Suspension de membrane TMD à amortisseur harmonique

Une innovation pour valoriser les médiums.

L’OBSESSION DU MÉDIUM

Le registre médium est sans doute le plus complexe à maîtriser dans un système acoustique. D’une part, il doit assurer une jonction harmonieuse en énergie avec la voie grave. D’autre part, il doit se raccorder en cohérence avec le tweeter en termes de dispersion et d’accélération. L’homogénéité des timbres et la spatialisation en dépendent.

Focal a travaillé ces vingt dernières années à maîtriser le "break up" des membranes (fréquence à laquelle le cône se déforme et engendre des distorsions) avec les membranes composites "W" de 3e génération et à abaisser drastiquement la résonance du tweeter avec l’IAL 2. Aujourd’hui, grâce à la puissance de l’analyse numérique par éléments finis, nos équipes ont développé un outil de simulation pour visualiser le comportement en dynamique de la suspension qui assure la liaison du cône avec le saladier, révélant ainsi les dysfonctionnements sur lesquels progresser.

L'AMORTISSEUR HARMONIQUE TMD

Suite à la découverte de ces dysfonctionnements, la problématique a été d'imaginer un dispositif permettant de les maîtriser. Les solutions connues pour augmenter l’amortissement de la suspension conduisent à augmenter la masse et altèrent par conséquent la définition. La réponse a été trouvée avec une technique employée dans les systèmes antisismiques pour les gratte-ciel, que l’on retrouve aussi dans les suspensions de véhicules de compétition ! Il s’agit de la technique "Tuned Mass Damper" : une masse additionnelle vient osciller en opposition à la résonance pour la contrôler.

Appliquée au haut-parleur, la solution consiste tout simplement en deux "bourrelets" circulaires moulés dans la masse de la suspension et judicieusement dimensionnés et positionnés. Ils constituent notre amortisseur harmonique (TMD) et stabilisent le comportement de la suspension à la résonance pour éviter les déformations du cône et ne pas pénaliser la dynamique. Cette innovation fait l’objet d’un brevet.

ANALOGIE VISUEL D'UNE SUSPENSION AVEC OU SANS AMORTISSEUR HARMONIQUE

Deux "bourrelets" circulaires moulés dans la masse de la suspension constituent notre amortisseur harmonique (TMD). En haut, une suspension classique, en bas, une suspension TMD. Cette solution simple, mise au point grâce à notre nouveau logiciel, stabilise le comportement de la suspension à la résonance et évite ainsi les déformations du cône sans pénaliser la dynamique.

LE PRINCIPE DE L’AMORTISSEUR HARMONIQUE "TMD"

Le principe de l’amortisseur harmonique "TMD" : En rouge, un système m1/k1 avec une résonance très marquée. L’ajout d’un dispositif masse-ressort m2/k2 (partie supérieure du schéma central) aura un comportement présentant deux pics de résonance comme sur la courbe bleue. Le creux ou anti-résonance étant préalablement calé sur la résonance du dispositif principal, nous obtenons la courbe verte et enfin, en dosant judicieusement l’amortissement, nous aboutissons à la courbe violette. La résonance a pratiquement disparu !

Dans le cas des haut-parleurs de la ligne Sopra, nous avons associé cette innovation à un cône à forme exponentielle afin d’étendre sa réponse en fréquence, et donc sa réponse impulsionnelle. Autre argument pour augmenter encore la définition.

MESURES ET ANALYSES

Amélioration de la linéarité entre 1 et 2 kHz et l’extension en fréquence apportée pour partie par le profil exponentiel de la membrane.

En bleu, notre médium de dernière génération. En rouge, un médium W de génération précédente. Les perfectionnements du circuit magnétique apportent aussi leur contribution. NB : le creux à 3 kHz vient de l’absence de cache noyau sur l’exemplaire de test.

Action de l’amortisseur harmonique sur la linéarisation de la réponse en fréquence entre 1,5 et 2 kHz (en bleu, avec TMD et en rouge, sans TMD).