72 42 542 - Asservissement de pression




L'asservissement de pression ou APF (Acoustic Pressure Feedback)

Le haut-parleur est un système mécanique qui engendre un son en se déplaçant. Ce déplacement est non linéaire (forme du haut-parleur, suspension, champs magnétique non uniforme) et le son est déformé. Aussi un haut-parleur ne peut reproduire des notes graves que s'il est enfermé dans une « boite » assez grande... En 1950 C.A. Briggs conseillait une enceinte en brique d'un mètre cube pour reproduire une pédale d'orgue de 16 pieds (32 Hz) !

Pour réduire ces dimensions fantastiques, les ingénieurs n'ont trouvé que des palliatifs (cavités, résonateurs, amortissements clos), mais avec ces systèmes le mouvement mécanique du haut-parleur n'est pas contrôlé, il est corrigé. Il y a fabrication de basses et non reproduction.

Messieurs Brette et Perrin, acousticiens français de l'Ecole Supérieure d'Electricité (E.S.E.), ont été les premiers en 1961 à proposer une enceinte à asservissement de pression, technique alors issue de l'aérospaciale. Plus tard la société PHILIPS a proposé l'enceinte « Motional Feedback » (ou M.F.B.) basée sur un accéléromètre piézoélectrique. En 1971, Monsieur Daniel Dehay, Président de la Société 3A, Ingénieur E.S.E., réussissait la mise au point industrielle de l'asservissement de pression des enceintes acoustiques.

Cette découverte non seulement supprime les déformations du haut-parleur mais permet aussi de réduire la taille des enceintes au strict minimum. Tous les mouvements mécaniques du haut-parleur sont contrôlés électroniquement (asservis), tel que dans l'automobile avec les servo-freins, la direction assistée, dans l'industrie avec les machines outils programmées par ordinateur, ou dans l'aéronautique où les gouvernes et volets des avions sont assistés.

Ainsi l'idée de base était de supprimer les coffrets sonores et de les remplacer par un amplificateur qui contrôle le mouvement du haut-parleur. Pour cela un capteur électronique enregistre les mouvements de la membrane et ordonne à l'amplificateur dans l'enceinte de corriger les déformations liées au déplacement du haut-parleur. Ce procédé permet d'atteindre des performances incroyables dans des coffrets miniatures : Bande passante linéaire de 30 à 40 000 Hz avec 20 dm³.

Les amplificateurs équipant les enceintes asservies 3A sont de conception industrielle. Tous les composants utilisés répondent aux normes professionnelles militaire (condensateurs électrolytiques ou au tantale, résistance à couche, circuits intégrés). Les circuits imprimés sont en verre epoxy, les transformateurs surdimensionnés sont imprégnés.

Chaque amplificateur est testé à la table vibrante pour éprouver les soudures et éviter les défauts de fabrication. Enfin, l'électronique est fiabilisée par 100 heures de fonctionnement à grande puissance (60 watts), permettant un déverminage des composants selon la technique des semi-conducteurs pour l'industrie spatiale.

La probabilité de panne de l'électronique est alors quasiment nulle.



Le système APF


1) - pont de vitesse

La vitesse est détectée par un système de pont de Maxwell, méthode connue pour mesurer les caractéristiques des haut-parleurs.

2) - calculateur analogique d'asservissement

Cet amplificateur à fonction de transfert Zm (impédance de rayonnement du haut-parleur) a été obtenu expérimentalement en comparant la pression acoustique réelle devant le haut parleur à la vitesse de déplacement de la bobine.

La composition vectorielle de ces deux grandeurs permet de déterminer la fonction en module et en phase. Un circuit électronique en rétroaction sur un amplificateur à très grand gain permet d'obtenir une image de Zm très fidèle.

La tension vitesse est appliquée à ce circuit et la tension de sortie est une simulation parfaite de la pression acoustique.

3) - Les résultats

L'amplificateur nécessaire pour la reproduction linéaire de 30 Hz est de 125 watts. La membrane du haut-parleur à cette fréquence se déplace de 2 cm pour une puissance électrique d'attaque de 5 watts, correspondant tout de même à un programme musical de 100 watts.

Ainsi, le système APF permet d'obtenir d'une enceinte miniature le même rendement dans le grave et l'extrême grave qu'avec des enceintes 15 à 20 fois plus volumineuses. La distorsion est extrêmement faible puisque difficilement mesurable à partir de 60 Hz. A 40 Hz, elle reste inférieure à 2%. Dans le même volume sans asservissement, une enceinte acoustique donnerait 8% de distorsion.

1 watt	30 Hz	40 Hz	50 Hz	80 Hz	100 Hz	250 Hz
Enceinte normale	18 %	7.8 %	5 %	3 %	1.9 %	2 %
Enceinte asservie de même volume	3 %	1.8 %	1.2 %	0.9 %	0.5 %	0.6 %

 75 36 678 - Ligne acoustique Infinie




Ce système conjuge les résultats obtenus avec une enceinte close et ceux obtenus avec une enceinte à labyrinthe et pavillon replié.

Il est en effet reconnu qu'une enceinte close présente de nombreux avantages quant à l'amortissement du haut parleur, donc sa réponse en transitoires, à condition d'utiliser un haut parleur très souple et à champ magnétique intense. Cependant la fréquence de résonance du haut parleur en coffret clos (de dimension raisonnable) augmente considérablement et le rendement acoustique au dessous de cette fréquence décroît très vite à 6 dB par octave. D'autre part, l'onde arrière est perdue. Le rendement d'un tel haut parleur est donc dans tout les cas 6 dB inférieur à un système qui récupère l'onde arrière.

Le système à charge "Infinie" consiste à utiliser cette onde arrière. Elle est "forcée" dans un labyrinthe à section décroissante de longueur au moins égale à 1,50 m.

Le labyrinthe est replié de façon à recueillir l'onde arrière en phase* avec l'onde avant pour renforcer le rendement dans le grave et le sous-grave. L'originalité du système réside alors dans un filtre acoustique interne qui fait office de "passe bas" pour l'onde arrière et "passe haut" pour l'onde avant, l'ensemble agissant comme deux haut parleurs couplés sans retard (à la différence du système passif-actif). Le haut parleur A (onde avant) voit sa pression sonore décroitre de 6 dB par octave à partir de la fréquence de résonance du haut parleur dans l'enceinte (de 70 Hz à 100 Hz selon les enceintes), et le haut parleur B (onde arrière) voit sa pression sonore pratiquement constante de 30 Hz à 70 Hz ou 100 Hz pour décroître au delà de 100 Hz. La conjugaison en phase des deux ondes donne une reproduction parfaitement linéaire à partir de 30 Hz. (*) La mise en phase rigoureuse est obtenue par un amortissement progressif de l'onde arrière à travers des absorbants de densité croissante. Le calcul judicieux des densités d'absorbants permet d'allonger artificiellement le trajet de l'onde arrière jusqu'à 3 fois la longueur géométrique d'un tuyau à section constante.

 76 35 488 - Décompression périphérique laminaire




Dérivé du système à résonateur accordé du type Helmholtz et du système à décompression R.J., le système à décompression périphérique laminaire constitue une charge exceptionnelle du haut-parleur dans les fréquences très basses en améliorant le freinage du haut-parleur, donc le rendu des transitoires.

Ce système s'apparente en fonctionnement au Bass-reflex par la présence de deux résonances encadrant une antirésonance ajustée sur la fréquence de résonance du haut-parleur à l'air libre. Cependant l'énorme progrès réalisé sur le système Bass-reflex est l'abscence de coloration (son tonneau) à partir de 80 Hz jusqu'à 300 Hz, par : • Remplissage acoustique total de l'enceinte augmentant son volume sonore apparant et évitant toute onde stationnaire (coloration). • L'onde arrière ressort rapidement de l'enceinte en phase avec l'onde avant laminée par la cavité placée immédiatement derrière le haut-parleur, cette cavité jouant le rôle d'un filtre passe bas à coupure très brutale (80 Hz à 30 dB par octave). • La distorsion obtenue est extrèmement faible comparée à celle obtenue avec une enceinte close. • La cavité et son contre baffle permet la mise en phase rigoureuse du haut-parleur aigu avec le basse par décalage spacial de 3 à 5 cm (selon fréquence de coupure).

1- Event 2- Haut-parleur

 80 05 030 - Haut-parleur médium plan Équiphase




Le Planar Équiphase

Haut-parleur électrodynamique plan à aimants rectilignes et suspension linéaire à phase constante. Totale linéarité du champ magnétique, très faible distorsion. Utilise un film imprimé en aluminium sur kapton. La membrane est rigidifiée par matériaux composites. Sandwich nid d'abeille Nomex/Kevlar.

Ce haut-parleur restitue un médium de 200 à 12 000 Hz quasiment parfait. On peut le rapprocher de la qualité des médiums électrostatiques, sans posséder les inconvénients (transformateurs d'impédance, alimentation THT, saturation). L'induction est constante dans le plan du haut-parleur, le mouvement vibratoire exempt de distorsion.

La géométrie étroite du Planar permet la reproduction des fréquences élevées avec une répartition spatiale extraordinaire. C'est le haut-parleur théorique parfait.

Membrane circuit imprimé souple	Membrane après formage
Vue éclatée du haut-parleur plan Équiphase	Membrane définitive