, plus uniforme et plus efficace.
L'invention a également pour objet une méthode de fabrication
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sir-mle 3T=n diaphragme conique à l'aiie d'une feuille de matière fibreuse.
On a rencontre de grandes difficultés pour construire un hautparleur couvrant sans déformation la gamme complète des fréquences acoustiques.
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Dans le cas des iiap1:ra ':1es prévus pour travailler comme un piston, la sensibilité est ase irr6,Tjli-,re en raison de l'effet des ondes stationnaires qui prennent naissance par réflexion de certaines ondes au bord ou à la base du dia::;:71ra ":'1e. i'osr ces cades de fréquences acoustiques assez élevées, le diaphra-pe n'csoille plus en entier coaine un piston, comme il le fait aux basses .-r-2-aucnces, aais il se divise en sections vibrant séparément.
On a proposé divers moyens pour améliorer la fidélité et l'uniformité de la sensibilité daiis la aiB:.t3 des fréquences acoustiques, Par exemple on utilise depuis lee ps plusieurs dia3brages coniques, ondulas,oonoentriqu# et on raidit le diaphragme à la circonférence pour éviter le bruissement ou les vibrations parasites des secticns locales entourant le diaphragme. Suivant l'opinion de la plupart des ingénieurs, ces ondulations donnent une certaine possibilité de déformation radiale et correspondent à la capacité dans un filtre électrique. Les surfaces ou les masses contenues entre les ondulations correspondent à la self-inductance dans un filtre.
Ordinairement, ces ondulations ont cependant été placées plus proches l'une de l'autre que ne l'indique la théorie sans faire appel à aucune loi ni fermmle. Il a été de technique courante de réaliser un espace constant entre les ondulations. Cela ne veut pas dire que la construction de ce diaphrame s'est faite sans aucune étude. Des travaux considérables ont été poursuivis pour obtenir des diaphragmes présentant des caractéristiques acoustiques
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dz-ter-iinrees. On a constaté que la fabrication avait une importance capitale; par exemple, des appareils construits suivant le même dessin dans différents ateliers ont présenté des caractéristiques différentes.
Des travaux très importants portant notamment sur les méthodes de
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contrôle et sur le découpage ont été menés pour obtenir des ondulations donnant une certaine élasticité dans le but de dévisser effectivement le diaphragme en différentes sections pour éviter l'interférence entre les portions internes et externes du diaphragme aux fréquences acoustiques élevées et de façon que la section interne vibre seule pour les hautes fréquences.
On a constate que des résultats pratiquement idéaux pouvaient être obtenus au moyen d'une ou deux ondulations convenablement dessinées et bien placées* On a déterminé une loi générale permettant de fixer sur un diaphragme destiné à vibrer comme un piston, les positions exactes des ondulations concen- triques ainsi que les dimensions de ces ondulations pour obtenir une émélioration de la. fidélité. La masse des sections de diqphragme et l'élasticité constituent un véritable filtre mécanique modifiant la phase des ondes intérférant entre elles dans la gamme des hautes fréquences.
Il n'y a aucune méthode pratique pour calculer les positions et les dimensions des ondulations élastiques de ce type dans des conditions données.
Bien que l'on ait construit en nombre limité et pour des buts spéciaux des diaphragmes présentant des ondulations concentriques d'élasticité convenable, on a pu constater dans la caractéristique de sensibilité des pointes et des creux dus au fait que, dans le cas de production importante, il est impossible de contrôler l'élasticité des ondulations avec le de gré d'uniformité nécessaire.
Toute modification de diaphragme dans la construction de différents haut-parleurs exige la répétition de longues méthodes extrêmement compliquées de détermination de la forme et des positions des ondulations. confermément à. l'invention, les difficultés mentionnées plus haut sont évitées en utilisant um diaphragme acoustique fonctionnant comme un piston présentant la forme d'un cône, d'une trompe, d'un disque on de toute autre forme convenable et comportant une trace élastique excentrique par rapport à l'axe dynamique ou à l'axe de révolution du cône, Suivant une disposition de l'invention,
une ondulation élastique est imprimée dans la surface du cône utilisé dans un haut-parleur électrodynamique. Cette ondulation est placée par rapport au dispositif d'entraînement du cône de façon à présenter la forme d'une spire d'une spirale logarithmique s'étendant de préférence sur toute la circonférence du diaphragme* Suivant cette disposition, le diaphre me polit être considéré comme divisa effectivement en une série de secteurs imaginaires présentant
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des caractéristiques r:rcèir.l c[11es et acoustiques différentes et variant de façon continue a-ao,r de la circcnfcrcnce du diaphragme. On a constaté qu'une telle dispc-siticn est extrêmement sile et facile à contrôler au cours de la production.
On cC'11?renira que le trajet élastique peut prendre la forme de plusieurs onduls-tions parallèles de profondeur plus faible disposées très près l'une de l'autre et donnant à peu près le .nna eTiet qu'une seule ondulation large. Bien qu'il soit préférable d'utiliser :ce ondulation en forme de spirale continue,
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on se.'.prendra que l'invention couvre 2.1ement l'utilisation d'une ondulation discontinue suivant un trajet brisé.
On oontprenira ':1ievx les aientaies et les caractéristiques nouvelle de l'invention en se r6frant la description suivante ainsi qu'aux dessins qui l'aeecoepanent, donnes simplenent à titre d'exemple et dans lesquels :
La Fig.1 est une vue en plan d'un diaphragme conique conforme à 1'invention;
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La 1'i-;. 19.b: représente en élévation, une coupe de la rondelle de c3r:t:":1"';e de la i y.1.
La hi;.2 est une vue en élévation latérale du cône de la Fi.l, une ;e.rticn ;trnt briJee pour "entrer clairement la disposition de l'invention.
La ri-. 2a acntre un:- "lodification de la disposition indiquée à la dg.2.
La .Id .3 représente des courbes earaetéristiques d'un diaphragme de u.;t-j arle;zr construit con--om.6ràent à l'invention.
La Fig.4 est une courbe caractéristique d'un diaphragme conique plein.
La Fig.5. est une vue en plan du développement d'une forme modifiée
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du ùia b:ra 1 acoustique. La Fig.6 repr;sents en plan la modification de la Fi.5, le dia-
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phrs-"Te stant vu par sa face concave.
La fig.7 est une modification de la disposition représentée plus hant.
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La Fi#.3 montre en eoape ,suivant 8-8, la modification représentée fig. 7.
Suivant les Fig.1 et :. des dessins, la disposition préférée de
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l'invention comprend un 1iaphrame tronconique 1 comportant un dispositif d'entraînement tel qu'une bobine mobile 3 bobinée sur une carcasse 5 attachée à
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la petite extrémité du diaphragme et faisant partie d'un haut-parleur électrodynamique* Les expansions polaires (non montrées) supportent la bobine 3 de façon flexible de toute manière connue, par exemple par l'intermédiaire d'un disque de centrage 7 en matière flexible présentant des propriétés avertisseuses La grande base du diaphragmeest supportée par une carcasse fixée aux expansions polaires au moyen d'une matière flexible représentée sous la forme d'un anneau 9 A leur tour,
les anneaux 9 et 10 sont fixés à la carcasse de support dont une partie est représentée par les lignes pointillées 12.
Dans le but d'obtenir les résultats mentionnés plus haut, on a prévu une ondulation présentant, de préférence, la forme d'une spirale logarithmique imprimée dans le diaphragme et placée à une distance continûment variable de la bobine mobile, Il est préférable de prévoir une seule ondulation de façon que les réflexions d'ondes mécaniques dans la surface du cône se produisent pour différentes hautes fréquences et donnent ainsi une caractéristique de sensibilité plus plate.
Le cône est constitué d'un morceau de feuille dtune matière fibreuse telle que du panier parchemin. La feuille est découpée suivant un cercle dont un secteur est enlevé. Une petite ouverture concentrique est prévue pour fixer la bobine mobile, L'ondulation 11 est emboutie dans le papier. L'ondula- tion 11 est de préférence emboutie dans la papier avant la réunion des bords radiaux. Il est préférable que les extrémités de l'ondulation se terminent très près des bords du secteur enlevéLorsque le cône est constitua par la réunion des bords radiaux représentés en 13 et 14, les extrémités de l'ondulation se réunissent mais ne traversent pas la soudure qui peut d'ailleurs ne pas être radiale et présenter, par exemple, la forme d'une spirale.
Il est avantageux dans le procédé de fabrication de former l'ondulation dans la feuille de matière avant la formation du còne. Il est toutefois désirable d'emboutir cette feuille sur un support conique présentant un angle légèrement plus optu que le cône terminé. Cela évite le danger de briser l'ondulation en formant le cône. Un avantaee d'un trajet élastique simple sur les dispositions prévues précédomment est qu'on dispose d'une grande surface du diaphragme pour former l'ondulation par allongement de la matiére et que l'emboutissage d'une ondulation ntest pas géné par d'autres ondulations adjacentes.
Dans un diaphragme construit confermément à 1'invention, le dia-
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-=1Etr àe 1s base du cê e teràiné était de 15 cyn" l'an'le du cône de 105. et la 1^n'^aa-zr raciale dh'll cêté le 7 "'/m. Le papier parchemin employé avait une épaisse jr d'environ 0,1:":5 :'1/n. et était reeoavert d'une laque à base de cellulose -o-7r le até îer de l'humidité. La profondeur de l'ondulation était de 1,25 -'/:1.. et le rayon de l'ondulation de 1,5 'n/m. On a construit des diaphragmes prcentat :'ne spirale loaritb.:1i=1ue d'autres dimensions jusqu'à 30 cira. de dia:tr...
Suivant la i ig.la plus détaillée, le disque de centrale 7 est construit de pré-:?érener en une matière anartisseuse présentant un deré de flexibilité suffisant, par exemple de la toile caoutchoutée. Cette matière, qui se çrlscnte sous la ioi1=1e de feuilles, ast assez fortement tendue sur un ar..nean tr<;,a2niyie 8 et collée s. celai-ci avant d'être fixée à la petite extrémité i,1 zêne contre la bobine mobile. suivant la Li,-.'.a et ecnfar-rnent à certaines explications données plus ha;t, on peut replacer l'cndùlation simple des Fig. 1 ou 6, par des fondulaticns ccnti'ues moins profondes lla dont deux sont représentées.
Suivant la Fi.4 du dessin, on a représenté une courbe caractéristique d'un diaphragme conique plein d'un haut-parleur dynamique fonctionnant sur un ocrant La courbe donne les pressions acoustiques en unités arbitraires en fonction de la fréquence en périodes par seconde. Comme la base du cône est
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supportée par une matière arolle qui ne présente pas tout-à-fait les caractérisé- tiques mécaniques désirées parce qu'il n'existe aucune matière commerciale con- venable, il se produit des réflexions au bord de la base du cône qui perturbent les hautes fréquences et engendrent les peintes pl et p2 et les creux dl, d2, etc....
On notera que les creux dl se produit à une fréquence à peu près double
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de la =r.ienca qui corres-Dond L la pointe pl. Le diaphra;me perfectionné COB]- pcrtant une seule ondulation a été basé sur le fait que différents cônes montrent des peintes et des creux pour des fréquences variant en sens inverse des dimensions des cônes. En d'autres termes, on a constaté que, pour un cône de 25 c/m. le premier creux de la courbe de sensibilité correspond à environ 1250 périodes par seconde. On a pu établir que le spectre acoustique dans la zone de pointes et de creux dépend de la distance séparant la bobine mobile du
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brrd du ccne.
Il s'ensuit que l'on a pensé que, si des moyens pouvaient être pròvus pour rendre variable cette distance autour du centre du cône, les pointes et les creux pouvaient être atténuas. Après de longues recherches, on a
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constaté que l'ondulation en forme de spirale représentée , la. r'i-'.l donnait les résultats désirés.
Les courbes de la fig.4 de A à Z en pointillés, dont certaines
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ont été omises pour éviter les cC':9lications inutiles, correspondent re-.pectivement à des secteurs imaginaires de A à X du diaphraC;é:1e de la i'i.;,l.
Pour simplifier l'explication, on a porte les courbes se'11E.Yl1ent pour les fréquences comprises entre 1.000 et 6.250 périodes, gamme dans laquelle se produisent en pratique les pointes et les creux, L'analyse des caractéristiques acoustiques des diaphragmes est extrêmement compliquée et on
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comprendra que les explications ;1 viennent dtêtre données ne sont qu'incom- plétes.
L'ondulation (dans le cas d'un cône de 15 c/m. de diantre) est
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placée à des distances rt de la bebine mobile indiquées pour 24 positions égallement distantes autour de la circonférence d'un diaphrae ct'ni'2.ue. 19 sensi- bilité effective de chaque section est calculée pour les fréquences comprises entre 1.000 et 6.250 et les courbes sont tracées en f onction du rapport de r'
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à 7 c/m. (où 7 représente en c%n. la distance railale entre la bobine mobile et la grande base du diaphragme)* Une correction doit être faite dans chaque section pour tenir compte de la surface parce que les grandes surfaces contribuent plus à la sensibilité finale que les petites surfaces.
Pour résumer le calcul entier car les courbes apparaîtraient inutilement compliquées, les renseignements suivants sont donnés pour certaines des sections et certaines fréquences,
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<tb>
<tb> Unités <SEP> acoustiques <SEP> ; <SEP>
<tb>
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Section rt Rapport rt 1.000 prio.ess, 6éz5o périodes/s.
1 25,5 m/#. 0,358 56,6 948
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<tb>
<tb> 24 <SEP> 59 <SEP> m/m. <SEP> 0,818 <SEP> 212,5 <SEP> 330,6
<tb>
La courbe Y de la Fig.3 en trait plein est obtenue par scmmation des courbes composantes de A à X. Elle représente la façon dont les pointes
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et les creux des courbes composantes s'additionnent pour produire une carac- téristique résultante pratiquement uniforme. Il faut noter que le creux dl de la courbe X est très prononcé.
L'ondulation agit à peu près comme le bord d'un cône en produisant des réflexions de différentes fréquences, ces réflexions engendrant les pointes
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et les creux constatés dans les courbes do sensibilité. Suivant une façon de
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ce:prr3re le pno:àne, le couplage élastique forme par l'ondulation est tel qu'aux basses fréquences, les sections du diaphragme situées de part et d'autre de l'cn;i.:lation, vibrent en entier mais que, lorsque la fréquence s'élève, le couplage élastique transmet de moins en moins les vibrations de hautes fréquences vers la portion extérieure.
On notera que le trajet élastique en forme de spirale partant d'un peint proche de la bobine mobile progresse très graduellement en direction
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radiale autour de la circonférence du 3iap¯'fra;me sur une portion du dianhra;me puis avance beaucoup plus rapidement. Cela est essentiel pour donner plus d'importance aux secteurs présentant la plus petite surface pour les hautes fréquences.
Suivant la Fi 2,3, la première pointe pour chaque section se pré- sente à rne fréquence d'autant plus élevée que la distance radiale de la bobine nobile à l'ondulation diminue. En d'autres termes, les pointes et les creux cor-
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respondants varient en raison inverse de la distance radiale à l'ondulation.
On verra que l'effet résultant est comparable à l'effet que produiraient 24 diaphrames de di '13nsions et de caractéristiques différentes utilisés en combinai- son pour obtenir une sensibilité uniforme.
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Suivant le. en voit coiiient un diaphragme c8nique peut être @ ondulé de façon simplifiée. Bien que les résultats ne soient pas aussi favora-
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bles, le ;6..:.fectionnE:!!16::lt est trss 1.;noctant par rapport aux types généralement utilisas. Une seule ondulation 21 est emboutie dans le papier.
Pour simplifier les opérations, on a constaté qu'il était plus facile d'obtenir des résultats satisfaisants à l'aide d'une ondulation circulaire dont le centre se trouve en 23,et est excentré par rapport au centre 25 du cône développé* Il est préférable que le centre 23 soit du cöt opposé au secteur enlevé dansune position
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diss-F!n'tria7Àe par rapport au cantre ;"5 plutôt quc d'être diamétralement opposé, car les extrémités de l'ondulation se rencontreront sous un angle plus favorable. L'utilisation d'une ondulation circulaire simplifie fortement l'outillage et les
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frais de fsjrioaticn et donne des résultats suffisamment bons dans la plupart des applications.
Suivant la Fig.6 . en peut voir que l'ondulation 21 s'écarte de
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la circonférence lors.me le 3ianra.: :e est formé. L'ondulation se trouve.pra- tiquement dans un plan coupant l'axe dynamique du diaphragme suivant un angle
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aigu. Cette disposition présente le désavantage de ne pas se prêter beaucoup au contrôle de la variation progressive du rapport des rayons r mentionnés plus haut autour de la circonférence,, Cette variation est limitée en effet par le choix de la position de l'ondulation circulaire dans le papier.