Auteur Sujet: Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes  (Lu 716 fois)

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail

Bonjour à tous.

Je déplace ici un sujet que j'ai commencé dans la page des présentations et échanges libres, mais qui est plus à sa place ci en tant que "projet".

Je vous décris donc ici la réalisation du premier prototype de ce transducteur, que l'on peut rapprocher d'un Janus, mais avec une topologie de membrane et des caractéristiques bien différentes.
Merci à tous ceux qui m'aideront à avancer sur le projet au travers de leurs avis et remarques.

************************


J'ai donc finalement pris le  temps de me consacrer à la réalisation du premier prototype de mon transducteur à membranes planes courbes.

Je vous propose donc un petit reportage commenté en illustration.

 

Première étape ; la fabrication de l'équipage mobile.

Comme dit précédemment, mon choix s'est porté sur des feuilles minces de carbone tressé imprégné de résine Epoxy ; trouvé chez "tubecarbonecom"

Épaisseur de 0.3mm, je n'ai pas trouvé plus mince,dommage car c'est tout de même assez lourd..., on verra plus tard.

Premier montage à blanc sur le chassis proto pour vérifier la bonne courbure des deux membranes.

Ensuite, réalisation de la bobine mobile plate, ce qui a nécessité la réalisation de gabarits et d'outillages spécifiques.

La contrainte ; approcher 8 ohms en Rc, tout en obtenant le meilleur taux de remplissage dans l’entrefer, afin de maximiser le Bl.

Ce qui me donne après réalisation 52 tours de fil émaillé de 0.355mm2, soit compte tenu de la hauteur active de l'entrefer de 30cm, 34 mètres de fils sous flux.

La réalisation de la bobine plate n'a pas été simple, de multiples essais m'ont amené à trouver les bons gestes et les bons réglages. Je me suis fabriqué une table rotative avec gabarit pour pouvoir obtenir un remplissage parfait sans fils croisés ni espaces vides laissés. Voir photo.

La bobine réalisée est ensuite collée à la résine Epoxy entre les deux feuilles de carbone .

La réalisation finale est d'une minceur satisfaisante ( 1.2mm au total) et ne bloque pas dans l'entrefer.

Les fils de liaison sont des brins de tresse à dessouder de 0.8mm, suffisamment souples.

 

Deuxième étape ; la réalisation du circuit magnétique.

 

Pour ce faire, j'ai choisi des aimants néodyme très puissants, trop peut-être...

Le circuit est ainsi composé de quatre colonnes de 6 aimants de 50mm, soit une hauteur active totale de 30cm. La largeur de face active des aimants est de 15mm, ce qui procure une même largeur disponible de champs magnétique utilisable. Pour assurer déplacement linéaire sur quelques mm, la largeur totale du bobinage plat est de 22mm.

Le circuit magnétique a été usiné dans de l'acier bas carbone ( <0.25%), qui présente la meilleure perméabilité magnétique. Par contre, cette nuance de fer presque pur a des caractéristiques mécaniques faibles. Ainsi, le premier moteur que j'ai assemblé avec des rails de 14mm d'épaisseur s'est effondré sous la traction des aimants..., incroyable la puissance de ce type d'aimants. J'ai dû passer à 20mm d'épaisseur pour ne rien tordre.

Le montage final de fait à l'aide de tiges filetées qu permettent de rapprocher des deux rails sans se faire écraser les doigts. Attention, ce n'est pas une vue de l'esprit, la force de traction dans mon cas dépasse les 700 Kg !

 

Troisième étape ; le montage de l'équipage mobile dans l'entrefer

 

La membrane passe au travers du circuit magnétique, ce qui en limite la hauteur. De même, les sommets de bobine dépassent des aimants et sont hors champs, afin de ne pas induite de contraintes électromagnétiques non désirées.

Le centrage de l'équipage mobile dans l'entrefer de 5mm se fait par calage des fixations latérales des membranes. c’est  un peu par tatonnement, mais on finit par y arriver.

 

Quatrième étape ; les premiers essais...

 

 

A vrai dire, je n'avais que peu d'idée des paramètres de Thiel et Small  que mon prototype allait présenter, car je ne disposait d'aucune référence particulière. Je me doutais juste qu'avec la puissance démesurée du circuit magnétique, il aurait probablement un QTs faible, et une Fs faible également, à cause de la masse mobile importante ( trop...)

Un petit coup de DATS V2 pour ceux qui connaissent, et le verdict tombe ; Fs de 6.72Hz, QTS de 0.16, Le de 0.6mH, VAS de 3467 litres....

Bon, ..., moi qui croyait fabriquer un HP de médium, je me retrouve avec un ornithorynque à la croisée de genres différents...

On va dire que c'est un "très bas médium", polyvalent.

Le rendement se situe autour de 90 dB, ce qui est moyen.

Puis, mesures de courbe de réponse, phase, distorsion, avec REW et un micro étalonné ; le Hp se comporte comme une grave/bas médium, avec une courbe haute qui ne dépasse pas les 8kHz dans le haut.

Je joins des mesures faites à très courte distance ( 20cm) de la membrane, car réalisée dans une petite pièce sans traitement accoustique.

 

Il s'agit là d'un premier jet qui me sert de base à toute une démarche de développement. Les pistes à travailler sont nombreuses ;

en premier lieu, il convient de tester différentes courbures de membrane, car je pressent qu'elles ont une influence importante sur le résultat.

Des matériaux différents de membrane peuvent être testés, papier, polypropylène, ainsi qu'un fil plus fin pour la bobine plate.

Voilà, vous avez une info sur ce premier jet.

 A l'écoute, pas de défauts graves identifiés, le son est net, clair, avec beaucoup de respiration dans le médium, un niveau de grave étonnant compte tenu de l'absence de charge, une tenue en puissance assez incroyable, les membranes semblent figées en position, même sur des écarts de puissance violents, probablement la conséquence du QTS très faible.

Mais il m'en faudra une paire pour pouvoir émettre un jugement pertinent.

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Photos du circuit magnétique

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Photo de la bobine mobile bobinée à plat, et collée sur le première membrane.

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Montage terminé, avec les membranes en place. Il s'agit là de la première configuration de courbure, en double fer à cheval.

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Et enfin, la mesure de la réponse en amplitude et en phase.
Les mesures ont été réalisées à faible niveau ( 70 dB ) et en champ proche ( 20 cm) afin de faire abstraction du local d'écoute.
Des mesures faites à 50 cm et 1 m montrent une réponse identique au dessus de 200 Hz, seule la réponse sous 200 Hz est diminuée par le court-circuit acoustique ( pas de charge ni de baffle )

luiscrepy

  • Full Member
  • ***
  • Messages: 871
    • mon installation hifi
    • E-mail
Bonjour,

Merci de nous faire partager vos études.
Puis-je vous suggérer de :
1) présenter des courbes avec une échelle verticale représentant davantage notre ressenti à l'écoute, à savoir graduation principale tous les 5 dB et non tous les 20 dB.
2) il est vrai qu'une mesure à 20 cm impose un niveau faible pour ne pas saturer le micro ou l'entrée micro, mais là vous devez être vraiment trop bas ! Le bruit de fond, qui doit se trouver à peu près au niveau du 21 Hz que votre procédé est incapable de reproduire, se trouve à peine une dizaine de dB sous le niveau moyen du 500 Hz.

En l'état, impossible de se faire une idée avec ces courbes.

Regardez ce que donne la courbe de distorsion. Avec cette mesure, je ne serais pas surpris d'une valeur moyenne de l'ordre de 10 % ou plus.

Cordialement,
Luis

gils

  • Hero Member
  • *****
  • Messages: 2016
Bonjour,

 :hallu:

vous avez  le fichier .dat , vous pouvez le mettre en partage avec Partagefichier, on dirait un très large bande à première vue :)

cdt.Gilles

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Concernant les mesures, elles sont en effet réalisées à un niveau très faible. Cela est dû au fait que je me suis servi du module DATS pour alimenter le HP, et son niveau de sortie n'est pas très élevé. Je me suis commandé un petit ampli tout numérique avec une entrée USB qui me permettra de réaliser les mesures à un niveau supérieur, à 1watt de puissance ou plus.
Les précédentes mesures sont en effet assez proches du bruit de fond dans la pièce, mesuré à 37dBa.
La distorsion mesurée à 1kHz, donne un niveau de 68dB pour la fondamentale, et 30dB pour la première harmonique de rang pair.
Je referai bien sûr toutes les mesures  à 1W/1m.

Tonipe

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Messages: 6068
    • E-mail
Bonjour

Nos mesures ne sont pas commerciales.
Il faudrait prendre l'habitude de prendre une échelle verticale de 20 dB, à la limite 50 dB, mais jamais plus.
C'est moins flatteur mais quand on connais les mesures on sait faire la part des choses.

Cordialement, Dominique

michel29

  • Jr. Member
  • **
  • Messages: 320
la bobine mobile ?
j'ai comme l'impression que ta bobine est à peu près faite avec la section et la longueur de fil utilisée pour un gros boomer de sono à bobine 4"

à mon avis il dot être possible de faire plus léger pour la bobine en plus de feuilles de carbone plus fines
çà fera moins de spires avec probablement un Qts plus élevé

pas essayé avec du fil de diamètre 0,2mm ?

quand aux feuilles de carbone
peut être faudra t-il te mettre à la stratification
achat de nattes ou toiles de fibre de carbone , de kevlar ?
une pompe à vide
la résine epoxy
et le four pour cuire tes membranes

çà permettrait peut être l'inclusion de la bobine mobile dans la stratification

pas de chantier naval ou d'entreprise fabriquant pour l'aéronautique dans ton coin pour stratifier tes membranes ?

Tonipe

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Messages: 6068
    • E-mail
Re : Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes
« Réponse #10 le: janvier 10, 2018, 17:50:41 pm »
Bonjour

Pourquoi de la fibre de carbone et pas du papier à dessin épais ?
Quelle est la propriété recherchée dans ce matériaux ?

Cordialement, Dominique

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Re : Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes
« Réponse #11 le: janvier 11, 2018, 11:38:09 am »
Le carbone présente plusieurs avantages dans le cas d'une membrane plane. Comme il s'agit ,justement, d'une topologie plane, je ne bénéficie pas d'un apport de rigidité/résistance due à une forme conique par exemple. La membrane ne peut compter que sur elle-même pour tenir sa géométrie.
Comme dit précédemment, certaines phases de réalisation de la bobine mobile sont assez "traumatisantes" pour le support, avec des phases de collage/décollage  intermédiaires qui sont assez rudes. Le papier ne résisterait pas a ces manipulations.
Les autres qualités recherchées sont ; la légèreté, pour l'instant c'est pas le top, ensuite la raideur car il s'agit d'une membrane/suspension qui doit assurer le portage et le centrage des masses mobiles.
Une autre qualité est la vitesse de propagation de l'onde dans le matériaux. Trop mou, l'amortissement est trop fort, et le rendement chute.
Trop dur et on se retrouve  avec un matériau à l'image des céramiques ou de l'alu, qui présentent d'énormes modes de résonance.
Le carbone/résine m'a semblé être un bon point de départ. Pour l'instant, je reste sur ce matériaux, tout en cherchant des alternatives.
Si vous connaissez des fournisseurs en plaques très minces ( <0.3mm), je suis preneur.
Au risque de décevoir les plus optimistes d'entre-vous, je n'envisage pas pour l'instant d'ouvrir un atelier de fabrication de plaques avec laminoirs et étuves sous vide, çà n'entre pas dans le budget.
J'ai pensé au polypropylène, on en trouve, mais il a la réputation de ne pas être collable. Une solution pourrait être de joindre les plaques par couture, j'y ai déjà réfléchit.
Pour le fil de la bobine, la prochaine sera en fil pus fin. Mais il ne faut pas oublier que c'est l’impédance ( ou la Rcc ) qui dicte le design de celle-ci. IL ne faut pas sacrifier le Bl, ni la Le, ni Rcc, c'est tout un compromis qui dépends de la géométrie du moteur choisi en amont.

Tonipe

  • Administrator
  • Hero Member
  • *****
  • Messages: 6068
    • E-mail
Re : Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes
« Réponse #12 le: janvier 11, 2018, 18:11:02 pm »
Bonjour

Il y a quelques mois, sur Melaudia, j'avais réfléchi au sujet.

Il me semble que la membrane courbée sur 180° n'est pas optimale, et qu'il faut passer à 270°.


J'avais aussi réfléchi à une suspension basse et haute.


Enfin j'avais pensé casser des petits LB pas cher pour la motorisation


Cordialement, Dominique

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Re : Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes
« Réponse #13 le: janvier 11, 2018, 18:31:15 pm »
Voici donc les premières mesures réalisées selon une procédure plus "normale".
Les mesures ont réalisées dans une pièce close meublée, d'environ 30m3 de volume, ce qui ne ressemble pas du tout à une chambre sourde de mesure.
Les mesures donnant des résultats très différents en fonction du placement du micro dans la pièce, j'ai fixé "à priori" un emplacement de référence situé vers le centre de la pièce, dans une proportion 3/5eme des principales dimensions. Le but étant de s’affranchir le plus possible des murs et ondes stationnaires.
C'est aussi l'endroit où on note le moins de résonances sur les courbes.
J'ai effectué les mesures à 20cm, micro dans l'axe. A plus grande distance, c'est la pièce que l'on enregistre, plus le transducteur.
J'ai revu les échelles, 5dB par graduation, et appliqué un filtrage "raisonnable" de 1/12 dans REW/courbes afin de permettre une meilleure lisibilité.
La bande utile actuelle se situe entre 200 et 2500 Hz, avec la première config de courbure membrane.
Il est à noter que le HP est un dipôle. Dans le but de ne pas trop faire "chanter" la pièce, j'ai amorti la face arrière afin de minimiser son influence.
Bien entendu, à l'écoute, ce sont les deux faces qui s'exprimeront. Mais pour une mesure, impossible de séparer ce qui vient de devant et ce qui vient de derrière. Donc j'ai choisi d'amortir.
Les prochaines mesures après modification des courbures seront instructives.

philhifi82

  • Newbie
  • *
  • Messages: 47
    • E-mail
Re : Réalisation d'un haut parleur électrodynamique à membranes planes courbes
« Réponse #14 le: janvier 11, 2018, 18:39:28 pm »
Le graphe Waterfall