Contribution à l’identification des non-linéarités des moteurs de haut-parleurs électrodynamiques

Sommaire: Contribution à l’identification des non-linéarités des moteurs de haut-parleurs électrodynamiques

Introduction
I Identiﬁcation des non-linearites d’un moteur de haut-parleur
Avant-propos
1 Équations fondamentales du moteur d’un haut-parleur
1.1 Fondamentaux du moteur d’un haut-parleur
1.1.1 Terminologie
1.1.2 La conversion électrodynamique
1.2 Approximation de la géométrie de la bobine
1.3 Vers le modèle de Thiele et Small
2 Dépendance des paramètres bloques avec le courant : la courbe d’aimantation des matériaux ferromagnétiques
2.1 La courbe B-H d’un matériau
2.2 La courbe B-H prise en compte dans les haut-parleurs
2.3 Eﬀets de la non-linearite de la courbe B-H sur les paramètres du haut-parleur
2.4 Non-linearite des matériaux ferromagnétiques doux dans un haut-parleur : bilan
3 Dépendance des paramètres bloques avec la fréquence : les courants de Foucault Développement d’un nouveau modèle
3.1 Les courants de Foucault dans les haut-parleurs
3.1.1 Historique des différents modèles
3.1.2 Les limites des modèles existants
3.2 Développement du modelé 2LI
3.2.1 Prise en compte de l’air dans la modélisation des courants de Foucault
3.2.2 Répartition du champ magnétique crée par la bobine dans le noyau : première interaction
3.2.3 Interaction fer-air : deuxième interaction
3.3 Vérification du modèle 2LI
3.4 Avenir du modèle 2LI
4 Dépendance des paramètres avec le déplacement de la bobine
4.1 Le facteur de force
4.2 L’impédance bloquée
4.2.1 Variations de la résistance et de l’inductance apparentes
4.2.2 Bilan énergétique : la force de réluctance
4.2.3 Eﬀets de la variation de l’impédance bloquée avec le déplacement
4.3 Bilan
II Sur la réalisation de haut-parleurs a moteurs tout aimant
Avant-propos
5 Le moteur : vers une structure magnétique tout aimant
5.1 Pourquoi une structure tout aimant ?
5.2 Calcul de structures tout aimant
5.2.1 Vers un calcul adapté au cas du haut-parleur
5.2.2 Champ créé par un aimant hexaédrique
5.2.3 Intérêt et limites du calcul pour une surface plane
5.2.4 Processus d’optimisation de structures a aimants permanents
5.3 Etude de chaque structure tout aimant connue `a ce jour
5.3.1 Analyse de la structure A
5.3.2 Analyse de la structure B
5.3.3 Analyse de la structure C
5.4 Structures retenues
5.4.1 Structure HI : High Induction
5.4.2 Structure CCI : Compact with Constant Induction
5.5 Dimensionnement de la bobine
5.5.1 Bobine courte vs. Bobine longue
5.5.2 Masse idéale de conducteur
5.6 Contraintes sous-jacentes a la réalisation de structures tout aimant
5.7 Bilan
6 Conception de haut-parleurs tout aimant
6.1Evaluation du concept de moteur tout aimant
6.1.1 Choix du circuit magnétique de remplacement
6.1.2 Mesures en bobine bloquée
6.1.3 Mesure en bobine libre
6.2 Sur la réalisation complété d’un haut-parleur tout aimant
6.2.1 De l’équipage mobile…
6.2.2 … au moteur tout aimant
6.2.3 Bilan
Conclusion
Bibliographie
A Courbe B-H d’un matériau et point de fonctionnement
A.1 La courbe B-H d’un matériau
A.2 Point de fonctionnement de l’aimant
A.3 Point de fonctionnement d’un aimant et sa variation en présence d’un courant
B Harmoniques générés une relation du type équation de Rayleigh
C Caractéristiques du haut-parleur 21M20
D Champ magnétique créé par la face d’un aimant ﬁctivement chargée
E Propagation des champs électromagnétiques : les équations de Maxwell
F Expression de la fem aux bornes de la bobine due à la variation du ﬂux fer

Extrait du mémoire contribution à l’identification des non-linéarités des moteurs de haut-parleurs électrodynamiques

Première partie Identiﬁcation des non-linéarités d’un moteur de haut-parleur
Chapitre 1: Equations fondamentales du moteur d’un haut-parleur
Les paramètres de Thiele et Small [8–10] développés dès 1961 sont aujourd’hui universellement utiliszs pour caractériser un haut-parleur mais aussi pour caractériser ses non-linéarités. Cependant ces paramètres étant nés de nombreuses hypothèses simpliﬁcatrices, ils ne décrivent en réalité que le fonctionnement d’un haut-parleur parfait, et ne peuvent permettre d’expliquer l’ensemble des phénomènes issus de l’interaction électro-magnétique à la base du fonctionnement d’un haut-parleur. C’est pourquoi, dans l’optique de développer un moteur de haut-parleur, nous avons souhaité réécrire le plus simplement possible l’ensemble des équations gouvernant cette interaction ; l’objectif étant de comprendre comment sont nés les modèles de haut-parleur tels que le modèle de Thiele et Small, mais aussi de détenir une base sur laquelle nous nous appuierons tout au long du manuscrit, et qu’on ne trouve plus dans les livres de référence sur les haut-parleurs.
1.1 Fondamentaux du moteur d’un haut-parleur
1.1.1 Terminologie
composée d’un enroulement cylindrique de ﬁl conducteur (Figure 1.1). Dans sa variante la plus courante, le circuit magnétique est lui-meme constitué d’un aimant et de pièces polaires. Les pièces polaires comprennent la plaque de champ et la culasse, dont la partie cylindrique centrale représente le noyau. Ainsi ce circuit magnétique est-il chargé de mettre en mouvement la bobine dès lors qu’elle est parcourue par un courant. Pour cela, la bobine est placée dans l’entrefer, c’est-à-dire dans l’espace d’air entre le noyau et la plaque de champ. Les pièces polaires sont alors chargées de diriger le champ magnétique généré par l’aimant vers la bobine, et l’interaction entre ce champ magnétique et le courant circulant dans la bobine est à l’origine du mouvement de celle-ci.
1.1.2 La conversion électro-dynamique
1.1.2.1 Interaction courant-champ magnétique
La bobine d’un haut-parleur constitue un contour ∂Σ fermé au sein duquel peut circuler un courant. Sa mise en mouvement est alors assurée par l’interaction entre ce courant et le champ d’induction magnétique traversant l’entrefer et généré par l’aimant. Cette interaction est à l’origine de la composante magnétique de la force de Lorentz :
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