Brevet FR2040447A1 — publié le 19710122

La présente invention concerne des perfectionnements aux transducteurs électro-acoustiques et, plus particulièrement, aux microphones à conduction osseuse. Les microphones à conduction osseuse classiques basés sur le principe de l'accéléromètre à inertie ne sont commandés que par les mouvements perpendi-5 culaires à la surface sur laquelle ils sont appliqués. Les vibrations de la tête d'une personne,lorsqu'elle parle, comportent certaines composantes de mouvement perpendiculaires à sa surface, mais ce ne sont pas là les seules, ni nécessairement les plus grandes composantes de mouvement. Il existe également des courbures locales et des étirements circonférentiels du front et des autres surfaces de peau 10 disponibles. L'objet de la présente invention est de prévoir un microphone à conduction osseuse sensible à la fois aux forces de courbure et d'étirement. Un autre objet de l'invention est de prévoir un microphone à conduction osseuse qui soit insensible aux bruits de fond. 15 D'une manière générale, le microphone à conduction osseuse de l'invention est constitué par une plaque en céramique piézo-électrique, une deuxième plaque de même rigidité acoustique reliée face à face avec la plaque piézo-électrique, une première électrode étroitement connectée à une première surface principale de la plaque piézo-électrique, une deuxième électrode étroitement connectée à une deuxième 20 surface principale de ladite plaque piézo-électrique et une enveloppe de protection réalisée en matière élastique entourant, totalement lesdites deux plaques.» L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : 25 - la figure 1, une vue de côté d'un microphone à conduction osseuse réalisé selon le principe de l'invention ; - la figure 2, une vue de côté d'une variante du microphone de la figure 1 ; • - la figure 3, une vue de côté d'une autre variante du microphone de 30 la figure 1 ; • - la figure 4, line vue en coupe longitudinale, d'un premier exemple d'enveloppe pour l'un quelconque des microphones des figures 1 à 3 ; - la figure 5, une vue en coupe longitudinale d'un autre type d'enveloppe pour l'un quelconque des microphones des figures 1 à 3 ; 35 - la figure 6, une vue en élévation de face d'une première forme de montage dans une capsule auriculaire pour l'un quelconque des microphones des figures 1 à 3 ; - la figure 7, une vue en élévation de côté de la capsule de la figure 6 ; - la figure 8, une vue de côté d'une variante de la capsule de la 40 figure 6. 70 15631 2 2040447 On va procéder maintenant à la description détaillée de l'invention en se reportant tout d'abord à la figure 1 sur laquelle un mince disque 1 de céramique piézo-électrique, constituée par un mélange de titanate de plomb et de titanate de zirconium, comporte des électrodes 2 et 3 appliquées sur ses faces principales, par 5 évaporation par exemple. Le matériau dans lequel les électrodes 2 et 3 sont réalisées peut être, par exemple, de l'or, un alliage nickel-chrome ou de l'argent, et ces électrodes sont en contact franc avec la surface du disque. Âpres application des électrodes, on se sert de celles-ci pour polariser le disque en le soumettant à une tension de l'ordre de 25 kV par cm dans l'épaisseur du disque, de façon qu'une 10 différence de potentiel apparaisse entre les électrodes lorsque le disque est étiré radialement. Les électrodes 2 et 3 recouvrent toute la surface principale du disque sur laquelle elles sont respectivement appliquées, c'est-à-dire presque jusqu'à sa périphérie, et après fixation de fils conducteurs 4 et 5, le disque est 15 mécaniquement relié*au moyen de résine époxy par exemple, face à face avec un disque flexible fin 6 en aluminium, en laiton ou en fer au nickel, d'épaisseur à peu près égale à celle du disque piézo-électrique 1 et ayant la même rigidité acoustique. Le disque 1 est aussi fin que pratiquement possible du point de vue fabrication, soit 0,005 cm à 0,025 cm ; avec une épaisseur plus grande, ,1g microphone fonctionnera 20 néanmoins, mais les avantages d'une membrane très fine sont partiellement perdus. Le diamètre des disques 1 et 6 est d'environ 2,5 cm mais il peut varier entre quelques millimètres et environ 5 cm. Les disques accolés 1 et 6, avec les électrodes 2 et 3 et les conducteurs 4 et 5, constituent les éléments de base d'un microphone qui peut être utilisé en 25 maintenant le disque de métal 1 en contact avec une partie appropriée de la tête de la personne, par exemple le front ou une pommette. On peut pour cela glisser le microphone sous un bandeau. Les conducteurs 4 et 5 sont normalement connectés à un amplificateur et ces connexions sont prévues de manière que le disque de métal 6 en contact avec la peau soit à la terre. 30 À la place de relier le disque piézo-électrique polarisé 1 à électrodes à la plaque métallique 6, on peut le relier à un deuxième disque de même type ayant à peu près la même épaisseur et la même rigidité acoustique. Cette variante est représentée par la figure 2. Le deuxième disque 7 de céramique piézo-électrique, constitué par un mélange- de titanate dé zirconium et 35 de titanate de plomb, comporte des électrodes 8 et 9 qui sont appliquées, par exemple par évaporation, sur ses faces principales. Les électrodes peuvent être, par exemple, en or, en alliage nickel-chrome ou en argent, en contact franc avec la surface du disque. Après application des électrodes 8 et 9, celles-ci sont utilisées pour polariser le disque 7 en le soumettant' par- leur intermédiaire à une 40 tension de l'ordre de 25 kV par cm d'épaisseur du disque 7« ' 70 15631 3 2040447 Le disque polarisé 7 est relié face à face avec le disque 1 de façon que les deux électrodes adjacentes soient électriquement reliées. Le disque 7 peut être relié au disque 1 de-manière que les polarités respectives des deux disques soient inverses (figure 2) et dans ce cas deux conducteurs 10 et 11 pour raccordement 5 extérieur partent chacun des deux électrodes externes 2 et 9» Selon une autre variante, le disque 7 peut être relié au disque 1 de façon que les polarités respectives des deux disques soient les mêmes (figure 3) et dans ce cas il y a trois conducteurs 12 (relié à l'électrode 2), 13 (relié aux électrodes communes 3 et 9) et 14 (relié à l'électrode 8), les conducteurs 12 et 10 14 étant connectés à une seule borne. L'électrode en contact avec la peau doit être mise à la terre. Le microphone peut être mis sous enveloppe comme représenté par la figure 4 sur laquelle il est désigné globalement par la référence 1, étant donné que ce type de protection est applicable à l'une quelconque des constructions 15 décrites précédemment à l'aide des figures 1 à 3 ! cette enveloppe, désignée par la référence 15, est une fine couche de matière plastique souple, par exemple du caoutchouc au silicone ou au butyl, servant de pièce de raccordement au moyen de fixation choisi 16. L'épaisseur de l'enveloppe à l'endroit où elle recouvre les faces principales du microphone varie entre 0,013 cm et 0,025 cm. 20 L'ensemble disque de céramique piézo-électrique sur métal ou sur céramique piézo-électrique constitue un transducteur à la fois pour les forces de courbures et d'étirement. Pour l'utilisation, on le comprime doucement afin qu'il se trouve totalement ou partiellement en contact avec la peau, à un endroit oit la chair recouvrant les os du crâne n'est pas.trop épaisse, tel que le front ou les 25 pommettes, le disque de métal ou bien le deuxième.disque piézo-électrique étant du côté de la peau. Ce contact physique étroit avec la tête a une grande importance outre celle d'assurer avec efficacité l'excitation du microphone par les vibrations de la voix ; en effet, les bruits ambiants ne provoqueront pas de plus grands mouvements 30 dans le microphone que ceux de la surface de la peau. Par contre, un transducteur ayant, une masse d'inertie libre peut délivrer des impulsions en réponse à des forces externes non contrôlées par l'amortissement d'un couplage étroit avec la tête. On s'est aperçu que les microphones à conduction osseuse du type décrit à l'aide des figures 1 à 3 ont un niveau de sortie vis-à-vis des bruits extérieurs qui est 35 d'environ 20 db en dessous de celui mesuré avec les microphones à inertie. On obtient une réduction encore plus grande des bruits parasites, soit .10 autres décibels, si l'on prévoit une épaisseur assez grande de matière plastique souple sur la face externe du disque piézo-électrique 1 qui est alors protégé contre l'incidence directe-des bruits parasites, mais non contre les: forces résultant des 40 mouvements de la tête. •- •• 70 15631 4 2040447 Cette couche externe de matière plastique peut être prévue à l'arrière d'un microphone dont elle constitue -la seule fermeture, ou bien, comme représenté dans la figure 5, elle peut être comprise dans l'enveloppe de protection en matière plastique souple en épaississant l'arrière 17 de celle-ci du côté de la face du 5 disque piézo-électrique 1, jusqu'à environ 6 mm, de façon que l'impédance mécanique caractéristique de l'enveloppe, présentée aux sons extérieurs lorsque le microphone est en position d'utilisation sur la tête, soit adaptée à celle de la tête. Ainsi, les sons extérieurs ne seront pas réfléchis et le microphone ne sera donc pas commandé par l'incidence directe des sons extérieurs. 10 Le transducteur de base à disques est doté d'une impédance mécanique comparable à celle du crâne en faisant tomber sa résonance fondamentale dans la gamme de fréquences vocales. Ceci donne pour le disque composé des dimensions qui sont de l'ordre suivant : 2,5 cm pour le diamètre et 0,025 cm d'épaisseur. Lorsque le microphone à des dimensions qui le situent à la limite 15 inférieure de la gamme de dimensions précitée, il devient possible de l'introduire dans l'oreille.de l'utilisateur. Un microphone du type auriculaire est représenté par les figures 6 et 7 sur lesquelles on voit que le moulage 18, réalisé en une matière plastique rigide quelconque, a une forme qui lui permet de se maintenir fermement dans les replis 20 de l'hélix, un prolongement 19 s'enfonçant d'environ 1 cm dans le conduit auditif externe. Le microphone à conduction osseuse est une petite pastille 20 ayant la forme d'un disque d'environ 4 mm de diamètre, ou bien une forme elliptique avec des axes d'environ 5 m et. 3 m ; il est monté dans une cavité prévue sur un côté du prolongement 19 et comporte au dos des moyens de chargement appropriés 21 tels 25 qu'un dispositif à ressort de façon que la pastille 20 soit compriméeavec une force d'environ 50 à 100 grammes sur la paroi du conduit auditif externe après introduction de la capsule dans l'oreille. Selon une variante représentée par.la figure 8, le moulage 18 est réalisé en matière plastique élastique et le prolongement 19 est formé par moulage 50 de faoon à avoir l'élasticité requise pour assurer l'introduction par force de la pastille 20 qui, dans cette réalisation, comporte à l'une de ses extrémités un. grain 22 destiné à faciliter l'introduction. La pastille 20 est introduite dans xme cavité sur un côté du prolongement élastique 19, cette cavité étant formée au cours du moulage de façon à constituer une surface périphérique de support 23 pour 35 la pastille et, à l'arrière, une poche d'air 24. La pastille 20 est solidement assise sur la surface de support 23 et poussée à une extrémité par l'intermédiaire du grain 22. La face externe de la pastille et du grain est recouverte d'une fine couche de protection 25. Il ressort clairement que le fonctionnement en récepteur est obtenu 40 en appliquant des signaux électriques aux électrodes, par l'intermédiaire des 70 15631 5 2040447 conducteurs. Pour un récepteur ayant la forme d'un disque, le diamètre des diaques sera de préférence supérieur à 2,5 cm, par exemple 5 cm, afin d'obtenir les meilleures performances en cas de contact externe avec la tête. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à 5 titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de 1'invention. 70 15631 6 2040447 HEVKHDICAIIOMS 1. Microphone à conduction osseuse comportant : - une plaque de céramique piézo-électrique ; - une deuxième plaque de même rigidité acoustique reliée face à face avec ladite plaque piézo-électrique ; 5 - une première électrode étroitement connectée.à une première surface principale de ladite plaque piézo-électrique ; - une deuxième électrode étroitement connectée à l'autre surface principale de ladite plaque piézo-électrique ; - une enveloppe de protection en matière élastique entourant totalement 10 lesdites deux plaques. 2. Microphone à conduction osseuse conforme à la première revendication, dans lequel ladite céramique est un mélange de titanate de plomb et de titanate de zirconium. 3. Microphone à conduction osseuse conforme à la deuxième revendication, 15 dans lequel ladite deuxième plaque est en métal, ledit métal étant sélectionné dans le groupe aluminium, laiton ou fer au nickel. 4. Microphone à conduction osseuse conforme à la deuxième revendication, dans lequel ladite deuxième plaque est une plaque piézo-électrique. 5. Microphone à conduction osseuse conforme à la première revendication, 20 dans lequel ladite matière élastique est choisie dans le groupe des caoutchoucs au silicone ou au butyl.