Dispositif électromagnétique destiné notamment à la reproduction des sons. Dans l'exposé d'invention<B>116.853</B> il est dit que dans les dispositifs électromagnéti ques employés pour des fréquences de l'ordre des ondes acoustiques, la force antagoniste maintenant l'armature dans sa position neu tre devrait être sensiblement égale à la force du champ magnétique, tendant à écarter l'ar mature de sa position neutre. Suivant l'exposé d'invention susmentionné, on emploie des ressorts spéciaux, dont la force varie avec le déplacement sensiblement de la même façon que la force magnétique.
Les avantages prin cipaux résultant de l'élimination d'une forte différence entre les forces mentionnées sont premièrement la réduction de l'impédance du dispositif pour de faibles fréquences, deuxiè mement la prévention contre la résonance aux fréquences audibles, troisièmement la prévention contre les effets des harmoni ques produits par une forte variation de la force antagoniste avec l'amplitude.
Suivant la présente invention, la néces sité d'employer des ressorts spéciaux est évitée en choisissant un circuit magnétique tel que la force exercée par le champ sur l'armature varie sensiblement proportionnel lement au déplacement de cette armature à partir de sa position neutre, au lieu de varier avec la deuxième puissance de celui-ci, comme c'est le cas pour les dispositifs usuels. Ceci permet l'emploi d'un simple ressort pour produire la force antagoniste. Cette varia tion de la force magnétique est obtenue par le ménagement de parties de section réduite dans le circuit magnétique, de sorte que le flux s'approche de l'état de saturation lors que l'armature s'approche des pièces po laires.
Dans les dessins, on a représenté, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispo sitif électromagnétique, ainsi. que des appli cations du dispositif.
Sur -ces dessins, la fig. 1 montre schéma tiquement trois courbes force-déplacement; La fig. 2 est un schéma de trois courbes élasticité=néga_tive-déplacement; La fig. 3 est une vue de côté du relais électromagnétique vibratoire; La fig. 4 est une vue en plan du relais, une partie des pièces polaires étant enlevée; La fig. 5 est une vue en bout du relais coupé suivant le plan 3-3 de la fig. 4;
La fig. 6 est une vue en bout partielle ment en coupe de l'élément suivant le plan 4-4 de la fig. 4; La fig. 7 montre le dispositif dans un reproducteur phonographique et fonctionnant comme élément moteur dans un haut-parleur, en combinaison avec un circuit de connexions; La fig. 8 est une vue schématique en perspective du dispositif utilisé en combi naison avec un phonographe; La fig. 9 est un diagramme d'impédance mécanique et électrique combinées du repro ducteur ou générateur phonographique avec élasticité, masse, capacité, inductance, et un élément de couplage électromagnétique;
La fi-. 10 est une vue schématique d'un dispositif en combinaison avec un haut-par leur; La. fige. 11 est un diagramme d'impé dance mécanique et électrique combinées d'un haut-parleur, avec inductance, capacité, masse élasticité, résistance, et un élément de couplage électromagnétique.
La courbe B de la fig. 1 représentant le rapport force-déplacement, est sensiblement une ligne droite, et elle est obtenue en choi sissant convenablement la surface de section transversale de l'armature et les dimensions des pièces polaires pour un flux de champ magnétique permanent donné. Les trois cour bes de la fig. 1 représentent trois courbes de trois champs permanents -de force diffé rentes appliqués à la même armature par les mêmes pièces polaires. Le déplacement est indiqué dans l'axe des .x et la force dans l'axe des y. La courbe A représente l'état dans lequel le flux ne sature pas suffisam ment l'armature et les pièces polaires.
La courbe B représente l'état dans lequel le flux sature de façon sensiblement juste les parties du circuit magnétique, principalement l'ar mature et jusqu'à un certain point les pièces polaires, lorsque l'armature est déplacée, la courbe force-déplacement étant pour la ma jeure partie de l'entrefer sensiblement une ligne droite. La courbe C représente l'état clans lequel le flux est tellement énergique que l'armature est saturée pour un déplace ment trop petit. Les courbes A et C montrent qu'une forte déformation se produit, même avec des amplitudes relativement faibles, lorsque la saturation est trop petite ou trop grande.
Il résulte de ce qu'on vient de dire que l'armature fonctionnant dans un entre- fer avec une amplitude et des pièces polaires données devrait fonctionner avec l'intensité de champ indiquée par la courbe B. S'il est nécessaire d'avoir un champ plus énergique, il faut utiliser une armature de section plus grande ou un entrefer plus faible. Si le champ utilisé est plus faible, il faut que l'armature soit plus mince ou que l'entrefer soit plus long.
En choisissant convenable ment ces trois facteurs, il est possible, dans les limites permises par la matières magné tique employée, d'obtenir pour toute intensité de champ désirée une courbe force-déplace- ment qui est sensiblement en ligne droite.
Les courbes force-déplacement de la fig. 1 peuvent être représentées sous une autre forme, celle de la fig. 2, qui représente ce qui a été appelé l'élasticité négative du champ magnétique et définie par le coeffi cient angulaire de la courbe force-déplace- ment. Par exemple si la courbe force-dépla- cement est une ligne droite, elle donne une élasticité négative constante, comme le mon tre la courbe force-déplacement B de la fig. 1,
qui donne dans la fig. 2 une courbe B' d'é lasticité négative sensiblement horizontale; tandis que la courbe C donne une courbe C' d'élasticité négative dont la valeur au centre de l'entrefer, est un peu plus que le double de celle dans le voisinage des pièces polaires, la courbe<I>A</I> donnant une courbe<I>A'</I> d'élasti cité négative qui, au centre de l'entrefer, est beaucoup plus petite que près des pièces po laires.
Il est désirable de maintenir une élasticité. négative constante sur la plus grande éten due possible de l'entrefer, car pour équilibrer le champ magnétique sur une grande partie de l'entrefer au moyen d'un simple ressort compensateur d'élasticité constante, il est clair, d'après la fig. 2, que l'élasticité du champ doit être constante sur toute cette par tie de l'entrefer.
Une autre cause de déformation se pro duit lorsque le flux provenant du champ per manent et traversant l'armature n'est n as proportionnel au déplacement de l'armature à partir de sa position neutre.
Pour le type d'armature à. quatre entrefers envisagé dans le dispositif décrit plus bas, l'effort est proportionnel à ())T, rpA r12, est le flux dans les pièces polaires et rîia le flux traversant l'armature longitudinale ment. Les conditions nécessaires pour une élasticité négative constante ou, en d'autres termes, pour une courbe force-déplacement droite exigent que ce produit soit propor tionnel au déplacement, tandis que la réduc tion de la déformation causée par la varia tion du flux de l'armature exige que le flux rp_a traversant l'armature longitudinalement soit proportionnel au déplacement.
Pour rem plir ces deux conditions, il est clair que le fl"y q)T fourni aux pièces polaires doit être maintenu constant. Dans le type de cir cuit magnétique décrit plus bas, on constate que c'est sensiblement le cas et l'on voit que les conditions exigées pour une élasticité né gative sensiblement constante et un minimum de déformation ne s'excluent pas mutuelle ment. II en résulte alors que le voltage en gendré dans l'enroulement est sensiblement proportionnel à la vitesse du mouvement vi bratoire de ladite armature et sensiblement indépendant du changement de position de l'armature dans toute la partie active de l'entrefer.
Inversement, la force vibratoire mécani que est sensiblement proportionnelle au cou rant alternatif pour toutes les intensités du courant.
Les fig. $ à 6 représentent une forme d'exécution de l'objet de l'invention, dans laquelle les conditions qui viennent d'être énoncées sont remplies.
L'organe de support autour duquel les pièces sont arrangées est désigné par 10, les pièces polaires feuilletées par 11, l'aimant de champ permanent par 12, l'armature par 13, l'arbre sur lequel l'armature est montée par 14. le ressort de rappel de l'armature à sa position neutre par 15, le palier suppor tant l'arbre de l'armature par 16, un organe destiné à exercer un effort mécanique sur l'armature ou à le recevoir de celle-ci, par 17, et les enroulements à courant alternatif par 18 et 19. La section amincie de l'aimant de champ permanent 12, dans le voisinage -des pièces polaires est représentée sur la fig. 4.
Le flux permanent fourni pâr l'aimant de champ est limité et rendu sensiblement cons tant en insérant dans le circuit du champ ma gnétique les pièces 20 et en matière magnéti que telle que le permalloy qui atteint la sa turation sous des forces magnétomotrices très petites et n'offre, par suite, jusqu'au point de saturation, qu'une très petite ré luctance à la force magnétomotrice de l'ai mant mais qui, au delà de ce point, agit sen siblement à la façon d'un entrefer en limitant le flux.
Dans le circuit magnétique, une ou plusieurs pièces semblables agissent à la fa çon d'un restricteur magnétique et tendent à limiter le flux magnétique à la densité .de sa turation de la matière et permettent d'obtenir une action magnétique sensiblement uniforme avec des aimants dont la force varie considé rablement au-dessus du point de saturation de l'organe restricteur.
La forme des extrémités des pièces po laires 11. et de l'armature sont importantes et leur construction générale est représentée plus particulièrement sur la fig. 5, où les en roulements 18 et 19 sont indiqués en coupe transversale.
L'armature et les pièces polai res sont construites de façon qu'un accroisse ment de réluctance se produise dans le cir cuit magnétique par suite de la saturation, quand l'armature s'approche des pièces po laires. Il est facile de voir que cette condi- tion permet d'employer une armature -de lon gueur appropriée,
effilée à chaque extrémité et combinée avec des pièces polaires dont les sections transversales peuvent être choisies de telle façon à obtenir comme courbe force- déplacement sensiblement une ligne droite pour toute valeur de la force attractive entre l'armature et les pièces polaires dans toute position de travail.
Les détails 4u ressort pour amener en po sition l'armature, ressort servant aussi à ap pliquer une élasticité sensiblement constante à l'armature pour contrebalancer l'élasticité magnétique de l'aimant de champ, sont re présentés particulièrement dans la fig. 6, où certaines pièces sont en coupe transversale. La pièce de bâti 10 porte le support d'arma ture 16 qui est muni d'un bord à couteau 22 formant support et pénétrant dans la rainure 23 ménagée dans l'arbre 14.
De part et d'au tre de l'arbre 14 se trouvent les oreilles de droite et de gauche 24 qui sont placées dans une position appropriée par rapport à l'axe de rotation, pour que le ressort 15 s'applique sur elles de façon à maintenir l'armature en place et d'éviter tout mouvement longitudi nal du ressort. Le ressort 15 est maintenu dans le bâti à chaque extrémité au moyen des pièces de réglage à vis 25 et 26. Ces piè ces sont vissées dans le bâti 10 de chaque côté et comportent des trous ménagés en leur centre et dans lesquels pénètre le ressort 15.
L'axe de ces trous est perpendiculaire à l'ar bre 14 et sa position est telle que, lorsque le ressort 15 repose sur les oreilles 24 de cha que côté de l'arbre de l'armature et que les extrémités du ressort se trouvent dans les supports réglables 25 et 26, le ressort se trouve tendu et recourbé de façon à obliger l'arbre de l'armature à s'appliquer convena blement contre ses supports. En vissant les pièces 25 et 26 vers l'intérieur, on donne une tension plus grande au ressort 15, et en vis sant plus ou moins l'une ou l'autre des piè ces 25 ou 26, on peut ajuster l'armature dans toute position angulaire désirée, position qui, dans les conditions normales, est sa position médiane, de façon que l'entrefer soit symé trique entre l'armature et les pièces polaires fixes.
Il est évident que la vibration de l'ar mature dans l'un ou l'autre sens à partir de sa position médiane tend à courber le' res sort 15 et ce ressort est disposé de façon qu'il ait sensiblement la même caractéristique d'é- lasticité que celle de l'élasticité du champ magnétique permanent sur l'armature, mais les deux élasticités sont opposées l'une à l'autre.
Il importe qu'il n'existe aucun dé placement latéral du ressort E5. Le ressort est placé par rapport au centre de rotation de l'armature et aux pièces de réglage 25 et 26 qui sont décalées à une distance convenable du centre @de rotation, de façon que, lorsque l'armature vibre, aucun mouvement de trans lation ne soit imprimé au ressort. La force exercée par le ressort sur l'arma ture est un peu plus grande que la force exer cée par le champ sur cette armature.
La fig. 7 représente, schématiquement, une application du dispositif électromagné tique vibratoire des fig. 3 à 6, sous forme d'élément générateur dans un reproducteur phonographique et sous forme d'élément mo teur dans un haut-parleur fonctionnant élec triquement. L'un des éléments est actionné en générateur par un style fixe qui passe sur un disque phonographique, et un élément semblable est utilisé comme moteur pour ac tionner le -diaphragme dans le récepteur, ces deux éléments étant reliés électriquement en tre eux, de préférence par un circuit ampli- fieateur permettant de régler l'énergie four nie au haut-parleur.
L'élément reproducteur est monté dans le \boîtier .30 qui est fixé par une articulation horizontale 31, qui lui permet de tourner verticalement d'un petit angle, au bras os cillant 32 qui est supporté à, son tour par une articulation verticale 33, lui permettant de tourner horizontalement autour de l'axe vertical du socle fixe 34. Le poids de l'élé ment reproducteur est convenablement équi libré au moyen .de contrepoids 35, de façon que le style s'applique avec une pression con venable sur le disque phonographique.
Au lieu du contrepoids, un ressort pourrait être employé: L'articulation 31 est construite de façon que l'extrémité du style de l'élément reproducteur peut être soulevée d'un angle suffisant afin de permettre de changer l'ai guille. La liaison avec 1è contrepoids 35 est telle que le poids ne suit le mouvement du reproducteur quanti on soulève celui-ci pour changer l'aiguille que d'un certain angle.
Le bras oscillant qui supporte l'élément repro ducteur permet la même liberté d'action quand le style est appliqué sur le disque pho nographique, que celle qui est assurée par le bras d'un phonographe ordinaire. Une partie de la boîte phonographique est représentée en 36, le plateau tournant en 37, et le disque en 38. Le socle 34 est placé sur le phonographe 36, de façon que le style 39 s'étendant à par tir -clé l'élément reproducteur maintenu dans le boîtier 30 s'applique de la façon usuelle sur le disque phonographique.
Lorsqu'on fait tourner le disque phonographique, il fait vi brer l'armature du reproducteur, et celui-ci engendre des courants électriques qui corres pondent aux vibrations gravées dans le dis que.
Le reproducteur est relié au moyen du circuit 40 à l'amplificateur 41 et, d'autre part, au moyen ,du circuit 42, à l'élément mo teur 43 du haut-parleur 44. Il est évident que les courants électriques engendrés-dans le re producteur actionneront la membrane du haut-parleur en concordance avec le disque et que l'énergie électrique fournie au haut- parleur peut être réglée par un réglage de l'amplificateur. Un reproducteur phonogra phique peut actionner un certain nombre de haut-parleurs qui peuvent être placés dans des endroits différents.
Cet élément électromagnétique peut être utilisé comme enregistreur phonographique pour fabriquer des disques, lorsqu'il est relié par un circuit électrique à un transmetteur.
La vue schématique en perspective d'un dispositif reproducteur, représenté par la fig. 8, a pour but en première ligne de mon trer les masses et les élasticités qui entrent en jeu dans le fonctionnement du dispositif. Le diagramme électrique analogue ou dia gramme d'impédance correspondant est repré senté par la fig. 9 et les pièces semblables de cette figure sont désignées par les mêmes lettres de référence.
Le système mécanique avec l'aiguille et le porte-aiguille représente une élasticité s,, l'aiguille et le ressort une masse en série m2, le ressort une élasticité en série s,. L'arbre allant à l'armature repré sente une élasticité en dérivation s2; l'élasti cité du champ magnétique dans l'entrefer, une élasticité négative en série s,.; et l'arma ture, une masse en série n21.
L'accouplement entre le circuit mécanique et le circuit électrique est représenté sché matiquement sur la fig. 9 par le rectangle M. Le système électrique comprend l'induc tance en série L, la capacité C et la résis tance de charge.
La partie mécanique du dispositif a sen siblement toutes les caractéristiques et toutes les propriétés des filtres électriques et on peut donner à ces différents éléments des va leurs voulues pour lui assurer la fréquence de rupture et l'impédance caractéristique exigée. La fig. 9 représente, par un dia gramme électrique équivalent, les rapports d'impédance existant entre les pièces méca niques et électriques de l'élément reproduc teur vibratoire électromagnétique.
Du mo ment que la masse correspond à l'inductance et que l'élasticité correspond à la réciproque de la capacité électrique, l'équivalent électri que de l'élément électromagnétique, lorsqu'il est relié à un réseau électrique, peut être fa cilement représenté comme le montre le dia gramme de la fig. 9.
Les fig. 10 et<B>11</B> montrent le dispositif vibratoire électromagnétique servant d'élé ment moteur pour un haut-parleur, et elles sont analogues aux fig. 8 et 9, respective ment, la première montrant par une vue sché matique de l'élément moteur les masses et les élasticités qui entrent en jeu dans le fonc tionnement du dispositif, et la dernière mon trant, par un diagramme électrique équiva lent, le rapport, l'impédance existant dans les parties électriques et mécaniques du récep teur du haut-parleur.
Les masses et les élas ticités des différentes parties du récepteur té léphonique représenté sur les dessins doivent être disposées de façon à recevoir des valeurs telles qu'elles forment un réseau mécanique capable de transmettre des vibrations mécani ques avec une reproduction sensiblement cons- tante pour un intervalle de fréquences, c'est- à-dire un réseau avec une caractéristique de résistance sensiblement pure sur toute la gamme de fréquences de la voie. Le circuit d'arrivée présente la capacité C et l'induc tance L.
L'accouplement entre le circuit élec trique et le circuit mécanique est représenté schématiquement sur la fi-. 11 par le rec tangle 1M'. Si l'on considère le système mé canique, l'inductance en série 7n1 est analogue à la masse de l'armature, la capacité en série s1 correspondant à l'élasticité du flux magné tique dans l'entrefer; la capacité en dériva tion s, correspond à l'élasticité de l'arbre por tant l'armature; la capacité en série 3g correspond à l'élasticité du ressort qui tend à ramener l'armature à sa position médiane;
l'inductance en série m2 correspond à la masse qui se trouve à l'extrémité de l'arbre de l'ar mature; la capacité en dérivation s,, corres pond à l'élasticité de la tige de poussée al lant de l'extrémité de l'arbre au système -de transmission mécanique combiné avec la membrane; la capacité en série sr, correspond à l'élasticité de la connexion du bras de le vier de l'arbre de l'armature et de la tige de poussée reliée à la membrane; l'inductance en série m3 correspond à la masse de cette tige de poussée et de l'organe étoilé relié à la membrane;
la capacité en dérivation s, correspond à l'élasticité des bras de l'organe étoilé relié à la membrane; l'inductance en série nn4 correspond à la masse de la mem brane; la capacité en série s., correspond à l'élasticité de la membrane; la capacité en dérivation s8 correspond à l'élasticité de l'air devant la membrane; et le système se termine par le transformateur d'accouplement T qui est la contrepartie ,de l'impédance de la mem brane et de celle de l'air dans la corne Zh.