Brevet FR2164605A1 — publié le 19730803

La présente invention concerne un boitier pour transducteur électroacoustique et son utilisation dans les appareils téléphoniques des systemes de communication à modulation par impulsions codées tPCM). La modulation par impulsions codées (PCM) est largement utilisée de nos jours dans le domaine des communications en raison de ces nombreux avantages, par exemple, l'utilisation optimum de la capacité des canaux, l'utilisation de plus en plus importante de circuits intégrés qui peuvent ^etsc fabriqués en série et économiquement, l'aptitude à la détection et à la correction d'erreurs, et l'intégration facile de communications de données, de sons et des signaux vidéo. Des signaux vocaux sont échantillonnés pour.le codage PCM avec une fréquence qui est légèrement supérieure à deux fois la fréquence f qui g doit être préservée ce qui donne comme limite de fréquence supérieure (f5 > 2f ). Chaque valeur d'échantillon est codée, transmise et reconvertie g en une valeur analogique dans le récepteur. Le signal vocal dans le récepteur est donc reconstitué à partir de signaux partiels qui deviennent ainsi disponibles à la fréquence d'échantillonnage. Si la plage de fréquences des signaux transmis et reçus n'était pas limitée, des lobes supplémentaires apparaitraient dans le spectre du signal du récepteur dans une gamme de fréquences pouvant atteindre la fréquence d'échantillonnage tc'est-à-dire pouvant atteindre deux fois le limite de fréquence désirée), ce qui constituerait un signal d'interférence pertubateur. Pour éliminer cet effet dans l'appareil pour communication vocale PCM, on a utilisé-Jusqu'à maintenant des fils électriques pour les fonctions de transmission et de réception, constituant un filtre basse-pas avec des limites de fréquences supérieures, comprises entre la limite des fréquences vocales désirées, généralement égale à 34fil0 Hz et la moitié de la fréquence d'échantillonnage (c'est-à-dire f /2 = 4000 Hz). Cet arrangement élimine s effectivement le bruit produit par l'effet des lobes. Le filtrage électrique présente l'inconvénient majeur d'etre onéreux, en particulier en raison des inductances nécessaires qui ne peuvent pas entre de toutes façons fabriquées en utilisant la technologie des circuits intégrés. L'installation de ces filtres dans tous les combinés téléphoniques n'est donc pas économiquement réalisable si bien que le codage PCM ne pourrait être utilisé que pour la transmission entre centraux téléphoniques. Un objet de la présente invention est de réaliser un dispositif et une méthode permettant d'obtenir d'une manière simple le filtrage dans les combinés téléphoniques. On connait dans l'art antérieur la maniere de modifier la caractéristique de fréquence dans les combinés téléphoniques en donnant une forme particulière aux transducteurs électro-acoustiques (microphone, écouteur) ou aux cavités entières entourant ceux-ci. Cette méthode est particulièrement utilisée pour étendre ou limiter la gamme de fréquences ou pour aplanir la courbe de réponse en fréquences dans la gamme de fréquences désirées, c'est-àdire pour la compensation des effets de résonances. Un autre objet particulier de la présente invention est de présenter une solution pour le filtrage acoustique permettant malgré une réponse en fréquences uniforme pouvant atteindre la limite désirée, d'obtenir une dimi- nution rapide après cette limite avec des moyens simples si bien que la gamme de fréquences au-dessus de la moitié de la fréquence d'échantillonnage peut être effectivement supprimée. La présente invention concerne un boitier pour transducteur électroacoustique, en particulier pour appareils téléphoniques, comprenant une première cavité entre ledit transducteur électro-acoustique et un couvercle formant partie du boitier, ladite première cavité raccordant le transducteur à l'extérieur au travers d'ouvertures dans ledit couvercle, qui est caractérisé en ce que, en rapport avec ladite première cavité, on a prévu une deuxième cavité constituant un résonateur Helmholtz absorbant-le son à sa fréquence de résonance. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1A est une représentation schématique d'un boitier classique pour transducteurs électro-acoustiques de combinés téléphoniques; La figure 15 est un schéma du circuit électrique équivalent du boitier de la figure 1A; La figure 2A est une représentation schématique d'un boitier pour transducteurs électro-acoustiques de combinés téléphoniques selon la présente invention i La figure 25 est un schéma du circuit électrique équivalent- pour le boitier de la figure 2A; La figure 3 est un couvercle de boitier conçu selon la présente invention correspondant à la figure 2A pour une capsule d'écouteur classique;; La figure 4 présente des courbes de réponses en fréquences mesurées à l'écouteur pour un boitier classique et pour le boitier de la présente invention. Une vue en coupe d'un boitier classique pour une capsule d'écouteur téléphonique est représentée schématiquement à la figure 1. Le diaphragme 11 est disposé dans une capsule 13 qui à son our est maintenue en place et protégée mécaniquement par le couvercle 15. A l'avant du diaphragme 11, on trouve une cavité 17 qui est fermée pa une paroi 19. Cette paroi cohorte une ou pluturs ouvertures 21. Le ^3uvercls forme à l'avant de la capsule 13 une autre cavité 23 qui peut communiquer avec l'extérieur au travers d'une ou de plusieurs ouvertures 25. La figure 18 représente le circuit électrique équivalent de l'ensemble décrit ci-dessus. Les cavités 17 et 23 sont des élasticités acoustiques représentées par les capacités 17' et 23' les ouvertures 21 et 25 sont des masses acoustiques représentées par des inductances 21-' et 25'. On a essayé d'obtenir un comportement en fréquence uniforme dans la plage habituelle (O ... 3400 Hz) en donnant une forme appropriée aux cavités. Cependant, dans la région située un peu au-dessus de la limite de fréquence, la pente de la courbe n'est pas aussi aigue que souhaitable. Donc une partie considérable du signal de bruit dans la gamme de fréquence au-dessus de la moitié de la fréquence d'échantillonnage est reproduite par les dispositifs classiques actuellement en utilisation. Une amélioration significative par rapport à ce cas est obtenue par les boitiers de la présente invention présentée schématiquement à la figure 2A. Le transducteur comporte un diaphragme 27 et est enfermé par une capsule 29. La capsule écouteur représentée à la figure 2A est pratiquement similaire à celle représentée à la figure 1A (à nouveau, on peut noter que toutes les indications énoncées sont également valables pour un microphone). La capsule est maintenue en place et protégée par un couvercle 31 dont la fente extérieure est pratiquement identique à celle du couvercle 15 dans la figure 1A. Entre le diaphragme et la paroi 35, on trouve une cavité 33 et la paroi 35 présente des ouvertures 37. Cette caractéristique correspond également à celle du dispositif présenté à la figure 1A (seule la position des ouvertures est légèrement différente). La différence essentielle réside dans la forme de la surface intérieure du couvercle 31. Une cavité 43 et une ouverture 45 (ou plusieurs ouvertures) sont également prévues dans ce cas. Cependant, une cavité fermée 49 supplémentaire Cou plusieurs cavités) est prévue et connectée à la cavité principale 43 par le canal étroi 47. Cette cavité 49 constitue un résonateur d'Helmholtz qui est conçu de telle façon que sa fréquence de résonance est égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage PCM. Les résonateurs d'Helmholtz ont un facteur Q élevé particulièrement utile dans ce cas étant donné que la pente de la courbe de réponse en fréquences doit etre très aigue de façon que l'influence dans la bande passante soit réduite à un minimum. Le circuit électrique de la réalisation de l'invention est représenté à la figure 28 Les cavités 33, 43, 49 constituant des élasticités acoustiques qui correspondent aux capacités 33', 43' et 49' les ouvertures 37, 41, 45, 47 sont représentées par les inductances 37', 41', 45' et 47' en raison de leur effet en tant que masse. Dans la figure 25, on peut voir clairement que les résonateurs d'Helmholtz font fonction de moyen d'absorption ou de dérivation pour les fréquences données tandis que les autres parties de l'ensemble ont des propriétés essentiellement classiques. Le résonateur d'Helmholtz peut être simplement réalisé dans les couver de cles plastiques habituels des capsules d'écouteurs (ou/microphones) respectivement. Un exemple est représenté à la figure 3. La capsule d'écouteur est référencée 51, le couvercle 53. Spul le boitier extérieur de la capsule de l'écouteur est représenté et non son contenu (diaphragme, etc..). La capsule de l'écouteur comporte une paroi de recouvrement 55 comportant des ouvertures 57 (correspondant aux parties 35 et 37 de la représentation schématique de la figure 2A). Le flux sonore atteint l'oreille par la cavité 61 (correspondant à la cavité 43 dans la figure 2A) et par les ouvertures 63 dans le couvercle en plastique (correspondant à 45 dans la figure 2A). La saillie intérieure en forme d'anneau 59 forme un canal étroit 65 auquel est raccordé un évidement annulaire 67, complété par une autre saillie en forme d'anneaux 69: l'ensemble de ces éléments fonctionne comme un résonateur d'Helmholtz (correspondant aux parties 47 et 49 de la figure 2A). Il est évident que ces couvercles de boitier selon la présente invention peuvent être fabriqués facilement en grande quantité de la même manière que les couvercles classiques actuellement en utilisation. Une seule modification de la forme ainsi qu'éventuellement des capsules d'écouteurs (ou de microphone] utilisées est nécessaire. La conception du résonateur d'Helmholtz est calculée selon des règles connues qui sont indiquées brièvement de la manière suivante: Fréquence de résonance Masse acoustique : MH g Q où densité de l'air g = 1,113 kg/m3 Longueur de la Q = séleotionable masse Section de la masse F = sélect ionab le Elasticité acoustique où Volume de la cavité V = sélectionnable Rapport de la chaleur spé cifique du gaz à pression constante et de la chaleur spécifique à volume cons tant + = 1.4 (pour l'air) Pression de l'air PO 10S N/m2 Les dimensions suivantes peuvent être choisies pour un résonateur Helmholtz ayant une fréquence de résonance de 4 kHz. Section de l'ouverture F = 25 mm Longueur de l'ouverture ss = 2 mm 3 Volume de la cavité V = 2,4 cm La figure 4 présente les courbes de réponse en fréquence d'un écouteur de téléphone pour deux ensembles boitier différents. A = avec un couvercle classique; B = avec un couvercle réalisé selon la présente invention. Les courbes ont été mesurées avec une oreille artificielle. La différence des deux valeurs des réponses à la limite de fréquence (3400 Hz) et à une fréquence qui est plus élevée de 1 kHz, peut être augmentée d'approximativement 15 dB à l'aide de l'invention. Ainsi, l'invention permet avec des moyens simples de réduire considérablement par filtrage acoustique, le signal de bruit qui est généré par les lobPs qupplXmentaires du spectre dans la transmission PCM. En raison de l'élimination des filtres électriques, on réalise une diminution de l'importance de l'équipement nécessaire pour la transmission PCM, qui devrait s'étendre Jusqu'aux terminaux appareil téléphonique). Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Boitier destiné à loger un transducteur électro-acoostique contenu dans une capsule ayant une ou plusieurs ouvertures pour le flux sonore, ce boitier comportant un couvercle définissant avec la paroi de la capsule- percée d'ouvertures, une première cavité reliant le transducteur à l'extérieur par l'intermédiaire d'ouvertures prévues dans le couvercle, caractérisé en ce qu'il comporte: au moins une seconde cavité définie à l'intérieur de la première et constituant un résonateur d'Helmholtz pour absoroer Ie son à sa fréquence de résonance, ltouverture de cette seconde cavité étant proche d'au moins une ouverture de la capsule contenant le transducteur. 2.- Boitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde cavité dt l'ouverture du résonateur Helmholtz sont en:forme d'anneaux coaxiaux. 3.- Boitier selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le couvercle est adapté de façon à maintenir le transducteur en position, et le résonateur d'Helmholtz est formé par deux saillies en forme d'anneaux ménageant entre 'elles un évidement également en forme d'anneau, les dimensions relatives de ces saillies étant telles que la saillie extérieure repose sur la capsule du transducteur et qu'un canal étroit subsiste entre la saillie intérieure et la cppsule du transducteur, ce canal formant l'ouverture du résonateur d'Helmholtz dont la cavité est constituée par l'évidement. 4.- Boitier selon la revendication 3 caractérisé en ce que la saillie intérieure est disposée en face des ouvertures de la capsule du transducteur électro-acoustique. I 5.- Boitier selon l'une quelconque des revendications précédentes caracté risé en ce que: le transducteur électroZacoustique est constitué par un des transducteurs au moins d'un combiné téléphonique faisant partie d'un système de communica tion dans lequel les signaux vocaux sont transmis en modulation par impul sions codées PCM; et la fréquence de résonance du résonateur Helmholtz est égale approximativement à la moitié de la fréquence d'échantillonnage PCM.