Brevet FR2134028A1 — publié le 19721201

I 2134028 La présente invention concerne un microphone auriculaire, c'est-à-dire un appareil conçu pour s'adapter sur l'oreille humaine externe et contenant un transducteur électro-acoustique dont l'excitation est due aux vibrations acoustiques transmises par 1'intermédiairedfe la tête de 5 l'utilisateur du microphone,dans l'air contenu â l'intérieur de son canal auditif. Un microphone réalisé conformément à la présente invention se compose d'un pavillon conçu pour être placé sur la tête de l'utilisateur en recouvrant complètement son oreille externe afin de constituer entre le 10 tympan de l'utilisateur et la paroi interne du pavillon une cavité d'air substantiellement protégée de toute vibration acoustique qui ne traverse pas la tête de 1'utilisateur, une membrane à transparence acoustique qui est fixée à l'intérieur du pavillon de façon à diviser ladite cavité d'air en une partie interne, allant de la membrane au tympan de l'utilisateur», et une partie 15 externe, allant de la membrane à la paroi interne du pavillon, et une capsule microphonique à gradient de pression qui peut être excitée par l'énergie acoustique de parole transmise à l'intérieur de ladite cavité par l'intermédiaire de la tête de l'utilisateur, et qui est montée dans la membrane hors de tout contact avec ledit pavillon et en couplage acoustique avec les deux 20 parties de ladite cavité d'air. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en sereportant aux figures annexées qui représentent : - la figure J, une coupe en élévation d'un appareil microphonique 25 conforme à l'invention, dans laquelle la partie de la tête de 1'utilisateur voisine de l'appareil est indiquée par des tirets ; - la figure 2, une coupe agrandie, en élévation, de la capsule microphonique à gradient de pression utilisée dans l'appareil de la figure 1 j - la figure 3, un schéma du transducteur à disque piëzo-électrique 30 utilisé dans la capsule microphonique. On se reportera à la figure J sur laquelle on peut voir que le pavillon du microphone auriculaire se compose d'une enveloppe extérieure én pôlyuréthane durci 10, affectant la forme d'une calotte sphérique de dimension suffisante pour que, placée sur la tête de l'utilisateur, elle recouvre 35 parfaitement l'oreille externe 21. L'enveloppe 10 est munie d'un joint JJ empli de liquide ou de -mousse plastique, qui l'adapte étroitement à la tête 20, Une couche molle de mousse de polyester 12 est fixée à la surface intérieure de l'enveloppe 10, et une plaque intérieure de pôlyuréthane durci 13, en forme de petite calotte sphérique est fixée à la surface libre de la couche molle 40 de mousse 12. 72 14203 2 2134028 Lorsqu'il est placé sur la têtre de 1 Utilisateur, par-dessus l'oreille externe, ce pavillon circonscrit entre sa paroi interne 13 et le tympan de l'utilisateur 22 une cavité d'air dont tout son non transmis par l'intermédiaire de la tête de l'utilisateur est efficacement exclus. 5 L'atténuation des sons transmis par l'air ambiant est en effet assurée par l'enveloppe extérieure 10, la couche molle 12 et la calotte sphérique interne 13 dont les impédances acoustiques sont en série. Une capsule microphonique à gradient de pression 30 est montée au centre d'une feuille de crêpe de nylon 14, fixée à la base de l'enveloppe JO extérieure 10 ; ainsi, la capsule 30 est montée sans être en contact direct avec le pavillon. La feuille 14 constitue une membrane qui divise la cavité d'air circonscrite par le pavillon en une partie interne allant jusqu'au tympan 22 de l'utilisateur et une partie externe allant jusqu'à la calotte intérieure 13 du pavillon. La feuille de crêpe de nylon 14, outre le fait J5 qu'elle permet un montage facile de la capsule microphonique 30, possède deux propriétés importantes, d'une part, elle est acoustiquement transparente et, d'autre part, elle est capable de se déformer d'une façon uniforme dans toutes les directions, sur toute sa surface. La transparence acoustique de la feuille de crêpe de nylon 14 permet que l'énergie du son de la voix de l'utilisateur, 20 venant de sa bouche et de ses cavités nasales et conduite par 1'intermédiaire de sa tête dans le canal auditif 23, établisse un champ acoustique à direction diffusée dans l'ensemble de la cavité d'air existante entre le tympan de l'utilisateur 22 et la structure interne du pavillon. La propriété de distorsion uniforme de la feuille de crêpe de nylon 14 permet de la placer sur le 25 pavillon de telle manière qu'au cours de l'emploi elle soit très près de l'oreille externe ou même en contact avec elle, selon l'utilisateur ; comme la feuille 14 n'est pas tendue par un tel contact avec l'oreille externe, la capsule 30 n'a aucune tendance â résonner. Ainsi, en raison de ses dimensions réduites sur lesquelles on reviendra dans la suite de la description, 30 la capsule microphonique 30 est maintenue dans l'oreille externe de l'utilisateur exactement en face et très près de la sortie du canal auditif 23. La capsule microphonique 30 est creuse et comporte une paroi perforée 31 de part et d'autre de la membrane 14, si bien qu'il est couplé acoustiquement avec les deux parties interne et externe de la cavité d'air. 35 Un élément transducteur à disque piézo-électrique 32 est monté dans la capsule. Les grandes surfaces de l'élément transducteur 32 et les parois perforées 31 de la capsule sont parallèles à la membrane 14. La capsule 30 est protégée du bruit ambiant, c'est-à-dire des sons non transmis par la tête de l'utilisateur, surtout par l'effet d'atténuation 40 du pavillon décrit précédemment. Cependant, le dispositif comporte deux autres 72 14203 3 2134028 particularités qui renforcent encore la protection contre le bruit ambiant dont bënificie la capsule microphonique 30. En premier lieu, la calotte sphérique résistante intérieure 13 réduit l'absorption des sons de la voix de l'utilisateur par la couche molle 12, dans le voisinage immédiat de la 5 capsule microphonique 30. En second lieu, le fonctionnement par gradient de pression de la capsule microphonique 30 lui donne une sensibilité aux bruits d'origine relativement éloignée qui est inférieure de 10 db à celle qu'il offre aux sons de parole proches, par comparaison à un microphone à pression de type courant placé dans les mêmes conditions. JO En se reportant maintenant à la figure 2, qui représente en détail la capsule mcrophonique 30, on remarque que cette capsule affecte la forme d'un cylindre creux dont la longueur est approximativement équivalente au diamètre, par exemple 9,5 mm, le diamètre de l'élément transducteur 32 étant alors de 6,35 mm et son épaisseur d'environ 0,J25 mm. J5 L'élément transducteur 32 est monté au centre de la capsule 30 sur une gaze de textile fortement tendue 33 de maille 100, de préférence une gaze de nylon, placée à l'intérieur de la capsule 30 et fixée fermement sur sa périphérie. L'élément transducteur 32 est très sensible aux vibrations mécaniques, c'est pourquoi le montage sur gaze est utilisé pour assurer une 20 bonne atténuation des vibrations mécaniques entre la capsule 30 et l'élément 32 j en outre, la fuite acoustique entre l'élément transducteur 32 et la surface intérieure de la capsule 30 est faible. Les conducteurs 34 de l'élément transducteur sont amenés aux bornes 35 qui traversent la paroi de la capsule 30. 25 La construction de l'élément transducteur 32 est maintenant décrite de façon plus détaillée en se reportant à la figure 3. Un disque mince 320 de céramique piézo-électrique (zirconate et titanate de plomb) comporte des électrodes 321 et 322, qui sont déposées par évaporation sur ses surfaces principales. Les électrodes 321 et 322 sont par exemple en or, 30 en acier au nickel-chrome ou en argent, et en contact intime avec la surface du disque. Après le dépôt des électrodes, le disque est polarisé par application d'une tension électrique de l'ordre de 25 kV par cm dans le sens de l'épaisseur du disque, afin qu'une différence de potentiel apparaisse ensuite entre les électrodes lorsque le disque sera soumis à une contrainte radiale. 35 Les électrodes 321 et 322 couvrent la totalité des surfaces du disque, jusqu'à sa périphérie ; après fixation des conducteurs 34a et 34b, le disque est collé mécaniquement, par exemple par une résine époxy, face contre face avec un disque fin de métal flexible 323, par exemple en aluminium, en laiton ou en ferronickel, ayant une épaisseur de 0,05 mm, c'est-à-dire 40 assez voisine de celle du disque piézo-électrique 320, et ayant une rigidité 72 14203 4 2T34028 acoustique égale à celle, du disque 320» Le disqas- piéacr-èîecfcrrqrre 320 est aussi mince que possible, de 0,05 mm â 0,06 mm. L'ensemble des deux disques 320, 323, associé aux électrodes 321 et 322, et aux conducteurs 34a et 34b,constitue l'élément transducteur 5 à disque piézo-électrique 32 de la capsule mi.crophoni.que. L'élément 32 est actionné par la différence de pression existant entre ses deux faces. En revenant maintenant à la figure 1, on remarque que des ondes sonores arrivant à une distance sensiblement supérieure à 25 centimètres ne créent qu'une très petite différence de pression star le disque 32 à des 10 fréquences dont la longueur d'onde est importante par rapport â la distance entre les surfaces postérieures et antérieures, c'est-à-dire pour toutes les fréquences inférieures â 5000 Hz. Cependant, dans la disposition représentée sur la figure 1, le disque 32 de la capsule microphonique fonctionne comme si le son de la parole de l'utilisateur provenait d'une source virtuelle située 15 à l'extrémité extérieure du canal auditif 23. Ainsi, le gradient de pression agissant sur le disque 32 varie d'une manière inversement proportionnelle à la fréquence dans la gamme inférieure à 5000 Hz, et le microphone reproduira la parole de l'utilisateur avec une forte accentuation des sons les plus graves. 20 Cette accentuation effective des basses fréquences du spectre de parole de l'utilisateur est augmentée par la disposition représentée sur la figure 1, car les hautes fréquences de conversation sont atténuées dans une plus large mesure que les basses fréquences dans la transmission par l'intermédiaire de la tête de l'usager. La capsule microphonique 30 est reliée par des 25 conducteurs 15 à un amplificateur 16 monté sur la face.interne de l'enveloppe extérieure 10 du pavillon et relié par les conducteurs 17 aux bornes 18 traversant ladite enveloppe extérieure pour servir au raccordement externe. Cet amplificateur a une courbe de réponse en fréquence dont le profil corrige l'atténuation relative des hautes fréquences due aux raisons précédemment 30 indiquées, sa pente étant de 6 à 12 décibels par octave. La construction et le montage de l'élément transducteur 32 dans la capsule 30, selon les modalités décrites en se reportant aux figures 2 et 3, assure que le premier mode de résonnance du disque se situe dans le registre supérieur de la bande des fréquences vocales, entre 3500 et 6000 Hz, pour donner 35 une réponse plate sur toute la bande des fréquencesvocales. En outre, la forme et les dimensions de la capsule 30 et de ses parois perforées. 3.1 lui confèrent les caractéristiques d'un filtre passe-bas, éliminant ainsi les bruits de fréquences supérieures à 4000 Hz qui réduiraient l'intelligibilité de la parole. - ' 72 14203 5 2134028 REVENDICATIONS 1. Microphone auriculaire caractérisé par le fait qu'il se compose d1un pavillon conçu pour être placé sur la tête de l'utilisateur en recouvrant complètement son oreille externe afin de constituer entre le tympan de l'utilisateur et la paroi interne du pavillon une cavité d'air substantiel-5 lement protégée de toute vibration acoustique qui ne traverse pas la tête de l'utilisateur, une membrane à transparence acoustique qui est fixée à l'intérieur du pavillon de façon à diviser ladite cavité d'air en une partie interne, allant de la membrane au tympan de l'utilisateur, et une partie externe, allant de la membrane à la paroi interne du pavillon, et une capsule 10 microphonique à gradient de pression qui peut être excitée par l'énergie acoustique de parole transmise à l'intérieur de ladite cavité par l'intermédiaire de la tête de l'utilisateur, et qui est montée dans la membrane hors de tout contact avec ledit pavillon et en couplage acoustique avec les deux parties de ladite cavité d'air. 15 2. Microphone auriculaire conforme à la revendication 1, dans lequel lès dimensions de la capsulé microphonique et son emplacement sur la membrane, d'une part, et la fixation de la -membrane sur le pavillon, d'autre part» sont conçus respectivement de façon que", lorsque ledit pavillon est correctement placé sur l'oreille de l'utilisateur, ladite capsule se trouve dans l'oreille 20 externe exactement en face du canal auditif, et ladite membrane est située très près de l'oreille externe ou même en contact avec elle, selon la morphologie de l'utilisateur, ladite membrane étant fabriquée en un matériau qui peut se déformer uniformément dans toutes les directions et n'étant donc pas tendue par un tel contact. 25 3. Microphone auriculaire conforme aux revendications 1 et 2, dans lequel ledit pavillon comprend une enveloppe extérieure rigide, une couche de matière molle sur la surface intérieure de ladite enveloppe et une coupole sphérique intérieure sur ladite couche molle, ces trois éléments étant disposés de manière à agir en série pour atténuer les sons extérieurs, et 30" ladite coupole sphérique intérieure étant en outre adaptée pour empêcher la couche molle d'absorber l'énergie acoustique produite près de la capsule microphonique par la voix de l'utilisateur. 4. Microphone auriculaire conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la capsule microphonique à gradient de pression est une 35 capsule creuse comportant une paroi perforée de chaque côté de ladite membrane, et contenant un élément transducteur à disque piézo-électrique. 5. Microphone auriculaire conforme â la revendication 4, dans lequel les plus grandes surfaces de l'élément transducteur et les parois perforées 72 14203 6 2134028 de la capsule sont parallèles. 6. Microphone auriculaire conforme aux revendications 4 et 5, dans lequel l'élément transducteur comprend un disque piézo-électrique muni d'une électrode sur chacune de ses surfaces principales et un second disque d'une 5 rigidité acoustique équivalente fixé face à face avec le disque piézoélectrique. 7. Microphone auriculaire conforme â la revendication 6, dans lequel le disque piézo-électrique est en matériau céramique du type zirconate et titanate de plomb. 10 8. Microphone auriculaire conforme à l'une quelconque des revendica tions précédentes, dans lequel un amplificateur à gain décroissant avec la fréquence est monté dans ledit pavillon et connecté audit transducteur à disque piézo-électrique.