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Amplificateur suivi d'un haut-parleur.
L'invention concerne un dispositif comprenant un ampli- ficateur suivi d'un haut-parleur dont la membrane est reliée à un transducteur fournissant une tension proportionnelle à l'accé- lération de la membrane, tension qui est ramenée comme tension de couplage à contre-réaction à l'entrée de l'amplificateur.
L'expression "membrane" est utilisée ici pour la partie mobile du haut-parleur qui rayonne les vibrations acoustiques. Cette membrane peut être constituée par exemple par un disque plat, par un cône simple ou par un cône double.
Un tel dispositif permet de réaliser, dans une asséz large bande de fréquences, un mouvement de la membrane de haut-parlé !1 tel que la pression acoustique, respectivement la racine carrée de
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1 énergie acoustique, soit proportionnelle au signal d'entrée. En particulier, on utilise comme transducteur un élément piézo- électrique présentant une certaine masse, de sorte que les forces vives provoquées par le mouvement de la membrane engendrent aux électrodes du transducteur ladite tension de couplage à réduction.
Cetagencement offre l'avantage, comparativement aux dispositifs dans lesquels on mesure à l'aide d'un organe d'un vibrocapteur, ne suivant pas les mouvements de la membrane du haut-parleur, que dans le dernier cas mentionné diverses oscillations parasites parviennent, .antre cette partie et la membrane du haut-parleur, dans la tension de réaction engendrée, ce qui crée un grand risque d'oscillations parasites.
Il n'est pas facile de maintenir de tels dispositifs exempts d'oscillations à des valeurs assez élevées du facteur de couplage à contre-réaction. Cette oscillation se produit dès que l'amplification en boucle pour le système amplificateurs, haut-par- leur, circuit à contre-réaction, est égale à 1 et a subi un déphasage de 360 . Pour éliminer ce phénomène, il faut d'une purt résoudre des problèmes mécaniques tels que les oscillations électriques fournies par le transducteur correspondent rigoureuse- ment aux vibrations de la membrane du haut-parleur et d'autre part, des filtres électriques doivent faire en sorte qu'à la fréquence , pour laquelle la phase de la tension de contre-réaction est modifiée , de 1800 et assurerait donc un couplage à réaction, l'amplification en boucle soit inférieure à 1.
Etant donné que l'on s'efforce d'obtenir une fidélité aussi grande que possible entre la pression acoustique des vibrations engendrées et le signal d'entrée, on utilisera de préférence des facteurs de couplage à contre-réaction aussi élevés que possible.
Toutefois, en général, le risque d'oscillation précité ne permet pas de satisfaire sans plus à ce desideratum .En outre, aux fréquences élevées (pour lesquelles la membrane de haut-parleur ne vibre d'ail- leurs plus comme un ensemble), à savoir pour des vibrations à longueur d'onde inférieure à la demi-périphérie du haut-parleur,
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pour autant que le haut-parleur se trouve dans la paroi d'une boite qui, pour le reste, est fermée,et correction supplémentaire s'impose car, pour une même accélération de la membrane, la pression¯acoustique des oscillations engendrées diminue proportion- nellement à la fréquence.
L'invention fournit un dispositif amplificateur satisfaisant à des conditions sévères en ce qui concerne l'absence de distorsion et la fidélité de reproduction. Elle présente la particularité que dans le circuit de transmission du haut- parleur on a inséré, entre l'entrée de l'amplificateur et le haut- parleur, un premier réseau présentant une caractéristique de transmission favorisant les notes gravespour les fréquences inférieures à la fréquence de résonance du haut-parleur, alors que dans le circuit de couplage à contre-réaction on a inséré, entre le transducteur et l'entrée de l'amplificateur, un second réseau dont la caractéristique de transmission est telle que les notes aiguës sont atténuas n-deça d'une longueur d'onde égale à la demi- périphérie du haut-parleur.
L'invention est basée sur l'idée suivante :
L'utilisation du second réseau permet d'obtenir la caractéristique de fréquence désirée entre la racine carrée de l'énergie acoustique rayonnée et le signal d'entrée, ce réseau fournissant une tension de couplage à contre-réaction affaiblissant les notes aiguës d'une manière telle que le risque d'oscillations indésirables aux notes aiguës est réduit. Ce risque subsiste cepen- dant lorsque le facteur de couplage à contre-réaction est choisi trop élevé.
Bien que, par l'utilisation dudit transducteur et dudit second réseau, on obtienne déjà la caractéristitue de fréquence désirée entre la pression acoustique et le signal d'entrée, on a inséré encore If premier réseau mentionné dans le circuit de transmission dans la boucle de couplage à contre-réaction, parce que ce réseau permet d'obtenir une notable réduction de la distorsion non linéai'e des basses fréquences acoustiques, distorsion qui contribue en effet le plus fortement aux harmoniques et tons
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différentiels indésirables, audibles.
La combinaison des deux dispositions permet donc d'obtenir une valeur raisonnable du facteur de couplage à contre-réaction pour la gamme des ondes moyennes, telle que la distorsion linéaire, la distorsion non linéaire et la distorsion transitoire, tout comme le risque d'oscil- ' lation en boucle, soient très petits dans la gamme des fréquences de reproduction. Pour les fréquences inférieures, respectivement supérieures à la limite d'audibilité, on peut au besoin utiliser un filtre de bande qui empêche le chantonnement à l'extérieur de la gamme des fréquences de reproduction.
Etant donné que le premier réseau favorise en général fortement les composants de bruit de subaudiofréquences, suivant une .autre particularité de l'invention, on utilise, pour cettegamme de fréquences, un couplage à confie-réaction direct à l'extérieur du haut-parleur et du transducteur.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 est un schéma de principe de l'amplificateur conforme à l'invention.
Les figs. 2 à 5 montrent des caractéristiques de fréquence des divers réseaux utilisés dans le montage représenté sur la fig.l.
La fig. 6 est un exemple de réalisation détaillé conforme à l'invention.
Dans le schéma de principe représenté sur la fig. 1, les oscillations de signal sont conduites à une borne d'entrée 1 par un réseau I et sons ensuite amplifiées dans un amplificateur 2, d'ans la sortie duquel est inséré le haut-parleur 3. La membrane du haut-parleur 3 est reliée à un transducteur 4 qui'fournit une tension proportionnelle à l'accélération de la membrane. Cette tension èst appliquée, par l'intermédiaire d'un anplificateur 5 du type cathodyne, à un réseau II et est ensuite ram, née comme tension .de couplage à contre-réaction à la borne d'entrée '..
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La fig. 2 est un diagramme de la racine carrée de 3. énergie acoustique rayonnée E en fonction de la fréquence (portée à l'échelle logarithmique) du haut-parleur 3 pour une tensicn d'en- trée constante de ce haut-parleur. On a admis que la membrane se trouve dans la paroi d'une boite qui pour le reste, est fermée, et que cette membrane vibre dans toute la gamme des fréquences audibles comme un ensemble rigide. Au delà de la fréquence f1, l'air contenu dans ladite boite vibre comme une masse rigide alors qu'en deça de ladite fréquence, l'air s'échappe de la boite. A la fréquence f2, la membrane du haut-parleur est en résonance.
Au delà de la fréquence f3, la résistance de rayonnement pour la membrane est pratiquement constante ; lalongueur d'onde correspondant à cette fréquence est approximativement égale à la moitié de la périphérie du haut-parleur. En pratique, f1 se trouve dans le voisinage de quelques Hz, f2 à environ 100 Hz, f, entre 1000 et 2500 Hz.
Le transducteur 4 fournit une tension qui, dans toute la gamme de fréquences, est proportionnelle à l'accélération de la membrane du haut-parleur. Au delà de la fréquence f3, la racine carrée de l'énergie acoustique diminue, pour une accélération cons- tante de la membrane, proportionnellement à l'inverse de la fréquence , Donc, inversement, pour une énergie acoustique constante, au delà de lafréquence f3, la tension engendrée par le transducteur augmente avec la fréquence comme il est indiqué sur la fig. 3.
Selon l'invention, les réseaux I et II ont pratiquement les caractéristiques de transmission telles que représentées sur les fig.
4 et 5. De plus, ces réseaux sont réalisés sous forme de réseaux à phase minimale, c'est-à-dire que l'on a choisi la réalisation avec self-inductions, condensateurs et résistances pour laquelle l'angle de phase de la fonction de transmission est minimal.
Au delà de la fréquence f3, la caractéristique de transmis- sion du réseau II est tombante. De ce fait, la caractéristique ascendante de la fig. 3 est compensée de sorte que, également au delà de la fréquence f3, la tension de couplage à contre-réaction est pratiquement constante pour une intensité constante de l'énergie acousti
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que. Etant donné que ce réseau est inséré dans le circuit de couplage à contre-réaction, dans l'hypothèse où le produit du facteur d'amplification et du facteur de couplage à contre- réaction est grand par rapport à 1, cette disposition seule assure déjà une caractéristique de reproduction qui est pratiquement indépendante de la fréquence. Néanmoins, on a également prévu le réseau I.
Ce réseau assume en effet, en tout premier lieu, la fonction particulière d'augmenter, en deçà de la fréquence f2, le produit du facteur d'amplification et du facteur de couplage à contre-réaction et cela d'une manière notable, ce qui assure une réduction appréciable de la distorsion des basses fréquences acousti- ques dont les produits tombent en effet dans la gamme d'audibilité et sont donc particulièrement gênants. En même temps le réseàu I améliore la caractéristique de phase de la boucle formée par les éléments I, 2, 3, 4, 5, II et partant la stabilité du dispositif.
La fig. 6 montre une forme de réalisation pratique du dispositif conforme à l'invention. Le signal d'entrée à la borne 1 est amplifié à l'aide d'un amplificateur cascode comprenant les tubes 9 et 10 dont la tension de sortie atteint, par l'intermédiaire du réseau I, l'entrée à grande valeur ohmique (par exemple 1
Mohm) de l'amplificateur de sortie 11. Dans sa branche longitudinale, le réseau I comprend le montage en parallèle d'une self-induction
12 avec la série constituée par un condensateur 13 et une résistance
14, tandis que la branche transversale du réseau I comprend le montage,en série d'une résistance 17 et d'un condensateur 18, ce dernier étant shunté par une résistance 16. Les condensateurs
15 et 19 font office de condensateurs de séparation pour les oscillations à fréquence audible.
Le haut-parleur 3, inséré dans le circuit de sortie de l'amplificateur de sortie 11, est à nouveau mui '. d'un transducteur
4 qui fournit une tension proportionnelle à l'aicélération de la membrane. Cette tension est appliquée à l'élect@@de de commande d'un transistor à effet de champ 20 qui, d'une manie',! analogue à
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à un amplificateur cathodyne, engendre une tension correspondante, à niveau d'impédance abaissa à son électrode de sortie 21.
L'im- pédance d'entrée de ce transistor à effet de.champ peut être particulièrement élevée, par exemple égale à plusieurs fois
109 ohms, de sorte que le transducteur piézo-électrique 4 n'est pratiquement pas chargé ; impédance de sortie peut être par exemple de l'ordre de grandeur de quelques centaines d'ohms et, à cet effet, on a prévu des résistances 22,23 et 24. De préférence, les éléments de montage 20-24 sont incorporés, avec le transducteur, dans le haut-parleur, de sorte que le risque de ronflement et d'autre signaux perturbateurs est petit.
Le signal de sortie du transistor 20 est appliqué eu réseau II, réalisé sous forme de réseau intégrateur pour des oscillations à fréquence plus élevée que f3. A cet effet, il comprend la résistance 25 dans la branche longitudinale et le condensateur
26 dans la branche transversale.
Le signal d sortie du réseau II est appliqué, par l'inter- médiaire d'un condensateur de séparation 27 et d'une résistance 28, à l'électrode de commande de l'amplificateur 9. Les résistances 28 et 29 sont alors grandes par rapport à la résistance d'entrée 30 de l'amplificateur.
Afin de réduire les contributions de bruit à subaudio- fréquences, on a prévu un autre circuit de couplage à contre- réaction comprenant le condensateur 31 et la résistance 32, par l'intermédiaire duquel les signaux de sortie du réseau I, à fréquence inférieures à la limite d'audibilité, par exemple environ 10 Hz, sont ramenés à l'électrode d'entrée de l'amplificateur 9. Ce trajet de couplage à contre-réaction passe donc à l'extérieur du haut- parleur 3 et du transducteur 4; par suite de le présence du condensateur 19, des vibrations de ces très basses fréquences ne peuvent pratiquement atteindre le haut-parleur 3,
Dans un exemple de réalisation pratique, les'éléments de montage avaient les valeurs suivantes :
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EMI8.1
<tb> tubes <SEP> résistances <SEP> condensateurs <SEP> self-inductances.
<tb>
EMI8.2
9+10=E88CC U 82 kohms 13 3900 pF 12 900 H 16 56 kohms 15" 2 tuf
EMI8.3
<tb> transistors <SEP> 17 <SEP> = <SEP> 1,8 <SEP> kohms <SEP> 18 <SEP> = <SEP> 56000 <SEP> pF
<tb>
EMI8.4
20 m 2N2386 22 180 kohms 19 = 0,1 /'IF
EMI8.5
<tb> 23 <SEP> = <SEP> 2,7 <SEP> kohms <SEP> 26 <SEP> = <SEP> 10000 <SEP> pF
<tb>
<tb> 24 <SEP> = <SEP> 500 <SEP> Mohms <SEP> 27 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> F
<tb>
EMI8.6
.25 ='10 kohms 31 raz 3300 pF
EMI8.7
<tb> 28 <SEP> = <SEP> 1,5 <SEP> Mohm
<tb>
<tb> 29 <SEP> = <SEP> 1,5 <SEP> Mohm
<tb>
<tb> 30 <SEP> = <SEP> 150 <SEP> Kohms
<tb>
<tb> 32 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> Mohm
<tb>