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Présentation :
L’enceinte LEEDH C est le fruit de la mise en œuvre de plusieurs technologies innovantes.
Cette mise en œuvre, explicitée au chapitre LEEDH C, justifie son originalité et le niveau de ses performances.
Deux de ces technologies, dites de rupture, sont fondatrices et font l’objet de dépôts de brevets internationaux, pérennisant l’activité de conception, de production et de commercialisation de la société ACOUSTICAL BEAUTY.
Ces deux technologies s’appliquent au haut-parleur, composant de base d’une enceinte acoustique.
Elles sont indépendantes l’une de l’autre et peuvent donc être utilisées séparément sur un haut-parleur de conception traditionnel, pour en améliorer le fonctionnement.
Pour l’application LEEDH C, elles sont réunies au sein d’un haut-parleur totalement innovant : le HPAB (Haut-Parleur Acoustical Beauty), qui est décrit, en détail, au chapitre LEEDH C.
Elles ont en commun d’avoir été créées pour remplacer des dispositifs de fonctionnement du haut-parleur traditionnel, qui sont sources de ses principaux défauts de distorsions.
La description exhaustive de ces deux technologies est l’objet de ce chapitre.
Le moteur sans fer :
Le moteur d’un haut-parleur électrodynamique a pour fonction de transformer le signal électrique (issu de l’amplificateur), en signal de force mécanique, qui en déplaçant une membrane dans l’air, génère un signal de pression acoustique.
Le principe du moteur électrodynamique est le suivant : une bobine d’un conducteur électrique est parcourue par le courant issu de l’amplificateur, cette bobine est traversée radialement par un champ magnétique constant, la combinaison de ce courant et de ce champ magnétique génère une force axiale sur la bobine.
Les relations de causes à effets entre ces grandeurs physiques étant proportionnelles, si la bobine subit un champ magnétique constant, au cours de son déplacement et si la membrane se déplace bien proportionnellement à la force de la bobine, le signal électrique sera fidèlement transformé en signal acoustique (loi de Laplace).
Ces deux conditions de fonctionnement sont nécessaires et suffisantes à la fidélité d’un haut-parleur.
Dans le moteur d’un haut-parleur deux procédés traditionnellement utilisés conduisent à ce que la bobine ne subisse pas une force proportionnelle au courant qui la parcourt.
D’une part, l’entrefer (espace du moteur dans lequel la bobine se déplace et dans lequel le champ magnétique est concentré) est moins haut que la bobine, ainsi la force est maximum à sa position d’équilibre et diminue de façon significative en dehors.
D’autre part, le procédé de concentration du champ magnétique de l’aimant à l’entrefer est obtenu par un ensemble de pièces en fer doux (pièces polaires).
Ce matériau (ferromagnétique) est le siège de complexes phénomènes électromagnétiques (courant de Foucault, saturation, hystérésis, modulation de flux, variation de la self-inductance) qui provoque une variation du champ magnétique dans l’entrefer, lorsque la bobine se déplace et/ou le courant de la bobine varie.
Pour diminuer ces défauts intrinsèques à l’architecture, même, du haut-parleur traditionnel, les solutions « historiques » ont consistées à augmenter sa dimension, pour déplacer de l’air plutôt par la surface de la membrane que par son déplacement, avec les conséquences qu’on constate sur la dimension des enceintes…ainsi qu’à augmenter son rendement, pour minimiser le courant dans la bobine, au prix de membranes trop grandes et trop légères pour être suffisamment rigides.
Entre autres compromis, des tentatives de bobines plus courtes que des entrefers multiples, se sont heurtées à des instabilités (modulation de flux) encore liées au fer doux des pièces polaires.
La solution radicale a donc consisté à créer un moteur sans pièce polaire, dit moteur sans fer, à partir de l’assemblage de bagues et de secteurs d’aimants en terre rare (Néodyme-Fer-Bore).
L’optimisation, réalisée grâce à un logiciel de simulation magnétique, a permis d’obtenir le confinement du champ magnétique dans un entrefer délimité par deux structures magnétiques (interne et externe à la bobine).
La bobine étant plus courte que l’entrefer, il devient possible d’obtenir une force constante sur tout le déplacement utile de la membrane.
Cette nouvelle technologie de moteur permet de réaliser un transformateur parfait de signal électrique en signal de force, son coût de revient élevé (utilisation importante d’aimants en terre rare) la réserve à des applications pour lesquelles une fidélité ultime est recherchée.
Le « moteur sans fer » a fait l’objet d’un dépôt de brevet international, en 2005.
La suspension à joint ferrofluide :
Dans le haut-parleur traditionnel le double-guidage de la membrane à cône est effectué à l’aide d’une suspension à bord et spider (pour le haut-parleur à dôme, simple guidage par un bord).
En se déformant, le bord et le spider permettent à la membrane de se déplacer axialement par rapport au saladier.
Leur géométrie (demi-tores concentriques) permet cette déformation par déroulement des demi-tores.
La force exercée par la bobine sur la membrane déforme le bord et le spider. Ainsi, pour que la suspension n’introduise pas de défaut dans le fonctionnement du haut-parleur, le déplacement de la membrane doit être proportionnel à la force de la bobine.
Avec une suspension traditionnelle, cette condition n’est jamais satisfaite car, par principe, la déformation du bord et du spider étant limitée au déroulement complet de ses demi-tores, la membrane ne peut pas se déplacer au-delà de cette limite.
Pour limiter les défauts de distorsion, sur les faibles déplacements de la membrane, un compromis a été obtenu par l’optimisation de la géométrie des demi-tores.
De plus, la souplesse du bord et du spider provoque des vibrations parasites (modes de résonance en torsion) qui colore le son sous forme de réverbérations artificielles.
Enfin, la force de rappel qu’exerce la suspension sur la membrane est la cause de la fréquence de résonance du haut-parleur qui limite sa possibilité de reproduire les basses fréquences.
On compense une partie de cet effet en augmentant le volume de l’enceinte.
On voit bien que ce procédé de suspension est intrinsèquement insatisfaisant.
Comme pour le moteur sans fer, la solution radicale a donc consisté à repenser globalement le dispositif suspension/membrane, pour en assurer naturellement et parfaitement la fonctionnalité.
La membrane à cône ou à dôme a été remplacée par un piston (tube obturé à l’une de ses extrémités par un dôme).
Pour se déplacer ce piston coulisse dans une bague en glissant sur de l’huile magnétique (ferrofluide).
Ce matériau bénéficie d’une très longue expérience dans le domaine du haut-parleur, puisqu’il est couramment utilisé pour assurer la tenue en puissance des tweeters à dôme, depuis la fin des années 70.
Le ferrofluide est maintenu en place, sous la forme d’un joint liquide, dans l’espace intermédiaire entre le piston et la bague, par un dispositif magnétique associé à la bague.
La hauteur de la bague étant plus petite que celle du piston, le déplacement n’a pas d’autre limite que la longueur du piston.
Le déplacement s’effectue sans frottement, sans contrainte, comme si la membrane « flottait » sur un lit fluide.
Cette suspension n’exerçant aucune force de rappel sur la membrane, le haut-parleur n’a pas de fréquence de résonance, ce qui permet d’obtenir des basses fréquences dans un volume d’enceinte réduit.
Le déplacement de la membrane est donc naturellement proportionnel à la force de la bobine, car c’est le volume d’air de l’enceinte qui exerce une force de rappel sur la membrane, d’où la suppression de toutes les distorsions associées à la suspension conventionnelle.
De plus, les déplacements de la membrane n’étant plus limitées, on peut, pour obtenir le même niveau sonore (même débit d’air), augmenter le déplacement de la membrane et réduire sa surface, avec pour conséquence de diminuer encore le volume d’enceinte nécessaire à la reproduction des basses fréquences.
Enfin le joint ferrofluide n’entre pas en résonance, mais au contraire, amorti d’éventuels modes parasites de la membrane, tout en favorisant l’évacuation de la chaleur de la bobine pour améliorer la tenue en puissance du haut-parleur.
Cette nouvelle technologie de suspension permet donc de diminuer de façon drastique les défauts de distorsions du haut-parleur traditionnel, mais également de diminuer le volume des enceintes acoustiques, tout en supprimant les classiques colorations liées aux modes de résonances du bord et du spider.
La « suspension à joint ferrofluide » a fait l’objet de deux dépôts de brevet internationaux, en 2005 et 2007.
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