EP0362068A1 - Equipage transducteur électrodynamique-fluidique pour haut-parleur pneumatique - Google Patents

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EP0362068A1
EP0362068A1 EP89402667A EP89402667A EP0362068A1 EP 0362068 A1 EP0362068 A1 EP 0362068A1 EP 89402667 A EP89402667 A EP 89402667A EP 89402667 A EP89402667 A EP 89402667A EP 0362068 A1 EP0362068 A1 EP 0362068A1
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details
    • H04R9/04—Construction, mounting, or centering of coil
    • H04R9/045—Mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/42—Combinations of transducers with fluid-pressure or other non-electrical amplifying means

Definitions

  • the invention relates to a mobile assembly for the mixed electrodynamic and fluidic transducer of a pneumatic loudspeaker, comprising an axially movable tubular support, one end of which carries the voice coil in the annular air gap of the electrodynamic stage of the transducer and whose l the other end forms a movable spout in the neck of an annular constriction of the fluid stage of the transducer, the middle part of said support being sandwiched between two concentric membranes separating the electrodynamic and fluid stages of the transducer.
  • Patents FR-A-2,442,565 and 2,572,615 are known to the pneumatic loudspeaker in which the mobile assembly with an electromagnetic coil is extended by a fluid modulator constituted by a spout which moves in the passage of the flow of air. The movement, controlled by the electrodynamic transducer which receives the voice input signal, modulates the air flow and gives rise to an amplified sound signal compared to the input signal.
  • the quality of reproduction of the sound signal depends, as in any loudspeaker, on the quality of the transducer, that is to say on the inertia and the rigidity of the moving equipment.
  • the spout In a pneumatic loudspeaker of the type described above, the spout must be particularly rigid in order to be able to withstand the pressure of the fluid that it is supposed to control while the mobile assembly of which the modulating spout is part must have low inertia. These two qualities are antagonistic, so we have chosen, because of the efforts generated by the air flow to be controlled, to favor rigidity.
  • the solution therefore consisted in the use of a thick coil support, which resulted in a relatively large air gap and for a magnet of given dimensions, less intensity of the magnetic flux passing through the transducer coil.
  • the bandwidth and performance of such transducer were unsatisfactory also the invention set itself the aim of improving these characteristics.
  • the result of the invention was, inter alia, to stiffen the moving element by using the other elements of the transducer and in particular the annular elastic membrane so that said membrane acts as a hoop.
  • the moving element is characterized in that said support, which has a diameter of an order of magnitude greater than its height, itself of an order of magnitude greater than its thickness, is stiffened by the aforementioned membranes, each formed of a composite hoop including between the support and a concentric rigid crown, an elastomer ring adhering thereto which has an axial height of the same order of magnitude as its radial thickness, on the one hand ensuring the elastic return of the support in axial displacement and on the other hand maintain the circularity and therefore the flatness of said support.
  • FIG. 1 a distinction is made on either side of a wall 1: on one side, the fluidic stage 2 and, on the other side, the electrodynamic stage of the transducer 3.
  • the entire fluid stage 2 comprises a nozzle 4 extended by an acoustic horn 5, this nozzle 4 delimiting with a profiled diffuser 6, an annular duct 7 comprising a neck 8 in the plane of which is disposed an annular spout 9.
  • a cylindrical collector 10 is supplied uniformly from a capacity 11 comprising orifices 12 regularly distributed at its base, said capacity 11 being supplied by an intake duct 13.
  • the movable spout 9 (see also Figure 2) is formed by the end 17A of the tubular support forming the movable assembly and is connected to the wall 1 by a continuous elastic membrane 22.
  • This wall has an outer ring 23 and an inner ring 24 fixed by screws to the transducer 3.
  • the spout 9 controls the modulation of the advantageously sonic air flow passing through the neck of the fluidic stage.
  • the transducer 3 conventionally consists of a permanent magnet 14 and the pole pieces 31, 32 delimiting an annular air gap 16 in which the movable assembly 17 of the electromagnetic coil moves axially.
  • the transducer is housed in a housing 25 fixed to the entire pneumatic circuit.
  • this movable assembly 17 comprises an annular support 17A, for example, of glass fibers / epoxy, having on its external surface a notch 17B in the form of a flattened groove whose bottom is coated with adhesive (for example of the epoxy type).
  • adhesive for example of the epoxy type.
  • this groove 17B are wound the turns of the winding 18 without significant projection relative to the external surface of the support 17A.
  • the assembly is then coated externally with a smooth layer of glue (for example a resin of ethoxyline type) embedding said turns and forming a support / integral winding assembly.
  • the mobile assembly of the transducer is sandwiched between two concentric membranes, each formed of a composite hoop consisting of a rigid crown 23 or 24 and an elastomer ring 22.
  • the elastomer rings are molded in situ between the support and rigid crowns and adhering to it.
  • In situ molding ensures efficient hooping of the moving assembly.
  • the shape of the rings and in particular the dimensions of their cross section and the choice of the stiffness of the elastomer ensure a high resonance frequency of the moving element.
  • the elastomer works essentially in shear and by taking the dimensions of the section of the rings of the same order of magnitude, the stresses are distributed as well as possible and the appropriate axial stiffness is obtained, that is to say of the order of 300 to 1000 N / mm.
  • the elastomer being incompressible, the crown-ring assembly behaves like a double hoop which prohibits any defect in circularity and consequently prevents any deformation of the plane defined by the spout.
  • the width of the air passage, defined between the throat of the nozzle and the nozzle of the crew remains constant over the entire circumference for a given position of the crew.
  • the thickness of the spout 9 is reduced over at least part 17A of the end of the support forming said spout.
  • annular stop 35 made of elastomer.
  • the purpose of this stop is to prevent damage to the spout caused by possible contact between the edge of the spout and the wall of the nozzle and due to too strong dynamics or to aspiration by the sonic air flow.
  • the support shown in Figure 3, is separated in two parts by a middle flange 17D: the winding of the electromagnetic transducer is housed between said flange 17D and an end flange 17C while the spout 9 is formed by the thinned end of part 17A.
  • the ends 18 of the winding are connected by conductive braids 21 to the supply terminals 19 ( Figure 2) which receive the electrical signal from an amplification chain of a sound or other signal.
  • notches 33 (FIG. 2) which are diametrical, the bottom of which is pierced with a cylindrical hole 34 at half the thickness of the ring.
  • the tube is made of the same material as that provided for the molding of the rings.
  • the notches which are also filled with elastomer provide greater flexibility to the electrical connection.
  • the free part of the braid, extending diametrically from the crown, is fixed by known means on the terminals 19.
  • the transducer unit has the following dimensions: inside diameter of the support: # 102 mm; ring height: # 16 mm; thickness of the part forming the modulation spout: # 1.5 mm.
  • the large diameter of the support is made necessary by the large fluid flow rate, of the order of several tens of grams per second under pressures of 2 to 3 bars, which passes through the fluid amplifier.
  • the support is particularly flexible and its retention in a conventional thin membrane cannot result in sufficient stiffening.
  • the in situ molding of thick elastomer rings, secured to the outer and inner rings and the support, ensures effective hooping of the latter.
  • the width of the rings is at least of the same order of magnitude as their thickness and, according to an exemplary embodiment, of the thickness of the crowns (approximately 4 mm).
  • the molding product used is a commercial silicone elastomer, vulcanizing at room temperature, with a Shore A hardness of the order of 40, in a temperature range of -70 ° to + 200 ° C. This temperature range is chosen so that the material retains its hardness characteristics and therefore there is no change in the characteristics of the loudspeaker regardless of variations in the surrounding temperature or the temperature of the material. air supplied to the pneumatic circuit.
  • the great stiffness of the chosen elastomer ensures a high resonant frequency, hence a relatively wide bandwidth and an interesting signal / noise ratio, that is to say of the order of 30 to 40 dB.
  • the resonant frequencies can be chosen by varying the section of the rings and / or the hardness of the elastomer.
  • the resonance frequency is 1200 Hz.
  • the pneumatic loudspeaker comprising a mobile assembly in accordance with the invention, allows the passage of a frequency band of 5 KHz which guarantees a very good understanding of speech.

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Abstract

Le support (17) formant l'équipage a un diamètre d'un ordre de grandeur supérieur à sa hauteur elle-même d'un ordre de grandeur supérieur à son épaisseur. Il est rigidifié par deux membranes chacune formée d'une frette composite incluant entre le support (17) et une couronne rigide concentrique (23, 24), un anneau d'élastomère (22) y adhérant qui présente une hauteur axiale du même ordre de grandeur que son épaisseur radiale. Ces anneaux assurent d'une part le rappel élastique du support en déplacement axial et d'autre part le maintien de la circularité et donc de la planéité dudit support.

Description

  • L'invention concerne un équipage mobile pour le transducteur mixte électrodynamique et fluidique d'un haut-parleur pneumatique, comportant un support tubulaire axialement mobile dont une extrémité porte la bobine mobile dans l'entrefer annulaire de l'étage électrodynamique du transducteur et dont l'autre extrémité forme un bec mobile dans le col d'un étranglement annulaire du l'étage fluidique du transducteur, la partie médiane dudit support étant enserrée entre deux membranes concentriques séparant les étages électrodynamique et fluidique du transducteur.
  • On connaît des brevets FR-A-2.442.565 et 2.572.615 au haut-parleur pneumatique dans lequel l'équipage mobile à bobine électromagnétique est prolongé par un modulateur de fluide constitué par un bec qui se déplace dans le passage de l'écoulement d'air. Le déplacement, commandé par le transducteur électrodynamique qui reçoit le signal d'entrée vocal, module le débit d'air et donne naissance à un signal sonore amplifié par rapport au signal d'entrée.
  • La qualité de restitution du signal sonore dépend, comme dans tout haut-parleur, de la qualité du transducteur, c'est-à-dire de l'inertie et de la rigidité de l'équipage mobile.
  • Dans un haut parleur pneumatique du type précédemment décrit, le bec doit être particulièrement rigide pour pouvoir résister à la pression du fluide qu'il est sensé contrôler alors que l'équipage mobile dont fait partie le bec modulateur doit présenter une faible inertie. Ces deux qualités sont antagonistes, aussi a-t-on choisi, à cause des efforts engendrés par leflux d'air à contrôler, de privilégier la rigidité. La solution a donc consisté en l'utilisation d'un support de bobine épais, ce qui entraînait comme conséquence un entrefer relativement large et pour un aimant de dimensions données, une moindre intensité du flux magnétique traversant la bobine du transducteur. La bande passante et le rendement d'un tel transducteur étaient peu satisfaisants aussi l'invention s'est fixée pour but d'améliorer ces caractéristiques.
  • Contrairement à la première démarche, on a cherché à diminuer au maximum l'inertie en utilisant la seule solution possible : minimiser l'épaisseur du support. Le résultat en a été une bobine très légère mais particulièrement déformable incapable d'assurer avec la précision voulue le contrôle du flux d'air du circuit pneumatique.
  • L'invention a eu, pour résultat, entre autres de rigidifier l'équipage mobile en utilisant les autres éléments du transducteur et en particulier la membrane élastique annulaire de manière que ladite membrane joue le rôle de frette.
  • L'équipage mobile, selon l'invention, est caractérisé en ce que ledit support, qui présente un diamètre d'un ordre de grandeur supérieur à sa hauteur, elle-même d'un ordre de grandeur supérieur à son épaisseur, est rigidifié par les membranes précitées, chacune formée d'une frette composite incluant entre le support et une couronne rigide concentrique, un anneau d'élastomère y adhérant qui présente une hauteur axiale du même ordre de grandeur que son épaisseur radiale, pour d'une part assurer le rappel élastique du support en déplacement axial et d'autre part maintenir la circularité et donc la planéité dudit support.
  • Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures les dimensions relatives ne sont pas respectées pour obtenir une plus grande clarté du dessin.
    • La figure 1 représente une vue en coupe diamétrale d'un transducteur selon l'invention, monté dans un haut-­parleur pneumatique.
    • La figure 2 est une vue de dessus de l'équipage mobile du transducteur.
    • La figure 3 est une coupe pseudo-diamétrale de la figure 1.
  • Sur la figure 1, on distingue de part et d'autre d'une paroi 1 : d'un côté, l'étage fluidique 2 et, de l'autre côté, l'étage électrodynamique du transducteur 3.
  • L'ensemble de l'étage fluidique 2 comprend une tuyère 4 prolongée par un pavillon acoustique 5, cette tuyère 4 délimitant avec un diffuseur profilé 6, un conduit annulaire 7 comportant un col 8 dans le plan duquel est disposé un bec annulaire 9. En amont de ce col 8, un collecteur cylindrique 10 est alimenté uniformément à partir d'une capacité 11 comportant des orifices 12 répartis régulièrement à sa base, ladite capacité 11 étant alimentée par un conduit d'admission 13. Le bec mobile 9 (voir également figure 2) est constitué par l'extrémité 17A du support tubulaire formant l'équipage mobile et est relié à la paroi 1 par une membrane élastique continue 22. Cette paroi comporte une couronne extérieure 23 et une couronne intérieure 24 fixées par des vis au transducteur 3. Le bec 9 contrôle la modulation du flux d'air avantageusement sonique passant dans le col de l'étage fluidique.
  • Le transducteur 3 est constitué classiquement d'un aimant permanent 14 et des pièces polaires 31, 32 délimitant un entrefer annulaire 16 dans lequel se déplace axialement, l'équipage mobile 17 de la bobine électromagnétique.
  • Le transducteur est logé dans un boîtier 25 fixé à l'ensemble du circuit pneumatique.
  • Comme on le voit mieux sur la figure 3, cet équipage mobile 17 comprend un support annulaire 17A, par exemple, en fibres de verre/époxyde, présentant sur sa surface externe une échancrure 17B en forme de gorge aplatie dont le fond est revêtu de colle (par exemple du type époxyde). Dans cette gorge 17B sont enroulées les spires du bobinage 18 sans saillie notable par rapport à la surface externe du support 17A. L'ensemble est alors revêtu extérieurement d'une couche lisse de colle (par exemple d'une résine du type éthoxyline) noyant lesdites spires et formant un assemblage support/bobinage solidaire.
  • L'equipage mobile du transducteur est enserré entre deux membranes concentriques, formées chacune d'une frette composite constituée d'une couronne rigide 23 ou 24 et d'un anneau d'élastomère 22. Les anneaux d'élastomère sont moulés in situ entre le support et les couronnes rigides et y adhérent.
  • Le moulage in situ assure un frettage efficace de l'équipage mobile. La forme des anneaux et en particulier les dimensions de leur section droite et le choix de la raideur de l'élastomère assurent une fréquence de résonance élevée de l'équipage mobile. En effet l'élastomère travaille essentiellement en cisaillement et en prenant les dimensions de la section de l'anneaux du même ordre de grandeur, on répartit au mieux les contraintes et on obtient la raideur axiale convenable c'est-à-dire de l'ordre de 300 à 1000 N/mm. L'élastomère étant incompressible, l'ensemble couronnes-anneaux se comporte comme une double frette qui interdit tout défaut de circularité et par conséquent empêche toute déformation du plan défini par le bec. La largeur du passage d'air, défini entre le col de la tuyère et le bec de l'équipage, reste constant sur toute la circonférence pour une position donnée de l'équipage.
  • Afin d'alléger au maximum l'équipage, l'épaisseur du bec 9 est réduite sur au moins une partie 17A de l'extrémité du support formant ledit bec.
  • Selon une forme de réalisation préférée et montrée en coupe partielle figure 3, on prévoit dans la partie de tuyère 4 disposée en face du bec 9, une butée annulaire 35 en élastomère. Cette butée a pour fonction d'éviter l'endommagement du bec provoqué par un éventuel contact entre le bord du bec et la paroi de la tuyère et dû à une dynamique trop forte ou à une aspiration par le flux d'air sonique.
  • Le support, représenté figure 3, est séparé en deux parties par une collerette médiane 17D : le bobinage du transducteur électromagnétique est logé entre ladite collerette 17D et une collerette d'extrémité 17C tandis que le bec 9 est formé par l'extrémité amincie de la partie 17A.
  • Les extrémités 18 du bobinage sont reliées par des tresses conductrices 21 aux bornes d'alimentation 19 (figure 2) qui reçoivent le signal électrique d'une chaîne d'amplification d'un signal sonore ou autre.
  • Afin de donner une souplesse suffisante aux tresses conductrices il est prévu dans le bord intérieur de la couronne extérieure 23 des échancrures 33 (figure 2) diamétrales dont le fond est percé d'un trou cylindrique 34 à mi-épaisseur de la couronne.
  • En prolongement du trou 34, on dispose un tube souple dans lequel passe la tresse 21 et qui sera enrobé par l'élastomère lors de la formation des anneaux. De préférence le tube est en même matériau que celui prévu pour le moulage des anneaux. Les échancrures qui sont garnies également d'élastomère assurent une plus grande souplesse à la liaison électrique. La partie libre de la tresse, sortant diamétralement de la couronne, est fixée par des moyens connus sur les bornes 19.
  • Selon des exemples de réalisation de l'équipage transducteur, celui-ci a les dimensions suivantes :
    diamètre intérieur du support : # 102 mm ; hauteur de l'anneau : # 16 mm ; épaisseur de la partie formant le bec de modulation : # 1,5 mm.
  • Comme il est aisé de le constater, il y a un ordre de grandeur entre la hauteur et le diamètre de l'équipage mobile et également un ordre de grandeur entre sa hauteur et son épaisseur.
  • Le grand diamètre du support est rendu nécessaire par le débit de fluide important, de l'ordre de plusieurs dizaines de grammes par seconde sous des pressions de 2 à 3 bars, qui traverse l'amplificateur fluidique.
  • Par suite de la légèreté recherchée, le support est particulièrement flexible et son maintien dans une membrane mince classique ne peut aboutir à une rigidification suffisante. Le moulage in situ d'anneaux épais en élastomère, solidarisés avec les couronnes extérieure et intérieure et le support, permet d'assurer un frettage efficace de ce dernier. La largeur des anneaux est au moins du même ordre de grandeur que leur épaisseur et, selon un exemple de réalisation, de l'épaisseur des couronnes (approximativement 4 mm).
  • Le produit de moulage utilisé est un élastomère silicone du commerce, vulcanisant à température ambiante, d'une dureté Shore A de l'ordre de 40, dans une plage de température de -70° à + 200°C. Cette plage de température est choisie de manière que la matériau conserve ses caractéristiques de dureté et par conséquent qu'il n'y ait pas de modifications des caractéristiques du haut-parleur quelles que soient les variations de la température environnante ou de la température de l'air alimentant le circuit pneumatique.
  • L'opération de moulage des anneaux 22 entre le support et les couronnes 23 et 24 est menée à bien grâce à leur maintien par des gabarits appropriés qui assurent le positionnement adéquat des divers éléments.
  • La grande raideur de l'élastomère choisi assure une fréquence de résonance élevée d'où une bande passante relativement étendue et un rapport signal/bruit intéressant, c'est-à-dire de l'ordre de 30 à 40 dB.
  • Les fréquences de résonance peuvent être choisies en faisant varier la section des anneaux et/ou la dureté de l'élastomère. Ainsi pour des dimensions des anneaux d'élastomère de 4 mm, la fréquence de résonance est de 1200 Hz. Pour une largeur double, elle est de 800 Hz.
  • Le haut-parleur pneumatique, comportant un équipage mobile conforme à l'invention, permet le passage d'une bande de fréquence de 5 KHz ce qui garantit une très bonne compréhension de la parole.

Claims (7)

1. Equipage mobile pour le transducteur mixte électrodynamique et fluidique d'un haut-parleur pneumatique comportant un support tubulaire axialement mobile dont une extrémité porte la bobine mobile dans l'entrefer annulaire de l'étage électrodynamique du transducteur et dont l'autre extrémité forme un bec mobile dans le col d'un étranglement annulaire de l'étage fluidique du transducteur, la partie médiane dudit support étant enserrée entre deux membranes concentriques séparant les étages électrodynamique et fluidique du transducteur, caractérisé en ce que ledit support (17), qui présente un diamètre d'un ordre de grandeur supérieur à sa hauteur elle-même d'un ordre de grandeur supérieur à son épaisseur, est rigidifié par les membranes précitées (22), chacune formée d'une frette composite incluant entre le support (17) et une couronne rigide concentrique (23, 24), un anneau d'élastomère (22) y adhérant qui présente une hauteur axiale du même ordre de grandeur que son épaisseur radiale, pour d'une part assurer le rappel élastique du support en déplacement axial et d'autre part maintenir la circularité et donc la planéité dudit support.
2. Equipage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux d'élastomère précités (22) sont moulés in situ entre le support (17) et les couronnes (23, 24) maintenus par des gabarits appropriés.
3. Equipage mobile selon la revendiction 2, caractérisé en ce que l'élastomère est un silicone vulcanisable à la température ambiante.
4. Equipage mobile selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élastomère présente une dureté Shore A de l'ordre de 40 sur une plage de température de -70 à + 200°C.
5. Equipage mobile selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère englobe deux tubes souples se prolongeant à travers le support (17) et la couronne extérieure (23) pour laisser passage aux connexions (21) de la bobine mobile (18).
6. Equipage mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couronne (23) comporte au droit de chaque connexion (21) une échancrure (33) comblée par l'élastomère à travers laquelle se prolonge le tube.
7. Equipage mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une butée annulaire (35) en élastomère est prévue dans la partie de tuyère (4) disposée en face du bec mobile (9).
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