Brevet FR2111759A1 — publié le 19720609

i 2111759 La présente invention concerne des perfectionnements aux transducteu électro-acoustiques et, plus particulièrement, aux microphones à gradient de pression. L'invention prévoit un microphone à gradient de pression réalisé à 5 l'aide d'un élément transducteur constitué par un disque piézo-ëlectrique monté à l'intérieur d'un cylindre creux, les faces principales du disque étant perpendiculaires à l'axe longitudinal du cylindre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exerrple non limitatif, en se reportant aux figures 10 annexées qui représentent : - la figure 1, une vue de côté en coupe d'un microphone conforme à l'invention ; - la figure 2, une vue de côté en coupe d'une variante du microphone de la figure 1 ; 15 - la figure 3, une vue de côté en coupe d'une autre variante du microphone de la figure 1 ; - les figures 4, 5 et 6, différentes réalisations de l'élément transducteur en forma de disque piézo-ëlectrique incorporé dans le microphone à gradient de pression de l'invention. 20 Dans les trois différentes réalisations, un élément transducteur constitué par tin disque piézo-ëlectrique 1 est monté coaxialement dans un cylindre creux 2, ses faces principales étant perpendiculaires à l'axe longitudinal 3 du cylindre 2. Sur les figures 1 et 2, la longueur du cylindre 2 est égale à une 25 à quatre fois son diamètre, qui est, par exemple, de 9,5 irm, et l'élément transducteur 1 aun diamètre de 6,5 irm et une épaisseur d'environ 125 ym. Les deux réalisations' représentées par les figures 1 et 2 ont les mêmes dimensions et les mêmes performances. Les deux faces de 1'élément transducteur 1 sont â l'air libre, pour la bande de fréquences vocales, et le 30 transducteur est monté coaxialement à l'intérieur du cylindre creux 2 àu moyen d'un mince joint circulaire 4 (figure 1) en caoutchouc souple, ou en toute autre matière analogue, qui scelle l'élément 1 autour de la paroi interne adjacente du cylindre 2 sans toutefois le serrer sur celle-ci. Selon une variante, carme représenté par la figure 2, l'élérrent 1 35 est monté sur me gaze raide 5 d'une finesse de maille correspondant environ au numéro 100, par exeirçle une gaze en nylon, tendue en travers dans le cylindre 2 et fixée à sa périphérie. Avec os montage, la fuite acoustique entre le bord de 1'élément transducteur 1 et la face interne du cylindre 2 présente une faible impédance acoustique. 40 A la place d'une gaze, on peut encore utiliser une merrbrane pleine COPY. 71 37268 2 2111759 en matière analogue au caoutchouc. L1élément transducteur 1 est très sensible aux vibrations mécaniques, et les deux variantes de montage décrites précéderrrnent assurent me bonne réduction des vibrations mécaniques entre le cylindre-support et 5 l'élément transducteur 1. Dans la réalisation représentée par la figure 3, le cylindre creux 2 a la même longueur que dans les deux réalisations précédentes mais son diamètre a été augmenté, par exemple 25 mm pour m élément transducteur de 6,5 mm de diamètre. Un diaphragme sensible aux sons 6, monté coaxialement dans 10 le cylindre 2 et fixé tout autour de sa paroi interne, est relié en son centre à l'élément transducteur 1 au moyen d'une broche de commande 7, l'une des extrémités de la broche étant fixée au diaphragme 6 et l'autre extrémité à me face principale de l'élément 1. La sensibilité du dispositif de la figure 3 est accrue vis-à-vis 15 de la parole si l'an ajoute en bordure m contrepoids 18. L'élément transducteur lui-même a me fréquence de résonance qui, en raison de sa petite taille, est supérieure aux fréquences vocales. Cette fréquence de résonance est abaissée jusqu'à l'extrémité supérieure de la garnie des fréquences vocales si l'on ajoute un contrepoids approprié. 20 Dans chacune des réalisations représentées par les figures 1, 2 et 3, des conducteurs 8 relient l'élément transducteur aux bornes 9 qui traversent la paroi du cylindre 2 afin de permettre le raccordement extérieur. L1 élément transducteur peut être réalisé de trois manières différentes corme représenté par les figures 4, 5 et 6. 25 On voit en se reportant à la figure 4 qu'un mince disque 10 en céramique piézo-ëlectrique (m mélange de titanate de plomb et de titanate de zirconium) cotrporte des électrodes 11 et 12, appliquées sur ses faces principales par évaporation ou par toute autre technique appropriée. Le matériau servant à réaliserles électrodes 11 et 12 peut être par exemple de 30 l'or, de l'argent, ou m alliage de nickel et de chrome, en contact étroit avec la surface du disque. Après application des électrodes, on polarise le disque en le soumettant, par l'intermédiaire de ces dernières, à me tension de l'ordre de 25 kV par cm d1 épaisseur du disque, de sorte qu'une différence de potentiel apparaît entre les électrodes lorsqu'on tend le disque radialement. 35 Chaque électrode 11 et 12 couvre la totalité de la surface principale correspondante du disque 10, presque jusqu'à sa périphérie. Après avoir fixé les fils conducteurs 8a et 8b, on relie mécaniquement le disque 10, face à face et au moyen par exemple de résine époxy, à m mince disque flexible 13 en aluminium, en laiton, ou en fer au nickel, par exemple du Permallqy D, ayant 40 environ la même épaisseur (55 pm) que le disque piézo-ëlectrique 10 et offrant 71 37268 3 2111759 la même rigidité acoustique que celui-ci. Le disque ÎO est aussi fin que pratiquement réalisable, soit environ de 50 à 60 ijm. Le disque ccitposé 10, 13 constitue, avec les électrodes 11 et 12 et les fils conducteurs 8a et 8b, l'élément transducteur du microphone de 5 l'invention. A la place de relier le disque piëzo-électrique 10, muni d'électrodes et polarisé, à un disque de métal, on le relie à un deuxième disque analogue ayant à peu près la même épaisseur et la même rigidité acoustique, également muni d'électrodes et polarisé. 10 Cet élénent est représenté par la figure 5. Le deuxième disque de céramique piézo-ëlectrique 14 (un mélange de titanate de plonfo et de titanate de zirconium) comporte des électrodes 15 et 16 appliquées sur ses faces principales au moyen par exemple d'une technique d'ëvaporation. Le matériau constituant les électrodes est, par exenple, de l'or, un alliage 15 nickel-chrome ou de l'argent, en contact étroit avec la surface du disque. Après application des électrodes 15 et 16, on polarise le disque 14 en le soumettant,par l'intermédiaire desdites électrodes,à une tension de l'ordre de 25 kV par cm d'épaisseur du disque. Le disque polarisé 14 est relié face contre face au disque 10 de 20 façon que les électrodes adjacentes de chaque disque soient électriquement reliées. Le disque 14 peut être relié au disque 10 de manière que les polarités respectives des deux disques soient opposées (figure 5). Dans ce cas, deux fils conducteurs 8a et 8b sont respectivement connectés aux deux électrodes externes afin d'assurer le raccordement extérieur. 25 Selon une variante, le disque 14 peut être relié au disque 10 de façon que les polarités respectives des deux disques soient les mêmes (figure 6). Dans ce cas on prévoit trois fils conducteurs : le fil 8a relié à l'électrode 11, le fil 8b relié aux électrodes ccrnnunes 12 et 16, et le fil 8c relié à l'électrode 15. Les fils 8a et 8c sont reliés avant le raccorde-30 ment extérieur. L'un quelconque des éléments transducteurs réalisés comte il vient d'être décrit peut être incorporé dans l'un quelconque des microphones des figures 1, 2 et 3, et l'élément peut être fixé par l'une ou l'autre de ses faces principales â la gaze, à la membrane ou au diaphragme qui liai sert de 35 support. Le microphone des figures 1, 2 ou 3 doit être utilisé très près de la bouche et les "soufflés" accompagnant normalement les émissions de voix produisent une turbulence autour de l'enveloppe cylindrique. Les bruits dus à la turbulence sont largement réduits si l'on prévoit de recouvrir chaque 40 extrémité du cylindre 2 par une gaze fine 17. Ceci a pour première conséquence 71 37268 4 2111759 de réduire la circulation d'air unidirectionnelle venant en impact direct sur l'élément (ou sur le diaphragme) ; de plus, la gaze adoucit les bords aigus générateurs de turbulence. L'élément transducteur des figures 1 et 2 et le diaphragme de 5 la figure 3 sont ocumandés par la différence de pression existant entre les deux faces de 1'élément. Les ondes sonores arrivant à une distance quelconque supérieure à 30 cm produisent une très petite différence de pression dans le disque, ou dans le diaphragme, aux fréquences où la longueur d'onde est impartante par rapport à la distance séparant les faces avant et arrière 10 de l'élément, c'est-à-dire pour toutes les fréquences jusqu'à environ 5000 Hz. Cependant, si on l'utilise très près des lèvres, le micrcphane se trouve dans la zone de propagation sphërique des ondes vocales et l'effet bien connu d'amplification des basses fréquences intervient, faisant s'accroître le gradient de pression au fur et à mesure que la fréquence décroît en dessous 15 de 5000 Hz. Dans ces réalisations, le premier mode de résonance du disque de la figure 1 ou 2, ou bien du montage disque-diaphragme de la figure 3, doit être situé dans la gamme supérieure de la bande des fréquences vocales, c'est-à-dire entre 3500 et 6000 Hz pour produire une courbe de répanse 20 uniforme sur la totalité de la bande des fréquences vocales. Par ailleurs, pour conserver une banne réduction des bruits jusqu'à environ 6000 Hz, la distance entre les faces avant et arrière de l'élânent doit être faible et ne dépassera guère ton dixième de la longueur d'une onde de 4000 Hz. Ces exigences sont remplies par les dimensions données précédemment. 25 II est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. f 71 37268 5 2111759 REVENDICATIONS 1. Microphone à gradient de pression caractérise par le fait qu'il corporte un élément transducteur réalisé sous la forme d'un disque piézoélectrique monté à l'intérieur d'un cylindre creux et dont les faces principales sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du cylindre. 5 2. Microphone conforme à la revendication 1, dans lequel le disque est monté à l'intérieur du cylindre au moyen d'un joint circulaire sans fin placé entre le bord du disque et la paroi interne voisine du cylindre. 3. Microphone conforme à la revendication 2, dans lequel le matériau utilisé pour réaliser le joint circulaire est prévu de façon à n'appliquer 10 aucune force appréciable de verrouillage sur le bord du disque. 4. Microphone conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel le joint circulaire est en caoutchouc ou en tout autre matériau similaire. 5. Microphone conforme à la revendication 1, dans lequel le disque est fixé par l'une de ses faces principales dans la zone centrale d'une 15 membrane foraminée fixée par sa périphérie à la paroi interne du cylindre. 6. Microphone conforme à la revendication 1, dans lequel le disque est fixé par l'une de ses faces principales dans la zone centrale d'une membrane pleine fixée par sa périphérie â la paroi interne du cylindre. 7. Microphone conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, 20 dans lequel le disque est situé sur le plan bissecteur transversal du cylindre. 8. Microphone conforme à la revendication 1, dans lequel le disque est fixé par l'une de ses faces, au mcyen d'une broche de ocnmande, dans la zone centrale d'un diaphragma sensible aux sons fixés par sa périphérie à la paroi 25 interne du cylindre. 9. Microphone conforme à la revendication 8, dans lequel le disque est pourvu d'un contrepoids en bordure. 10. Microphone conforme à la revendication 8 ou 9, dans lequel le diaphragme est situé sur le plan bissecteur transversal du cylindre. 30 11. Microphone conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque extrémité du cylindre est recouverte d'une gaze. 12. Microphone conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l'élément transducteur est constitué par un disque piézo-ëlectrique muni d'une électrode sur chacune de ses faces principales, ainsi qu'un 35 deuxième disque de même rigidité acoustique monté face à face avec le disque piézo-ëlectrique. 13. Microphone conforme à la revendication 12, dans lequel le deuxième disque est un disque métallique flexible. 71 37268 6 211-17 59 14. Microphone conforme à la revendication 13, dans lequel le disque métallique est en aluminium, en laiton ou en fer au nickel. 15. Microphone conforme à la revendication 12, dans lequel le deuxième disque est un disque piézo-électrique muni d'une électrode sur 5 chacune de ses faces principales. 16. Microphone conforme à la revendication 15, dans lequel les deux disques piézo-électriques sont polarisés en sens inverse dans l'épaisseur, et dans lequel deux fils conducteurs sont connectés chacun aux deux électrodes externes. 10 17. Microphone conforme à la revendication 15, dans lequel les deux disques piézo-électriques sont polarisés dans le même sens dans l'épaisseur, et dans lequel deux conducteurs sont prévus, l'un connecté aux deux électrodes extérieures et l'autre aux deux électrodes centrales. 18. Microphone conforme à l'une quelconque des revendications 12 à 15 17, dans lequel ledit disque, ou lesdits disques, sont en céramique piézoélectrique. 19. Microphone conforme à la revendication 18, dans lequel la céramique est un mélange de titanate de plcmb et de titanate de zirconium. f