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Spécial “ Electroacoustique ”
Acoustique
&
Techniques n° 52
Haut-parleurs électrodynamiques : défauts des moteurs classiques, performances des moteurs sans fer
une impédance variant comme
ω
L
) et sa résistance
apparente augmente pour les hautes fréquences. Cela
conduit à un comportement non linéaire, car si le module
de l’impédance électrique n’est guère modifié, la phase,
elle, varie beaucoup. Si la bobine est alimentée en tension,
on observera une intermodulation au niveau des phases
des signaux.
D’autre part, les courants de Foucault interagissent avec
le courant dans la bobine, ce qui crée une force de traînée
proportionnelle à la vitesse de la partie mobile (de la
bobine) et au carré de la valeur instantanée du courant
dans la bobine. Le mouvement de la bobine est ralenti par
cette force de traînée électromagnétique. La force totale
exercée sur la bobine diminue, mais cette diminution n’est
pas uniforme au cours du temps. Elle est particulièrement
marquée pour les pics de courant ou de vitesse, et conduit
ainsi à un comportement très non linéaire.
Les courants de Foucault apparaissent donc à haute
fréquence, car alors le courant dans la bobine varie à
fréquence élevée, mais ils apparaissent aussi à basse
fréquence, car dans ce cas, c’est la vitesse de déplacement
qui est grande.
En outre, la présence de courants de Foucault peut conduire
à une instabilité dynamique de l’équipage mobile. Ce dernier
est stable axialement, mais instable radialement, l’instabilité
radiale pouvant amener l’équipage mobile à frotter contre
les pièces polaires.
Le rayonnement acoustique
De nombreux travaux sont menés à l’heure actuelle sur le
rayonnement acoustique de la surface émissive, beaucoup
d’entre eux reposant sur de la simulation numérique.
Beaucoup d’études se concentrent sur le cas du «piston»
(surface émissive rigide), afin de décrire l’influence de sa
forme sur le rayonnement, les phénomènes de diffraction
sur les bords, ceux de réflexion sur le baffle. Une difficulté
n’est pas levée : la question de savoir quelle est l’onde émise
par la suspension, qui est souple et déformable, constitue
un sujet très complexe. C’est un phénomène gênant en
pratique, en particulier pour les haut-parleurs de graves à
grands déplacements, puisque la surface de la suspension
est importante et donc sa puissance acoustique rayonnée
l’est aussi.
Les travaux menés sur la propagation des sons [6] mettent
en évidence que les équations de propagation du son sont
intrinsèquement non linéaires. Une des conséquences
pratiques est que pour les forts niveaux d’émission il
y a nécessairement distorsion et intermodulation non
harmonique.
Les suspensions
Les suspensions classiques sont généralement réalisées en
caoutchouc, en tissu imprégné ou en plastique moulé. Elles
se comportent comme des ressorts, mais leur raideur est
non linéaire. Cela signifie que leur compliance, C
ms
, dépend
de l’amplitude du mouvement, et que l’amortissement,
R
ms
, dépend et de l’amplitude et de la fréquence des
déplacements. Le comportement des suspensions et du
spider est très non linéaire et complexe.
Ce sujet a été étudié et approfondi par un certain nombre
d’auteurs. Klippel [3] s’intéresse aux non linéarités observées
lors des grands déplacements, pour lesquels la raideur n’est
pas constante. Rousseau [7] s’intéresse aux non linéarités
qui apparaissent pour de petits déplacements autour de
la position d’équilibre, cette position constituant une sorte
de «point dur» difficile à quitter.
Les vibrations de la surface émissive
L’équipage mobile et la surface émissive présentent un
nombre important de modes propres (de flexion et de
torsion) qui peuvent s’avérer très gênants quand ils sont
excités par le signal. De nombreuses études spécifiques
sont menées pour identifier ces modes et concevoir
des structures dans lesquelles, à défaut de disparaître
totalement, ils sont repoussés dans un domaine fréquentiel
où ils deviennent moins gênants.
Le concept MAGIC :
des haut-parleurs sans fer
Nous avons décrit les sources de non-linéarité des structures
classiques des haut-parleurs électrodynamiques. Parmi
les démarches possibles pour diminuer les non-linéarités,
la nôtre a été de supprimer certaines de leurs causes.
Le fer est une source importante de non-linéarités ? Nous
proposons des structures qui ne contiennent pas de fer
[8-10]. Elles sont totalement MAGIC, MAGnetic Ironless
Concept !
Les moteurs que nous allons décrire sont donc sans
fer, constitués exclusivement d’aimants permanents. En
l’absence de fer, l’effet réluctant disparaît, car les aimants
ont une perméabilité magnétique relative pratiquement
égale à un, ce qui signifie qu’ils ont le même comportement
magnétique que le vide. L’inductance électrique, le, de
la bobine est en conséquence très faible, et elle reste
parfaitement constante pour toute position de la bobine.
En outre, on choisit une bobine courte, afin qu’elle soit
entièrement dans la zone d’induction uniforme. Le facteur
de force en est augmenté. Il n’y a plus de limitation liée à
la saturation du fer. De plus, les aimants permanents sont
électriquement peu conducteurs: les courants de Foucault
sont donc quasiment supprimés (ce n’est que pour les
tweeters que le phénomène peut subsister si on n’y prend
garde).
Le moteur
La structure la plus simple
La structure la plus simple (Fig.7-a) est constituée de
deux disques d’aimant permanent, aimantés axialement.
Les deux disques sont placés l’un au-dessus de l’autre,
concentriques, séparés axialement par un espace rempli
d’air, les aimantations étant en répulsion (les pôles de même
nature se font face). La bobine est extérieure aux disques,
et centrée en face de l’espace séparant les disques. Elle
est ainsi traversée par un flux radial.
Cette structure a l’avantage d’être extrêmement simple,
comportant très peu de pièces, ne requérant aucun usinage
particulier des aimants. L’aimantation axiale de ces derniers
est aussi la plus facile à réaliser. Une telle structure se prête
bien à la réalisation de transducteurs miniatures.
Le revers de la très grande simplicité est que la structure
présente des fuites magnétiques importantes, et que la zone
dans laquelle l’induction créée est uniforme est très étroite.