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Soutenance de thèse de Benoit MERIT

Soutenance de thèse de Benoit MERIT

Mardi 21 Septembre 2010 à 14h30, 4ème étage du bâtiment IAM

Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DU MAINE
Spécialité : ACOUSTIQUE

Sujet :
CONTRIBUTION À L’IDENTIFICATION DES NON-LINÉARITÉS DES MOTEURS DE HAUT-PARLEURS ÉLECTRODYNAMIQUES - SUR LA RÉALISATION DE MOTEURS TOUT AIMANT

devant le jury composé de :
Bernard MULTON Professeur des Universités (ENS Cachan, Bruz)
Christian GLAIZE Professeur des Universités (Université de Montpellier)
Jérôme DELAMARE Professeur des Universités (INP Grenoble)
Valérie LEMARQUAND Professeur des Universités (LAUM, Université du Maine)
Claude DEPOLLIER Professeur des Universités (LAUM, Université du Maine)
Bernard NEMOFF PDG Orkidia Audio SARL (Bidart)
Guy LEMARQUAND Professeur des Universités (LAUM, Université du Maine)

Résumé :
Ce travail de thèse, financé au travers d’une convention CIFRE par la société Orkidia Audio SARL, porte sur l’identification et la caractérisation des non-linéarités d’un moteur de haut-parleur électrodynamique traditionnel et sur la réalisation d’un moteur de haut-parleur ne contenant que des aimants permanents.

La première partie est consacrée à l’analyse des non-linéarités propres au moteur, où nous mettons en avant les difficultés à modéliser intégralement les phénomènes non linéaires inhérents au moteur d’un haut-parleur. Les équations gouvernant le fonctionnement d’un haut-parleur sont aujourd’hui directement tirées de sa modélisation linéaire ; parallèlement, ces mêmes équations sont utilisées pour caractériser les non-linéarités du haut-parleur. Si cette méthode est commune, nous avons tenu à réécrire toutes les équations à la base de la conversion électrodynamique pour montrer que certaines des non-linéarités propres au moteur sont oubliées dans les hypothèses simplificatrices utilisées pour modéliser le haut-parleur. En particulier, nous mettons en évidence que l’ensemble des caractéristiques du moteur varient avec le courant d’alimentation du seul fait des propriétés magnétiques non linéaires des matériaux utilisés dans les haut-parleurs. De plus, ces mêmes matériaux sont conducteurs d’électricité, et induisent une dépendance supplémentaire des caractéristiques du moteur avec la fréquence ; cette dépendance est due aux courants de Foucault circulant dans ces matériaux et nous présentons un nouveau modèle permettant de les prendre en compte. Le couplage entre cette dépendance fréquentielle et la dépendance avec le courant est à lui seul source d’importantes distorsions. Mais s’ajoute à ces deux dépendances le fait qu’elles-mêmes dépendent du déplacement de la bobine. Cette troisième dépendance se trouve également à l’origine d’une force non linéaire additionnelle, la force de reluctance, qui parasite le fonctionnement du moteur.

A l’origine de ces trois dépendances se trouvent principalement les éléments ferromagnétiques doux constituant le circuit magnétique d’un haut-parleur traditionnel. La seconde partie du travail de thèse traite alors de l’utilisation de circuits magnétiques dits tout aimant parce qu’uniquement constitués d’aimants permanents, dont les propriétés électriques et magnétiques linéaires doivent à elles seules permettre d’améliorer la linéarité du moteur. De plus, le développement d’une méthodologie de calcul et d’optimisation de structures tout aimant a permis de concevoir des circuits magnétiques de haut-parleur capables de produire un champ magnétique utile parfaitement constant. L’utilisation de ces circuits magnétiques représente donc une voie prometteuse pour la réalisation de moteurs de haut-parleurs quasi-linéaires. Nous expliquons cependant les contraintes matérielles d’ordres multiples que représente la réalisation de tels circuits. Cette réalisation débute aujourd’hui par une étape primordiale destinée à définir une méthode de conception et de réalisation du circuit permettant de s’affranchir des grandes forces de répulsion ou d’attraction des aimants. Ainsi, avec les premiers circuits tout aimant réalisés, des mesures comparatives sont effectuées sur deux haut-parleurs du commerce, dont l’un d’eux est équipé de l’un de nos circuits tout aimant. Malgré le mauvais accord entre les dimensions de ce circuit et celles du haut-parleur d’origine, ces premières mesures confirment l’intérêt que nous portons aux circuits tout aimant, améliorant de façon nette la réponse du haut-parleur aux hautes fréquences. Nous présentons également de manière qualitative les premiers résultats de mesures réalisées sur le tout premier prototype complet de haut-parleur tout aimant destiné à la production de basses fréquences, dont les éléments ont tous été dimensionnés autant que possible en accord les uns avec les autres.