Brevet FR2246150A1 — publié le 19750425

La présente invention est relative aux transducteurs électrostatiques et c'est un objet de la préserte invention de permettre l'accroissement de la capacité de la puissance admissible d'un transducteur électrostatique. Un procédé pour accroitre la capacité de puissance admissible d'un transducteur électrostatique consiste à combiner un certain nombre d'éléments detransducteur pour former une seule unité-ayant la sortie de puissance requise. Cependant, si le nombre d'éléments, et, plus particulièrement, les dimensions horstout de l'unité sont accrus au-delà d'une certaine limite les propriétés acoustiques de l'unité ont tendance à se détériorer. En particulier, dans le cas de haut-parleurs électrostatiques, il est souhaitable que le haut-parleur complet soit incurvé en au moins un plan. Dans ce but, un certain nombre d'éléments transducteurs sont disposés côte- -côte dans un cadre incurvé. Cependant, un tel agencement réduit la directivité dans un plan unique et des problèmes de construction surgissent si on tente d'agencer les éléments de telle manière que la surface rayonnante soit incurvée en plus d'un plan. En supposant que les dimensions maximales satisfaisantes pour un certain haut-parleur aient été atteinte, la- capacité de puissance admissible peut être accrue en permettant la tension de polarisation et à la tension de signal d'être accruessans que se produisent de claquages électriques.Ceci peut être obtenu par exemple de -la manière suggérée dans le brevet britannique nO 1 239 658. I1 y est revendiqué un haut-parleur électrostatique comprenant deux plaques perforées en un matériau électriquement isolant sensiblement rigide réunies l'une à l'autre avec espacement et chacune comprenant une surface conductrice-sur le côté tourné à l'écart de l'autre plaque, un diaphragme en matériau flexible isolant revêtu d'un matériau électriquement rés9s- tant, fixé entre lesdites plaques et chacune desdites surfaces conductrices étant perforées pour correspondre à la plaque respective perforée le diamètre de chaque trou sur chaque surface conductrice étant plus grand que le diamètre, ou diamètre minimum du trou correspondant sur la plaque respective. La présente invention est fondée sur le fait qu'il est connu que le claquage entre le diaphragme et l'une des électrodes stationnaires est susceptible de se produire en résultat de l'addition d'un pic de la tension de signal à la tension de polarisation. De tels pics se produisent relativement rarement, mais du fait que tout claquage survenant entre l'électrode stationnaire et le diaphragme est susceptible de provoquer des dommages permanents à un ou sur deux de ses éléments, un transducteur de modèle connu fonctionnera bien en dessous de sa pleine capacité de puissance admissible pendant la majeure partie du temps, du fait que la tension de signal et la tension de polarisation sont limitées par la' tension de pic dans le but d'éviter le claquage. L'invention a pour objet un transducteur électrostatique comprenant deux électrodes stationnaires espacées perforées et d'un diaphragme flexible situé entre lesdites électrodes espacées, dans lequel des espaces de formation d'étincelles sont prévus pour limiter la tension qui pourraient se créer entre chacune desdites électrodes perforées et ledit diaphragme flexible. De préférence, les espaces de formation d'étincelles sont situés dans le transducteur ou dans son voisinage immédiat et sont ouverts à l'atmosphère. Ainsi tous changements dans l'hu midité relative de l'atmosphère qui pourraient modifier la tension de claquage du transducteur ont un effet correspondant sur les espaces de formation d'étincelles de sorte que le système est auto-compensateur. On doit comprendre que la tension à laquelle se produit une décharge à travers l'espace de formation d'étincelle dépend à la fois de l'espacement et de la forme des électrodês. Dans le but de maintenir aussi constante que possible cette tension d'étincelle auprès le réglage initial des positions d'électrodes, les matériaux cqnstituant les électrodes doivent résister à l'érosion provoquée par les décharges d'étincelle. Comme décrit dans le brevet nO 1 239 658 la tension de claquage entre chaque zone métallique et le diaphragme peut être accrue en revêtant les parties métalliques d'un matériau isolant. Un matériau isolant convenant à cet usage peut être pris parmi les résines époxy qui ont une constante diélectrique élevée et peuvent être sensiblement non conductrice. Ces caractéristiques réduisent l'éventualité de claquage à une tension particulière quelconque mais- ont 1 1inconvénient que la surface extérieure du revêtement est susceptible de se charger électriquement en conséquence de la présence de la tension de polarisation entre le diaphragme et la zone métallique couverte par le revêtement. La nature sensiblement non conductrice du revêtement empêche cette ) A OC charge de fuire, et, par conséquent, le revêtement diminue efficacement la tension de polarisation disponible pour entraîner le diaphragme en liaison avec la tension de signal. Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, chacune desdites électrodes stationnaires est revêtue d'un matériau isolant comportant un agent antistatique. Le terme "agent antistatique" est utilisé ici pour définir une substance chimique qui peut être incorporée dans le matériau de revêtement isolant pour rendre la surface du matériau légère- ment conductrice. Si le matériau de revêtement utilisé est une résine époxy, l'agent antistatique peut être, par exemple une composition tensioactive cationique telle que celle vendue sous la dénomination commerciale de "Armostat 400". On doit comprendre qu'un agent antistatique amène la surface du matériau de revêtement à posséder une résistivité électrique superficielle qui, bien que très élevée, est encore assez faible pour provoquer la fuite de toutes charges induites avant que la tension à laquelle la surface est chargée soit suffisante pour réduire la sensibilité du transducteur. Les agents antistatiques peuvent accroître la conductivité de surface d'un maté- riau de revetement d'une manière permanente et il est souhaitable que la concentration de l'agent antistatique utilisé dans le matériau de revêtement soit telle que la résistivité de surface se situe entre 1,5 x 1Q7 à 1,5 x 1012 ohms par cm carré.Une résistivité particulièrement favorable s'est révélée être de 3 x t0to ohms par cm carré On va maintenant décrire un procédé de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin schématique annexé, dans lequel la figure 1 est une vue frontale en perspective d'une unité de haut-parleur comportant 1'invention, des parties de l'unite étant arrachées pour en montrer l'intérieur, la figure 2 est une vue arrière de 1 'unité représentée dans la figure-l, la figure 3 est une vue en plan d'un assemblage d'espace de formation d'étincelle de l'unité représentée dans les figures I et 2, et la figure 4 est une vue latérale en coupe de 1 t assemblage représenté dans la figure 3. L'unité de haut-parleur représenté comprend onze éléments dè haut-parleur électrostatiques et est constituée d'une plaque arrière perforée 11, d'une plaque avant perforee 12, d'un élé- ment d'espacement arrière 13, d'un élément d'espacement avant 14 et d'un diaphragme 15. Chacune des deux plaques perforées comprend onze zones perforées métallisées, telle que celle repré-' sentée en 16, les zones métallisées de la plaque avant 12 étant interconnectées électriquement par des bandes métalliques telles que celle représentéeen 17, de façon qu'elles soient toutes en contact électrique avec un élément de borne 18.De façon similaire, les zones métalliques 29 de la plaque arrière 11 sont électriquement interconnectées par des bandes métalliques 19, de façon qu'elles soient toutes en contact électrique avec un élé- ment de borne 20 situé en dessous et en alignement avec l'elE- ment de borne 18. On comprendra que lorsque les plaques sont assemblées, les zones métalliques sur chaque plaque sont placées sur le côté tourné à l'écart de l'autre plaque, de façon que les côtés non métallisés soient adjacents. Chacune des plaques est couverte d'un matériau isolant, par exemple, par un procédé d'enrobage ou d'immersion ou au moyen d'une pulvérisation d'un vernis. Le matériau isolant utilisé dans ce but est une résine époxy contenant un agent antistatique comme défini ci-dessus. De préférence, l'agent antistatique est une composition tEnsio-active cationique, telle que celle vendue sous la dénomination commerciale de "Armostat 400". Les deux éléments d'espacement sont des pièces estampées identiques possédant des fenêtres correspondant aux zones métal- lisées et l'élément d'espacement 14 est de préférence fixé à la plaque avant 12 au moyen d'adhésif ou en utilisant le vernis d'enrobage. Dans le cas de l'élément d'espacement arrière, cependant le diaphragme 15 est fixe à lui avant l'assemblage. Le diaphragme consiste de préférence en un matériau en feuille flexible, possédant une épaisseur de l'ordre de O,001 cm. Le matériau peut être, par exemple du chlorure de polyvinyle ou du chlorure de polyvinylidène. Le matériau reçoit un revêtement électriquement résistant des deux côtés de sorte que lasistivité superficielle finale du revêtement se situe entre 1,5 x 106 et 7,5 x 107 ohms par cm carré.Pour permettre à la connexion électrique de s'effectuer aux revêtements sur le diaphragme, une bande de matériau possédant une conductivité supérieure à celle du revêtement résistant est appliquée autour de la périphérie de chaque côté du diaphragme. Ce matériau peut être appliqué par peinture et peut par exemple être un matériau électriquEment résistant tel que celui vendu sous la denomination commerciale de t'Aquadag". En outre un mince élément en feuille de cuivre 24 est enroulé autour du bord du diaphragme en contact avec les bandes conductrices sur les deux côtés du diaphragme et est serré en position par des écrous et boulons 54 et 55.Lorsque l'unité est assemblée, les têtes des boulons 54 et 55 sont logées dans des fentes 56 et 57 situées dans la plaque avant 12 et le contact est établi avec l'élément de cuivre 24 au moyen des écrous et boulons 25 et 26, les têtes des boulons là aussi étant logées dans les fentes 56 et 57. Les têtes des boulons 25 et 26 établissent le contact avec un côte de l'élément en cuivre 24 à travers les trous 27 et 28 dans l'élément d'espacement avant 14, tandis que les écrous associés, qui ne sont pas visibles dans le dessin, établissent le contact avec le côté opposé de l'élément de cuivre à travers des trous similaires dans l'élément d'espacement arrière 13. L'assemblage d'espace de formation d'étincelle est désigné de façon globale par le chiffre de référence 31, représenté en position dans la figure 2, de même que de façon plus détaillée et sur une plus grande échelle danses figures 3 et 4. L'assemblage comprend un cadre32 de matériau de résine synthétique, deux électrodes externes 33 et 34 et deux électrodes internes 35 et 36. Le cadre est moulé avec six trous 37 à 42 et un trou central fraisé plus petit 46. Sur un côté du cadre, qui- est représenté dans la vue en plan de la figure 3, les trous 39 et 40 sont réunis par un renfoncement s'étendant longitudinalement 43, tandis que de l'autre côté, les trous 38 et 39 sont réunis par un renfoncement 44 et les trous 40 et 41 sont réunis par un renfoncement 45. Le cadre 32 est moulé avec les deux électrodes 33 et 34 dans les positions représentées sur le dessin et les électrodes 35 et 36 sont assemblées en position après que le cadre a été enlevé du moule. Chacune de ces deux électrodes comprend une queue en saillie repré- sentée en 47 dans le cas de l'électrode 35 et en 48 dans le cas de l'électrode 36.- Comme on peut le voir sur le dessin chaque électrode est placée avec sa partie arrière, la queue incluse, dans le renfoncement 43 et sa partie avant dans le renfoncement 44 ou 45 suivant le cas Les deux électrodes sont maintenues en position par un joint 49, qui est serré contre les deux queues 47 et 48 par. une vis à tête noyée 50 et un écrou 51. On comprend que l'espacement entre les positions de chaque paire d'électrodes peut être réglé en dessinant l'écrou et le boulon 50, 51 et en déplaçant l'électrode centrale 35 ou 36 de la distance nécessaire. Les bornes 18 et 20 sont sous la forme de boulons relativement longs fixés à l'assemblage de plaques perforées par des écrous qui ne sont pas visibles dans le dessin. Similairement les boulons 25 et 26 constituant les bornes pour le diaphragme sont également re relativement longs et s'étendent à l'arrière de l'unité de*taçon représentée dans la figure 3. Les espacements entre les trous 37, 40 et 42 correspondent aux espacements entre les bornes 20, 26, 25 et 18. En conséquence l'assemblage d'espace de formation d'étincelles 31 peut être placé en position sur ces boulons et fixés au moyen de boulons supplémentaires. Ainsi les électrodes 35 et 36 sont connectées électriquement au diaphragme 15, L'électrode 33 est connéctée aux zones perforées métallisées 16 de la plaque avant 12 et l'électrode 35 est électriquement connectée aux zones perforées métallisées 29 de la plaque arrière 11. En conséquence, il y a un espace de formation d'étincelles 52 électriquement connecté entre les zones métallisées de la plaque avant et le diaphragme et un espace de formation d'étincelles 53 entre les zones métallisées sur la plaque ar rière et le diaphragme. il résulte de la réalisation de ces espaces de formation d'étincelles qu'il est possible d'utiliser une tension de polarisation phs élevée et des tensions de signal de pic plus élevées qu'il né serait possible autrement tout en ne provoquant pas de dommages permanents au diaphragme ou aux zones métallisées des deux plaques. Lorsque une tension de signal de pic telle que la tension totale entre deux des bornes est supérieure à la tension d'ionisation de l'espace de forma- tion d'étincelles respectif survient, une décharge se produit à travers l'espace de formation d'étincelles et empêche la tension de pic d'être appliquée entre le diaphragme et la zone métallisée respective. Comme il a déjà été indiqué il est souhaitable que la tension à laquelle la recharge se produit à travers chaque espace de formation d'étincellg soit maintenue aussi constante que possible dans des conditions-ambiantes particulières-quelconques. Par conséquent, les électrodes sont faites en un-matériau riistant à l'érosion due à des décharges d'étincelles. Un matériau particulier convenant à ce but est un alliage de chrome, d'aluminium,de cobalt et de fer. En particulier une résistance relativement élevée à l'érosion provoque. par étincelles est obtenue si ces constituants sont présents respectivement dans les proportions de 20%,5%,1% et 74%. Un tel matériau est vendu sous la-dénomination commerciale de "Kanthal 'A' n, REVENDICATIONS 1. Transducteur électrostatique, comprenant deux électrodes stationnaires perforées espacées et un diaphragme flexible placé entre lesdites électrodes, caractérisé par le fait que des espaces de formation d'étincelles sont prévus pour limiter la tension qui peut se développer entre chacune desdites électrodes perforées et ledit diaphragme flexible. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les espaces de formation d'étincelles sont ouverts à l'at- mosphère et soit situés à proximité immédiate du transducteur. 3. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les longueurs des espaces de formation d'étincelles sont réglables. 4. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque espace de formation d'étincelles comprend une pre mière électrode moulée dans un cadre de matériau de résine synthétique et une seconde électrode mobile dans ledit cadre par rapport à ladite première électrode et munie d'un moyen de blocage pour maintenir son espacement par rapport à ladite première électrode. 5. Transducteur selon la revendication 4, caracterise par le fait que chacune des électrodes est constituée en un matériau resistant à l'érosion provoquée par les décharges diétincelles. 6. Transducteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque électrode est constituée en un alliage de chrome d'aluminium, de cobalt et de fer. 7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que chacune desdites premières électrodes de l'espace de formation d'etincelles est électriquement connectée à une électrode respective parmi les électrodes perforées du transducteur, et par le fait que lesdites deux secondes electrodes de l'es- pace de formation d'étincelles sont connectées audit diaphragme flexible. 8. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les deux espaces de formation d'etincelles sont agencées dans un cadre unique qui est monté directement sur les bornes connectées auxdites électrodes perforées et audit diaphragme. 9. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits espaces de formation d'étincelles sont situe dans un assemblage comprenant un cadre allongé de matériau de résine synthétique muni de six trous espacés sur sa longueur, lesdits trous étant disposés en deux groupes de chaque côté d'une ligne centrale du cadre et chaque groupe étant constitué d'un trou interne, dtun trou externe et d'un trou intermédiaire entre lesdits trous internes et externes, deux premières électrodes moulées dans ledit cadre, chacune ayant une première partie couvrant un trou respectif des deux trous d'extrémité dans le cadre ainsi qu'une seconde partie pénétrant dans le trou intermédiaire adjacent, et deux secondes électrodes fixées dans ledit cadre, chacune possédant une première partie couvrant un trou respectif des deux trous internes dans le cadre et une seconde partie pénétrant dans le trou intermédiaire adjacént à l'opposé d'une électrode respective desdites premières électrodes. 10. Transducteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'une partie de chacune desdites secondes électrodes est placée dans un renfoncement sur un côté dudit cadre réunissant lesdit deux trous internes, et une autre partie de chacune desdites secondes électrodes est placée dans un renfoncement respectif d'une paire d'autres renfoncements sur le côté opposé dudit cadre et chacune réunissant l'un desdits trous internes au trou intermédiaire adjacent. 11. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacune desdites électrodes perforées est revêtue d'un matériau isolant comportant un agent antistatique. 12. Transducteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit matériau isolant est une résine époxy, et que l'agent antistatique est une composition tensio-active cationique. 13. Transducteur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'agent antisatique accroît la conductivité superficielle dudit matériau isolant de façon telle que la résistivité superficielle se situe entre 1,5 x 107 à 1,5 x 1012 ohms par cm carré.