Brevet FR2360299A1 — publié le 19780303

La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de protection du système auditif contre les champs acoustiques indésirables. De tels champs acoustiques peuvent être à réduire ou supprimer, soit lorsqu'ils se superposent à un message acoustique utile reçu par un moyen électro-acoustique, dont par leur présence parasite ils compromettent l'exploitation, soit lorsque leur niveau de puissance est tel qu'ils peuvent déterminer des dégradations -plus ou moins graves du système auditif. En pratique, l'amélioration de la réception de messages en télécommunication en milieu bruyant, ainsi que la protection contre les traumatismes auditifs, sont généralementobtenuespar utilisation d'une paire de cavités rigides englobant respectivement les oreilles, appliquées avec une pression suffisante pour réaliser une bonne étanchéité. Ces deux cavités sont en général réunies ensemble par un organe d'accouplement, assurant de plus la pression d'application nécessaire, l'ensemble prenant alors le nom de "casque". Le mot casque sera ci-après employé dans le sens le plus large; il peut être par exemple constitué par un arceau élastique passant par dessus,par derrière, ou devant la tête,et réunissant les deux cavités antibruit, ou être constitué par une coiffe supportant les deux cavités, ou par tout autre dispositif de même fonction. Cependant, en raison des diverses morphologies des utilisateurs, il est habituel de placer sur le pourtour de chaque cavité un anneau déformable, assurant une bonne étanchéité acoustique,tout en répartissant aussi uniformément que possible, sur la eonecircum aurale, la pression de serrage du casque. De tels anneaux, qui dans la suite seront désignés sous le nom de coussins,sont le plus souvent constitués d'une enveloppe,en matière plastique souple ou en peau d'origine animale, remplie d'une matière plastique alvéolaire à souplesseélevée, telle que la mousse de plastique. Ce type de coussin présente l'inconvénient, lorsqu'il est appli qué sur la peau de l'utilisateur du casque protecteur, jusqutà-epou- ser au plus près sa morphologie , de conserver cependant une élasticité importante. 'élasticité du coussinassociéeà la masse de la cavité de protection, détermine un phénomène de résonance mécanique, du type série,dont la fréquence de résonance se situe généralement aux fréquences basses du spectre sonore ; ce circuit résonnant mécanique, présente à la résonance une faible impédance et par conséquent, l'affaiblissement à l'intérieur de la cavité est très faible ; il en résulte un signal acoustique parasite qui compromet gravement les possibilités d'audition.Il a donc été conclu qu'il fallait que le coussin soit déformable, en raison des différentes morphologies, mais de plus qu'il soit aussi peu élastique que possible et présente une résistance d'amortissement élevée, afin de placer la fréquence de résonance hors du spectre audible,et maintenir son amplitude faible. De nombreuses solutions ont été proposées pour réaliser un tel résultat, pratiquement toutes basées sur la mise en oeuvre de liquides, sirops ou pates, inclus à l'intérieur du coussin souple. Si techniquement les résultats obtenus sont satisfaisants, l'emploi de tels coussins présente de graves.inconvénient d'exploitation - Fuite des liquides, sirops ou pâtes par percement de l'enveloppe du coussin, - Diffusion des liquides, en phase vapeur au travers de l'enveloppe du coussin, - Variation des caractéristiques physiques en fonction de la température. - Migration des plastifiants de la matière constituant cette enveloppe dans les liquides sirops ou pâtes qui y sont inclus, avec, comme conséquence, une modification de leurs caractéristiques physiques et chimiques. Par ailleurs l'enveloppe de ces coussins devant être étanche par définition, provoque au niveau de sa surface en contact avec l'épiderme de l'utilisateur une zone de forte sudation avec risque d'irritation allergique. La présente invention ne comporte aucun de ces inconvénients. Dans son principe, elle concerne un coussin possédant une courbe "contrainte-déformation" à module d'.élasticité très faible sous faible contrainte de façon à épouser facilement les formes circum auriculaires, puis un module d'élasticité élevé, sous contrainte plus forte,de fa çon à déplacer la résonance de l'ensemble "cavité coussin" en dehors du spectre audible, résultat dont on a montré plus haut l'intéret. Pour réaliser un tel résultat, l'invention fait appel à l'association de deux matériaux totalement différents quant à leur caractéristiques d'élasticité, successivement mis en oeuvre lors de la mise en place du dispositif de protection. L'un des deux mate- riaux à grande souplesse, constituant le coussin annulaire à bonne adaptation morphologique, assure son rôle dans la première phase de mise en place sur l'utilisateur ; dans une seconde phase, c'est l'autre matériau, à faible souplesse, qui entre en jeu et confère alors au coussin la grande rigidité recherchée. Ce moment du passage de la mise en jeu du premier matériau au second est déterminé par l'égalité entre les volumes respectifs des éléments du second matériau,#et des logements du premier matériau oh ils sont enfermés, les éléments du second matériau étant par ailleurs divisés en une pluralité de parcelles mutuellement indépendantes dans lesdits logements. Plus précisément, l'invention concerne un coussin d'étanchélte pour dispositif de protection acoustique du système auditif d'un utilisateur, constitué d'un matériau déformable, ce dispositif étant équipé d'au moins une cavité, munie d'une ouverture pour application sous pression sur la région péri-auriculaire de l'utilisateur, ledit coussin étant fixé autour de ladite ouverture,caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de logements dont le volume interne est partiellement rempli d'un volume de particules solides. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ciaprès, en s'appuyant sur les figures annexées, où - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de protection muni de coussins selon l'invention - la figure 2 représente en coupe, suivant trois vues (a) (b) (c), trois étapes de la mise en place d'un coussin selon l'invention - la figure 3 représente un diagramme explicatif du fonctionnement d'un tel coussin. La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de protection, ou "casque", muni de coussins selon l'invention. Ce dispositif destiné, ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, à être adapté sur les oreilles d'un~utilisateur en vue d'en assurer l'isolement acoustique par rapport à un environnement sonore néfaste, comporte une paire de cavités4 et 2, chacune de dimensions suffisantes pour enfermer complètement une oreille et son pavillon, et un organe d'accouplement 3, réunissant les deux cavités 1 et 2, à une distance correspondant sensiblement à l'épaisseur de la tête de l'u tilisateur. Cet organe a-, par ailleurs, la fonction d'assurer, après mise en place du casque, la force d'application nécessaire à la réalisation d'un bon contact entre les bords de chaque cavité et la partie de la tête de l'utilisateur sur laquelle la cavité est appliquée. Pour cela, il est réalisé en un matériau élastique, à la façon d'un ressort, tel que l'acier, le bronze phosphoreux ou certaines matières plastiques. Dans chaque cavité peut être logé-par ailleurs un dispositf transducteur électrp-acoustique, du type récepteur téléphonique par exemple. Il n'a pas été représenté sur la figure 1 par voie de simi- plification, le rôle du dispositif suivant la figure 1 étant alors simplement, au lieu de la protection d'une écoute intelligible en milieu bruyant, la protection du système auditif contre les traumatismes dûs-aux champs acoustiques excessifs. Enfin, chaque cavité porte sur ses bords un coussin souple et déformable 4, en forme d 'anneau, réalisé en matériau à grande souplesse, tel que du caoutchouc ; certaines matières plastiques d'élasticité comparable peuvent également convenir. Dans tous les cas, une structure physique particulièrement avantageuse du matériau utilisé est la structure connue sous le nom de "mousse", où le matériau com porte une grande quantité de petites alvéoles Jui conférant de plus une certaine porosité Selon l'invention, une pluralité de logements tels que 5 et 6 y ont été réalisés, et une pluralité de parcelles 7 d'un matériau à faible souplesse, a été disposée dans chacun d'eux. Le volume total occupé par chaque pluralité est toutefois inférieur au volume intérieur du logement qui les renferme.L'ensemble des logements est fermés sur les deux faces externes du coussin par deus parois minces 8 et 9, dont l'une d'elles a été enlevée' sur la cavité de droite pour permettre de voir les logements. Ces parois sont réalisées dans un matériau de nature et de structureanaloguesà celui du coussin lui-même et sa porosité lui confère l'aptitude à être traversé par les fluides gazeux et liquides. Un matériau particulièrement avantageux est cependant un tissu dont les mailles sont de dimensions inférieures a celles des parcelles incluses dans les logements. Dans le cas représenté sur la figure 2, le casque n'est pas en place sur l'utilisateur, les coussins ne subissent aucune force de pression et les parcelles 7 qui y sont renfermées occupent, par gravité, la partie inférieure de chaque logement. La figure 2 représente, en coupe, suivant trois vues partielles (a) (b) (c), le coussin selon l'invention au cours de sa mise en place sur la région péri-auriculaire d'un utilisateur. La vue (a) correspond au cas de la figure 1, où le coussin ne subit aucune pression. Sur la vue (b), une pression p est exercée dans le sens des flèches, par suite de la mise en place du casque, provoquant une diminution de l'épaisseur 1 du coussin ; le volume intérieur du logement diminue également, et les parcelles, dont le volume total est constant, occupent une hauteur plus grande par rapport à la verticale. Il est avantageux qu'au cours de leurs déplacements relatifs, les parcelles ne rencontrent que des forces de frottement mutuelles minimales ; une forme particulièrement avantageuse est celle où leurs surfaces sont essentiellement à grand rayon de courbure, et de préférence de type convexe. La forme connue sous le nom de billes, sphériques ou ellipsoidales, satisfait bien à ces conditions. Pour simplification, dans toute la suite, les parcelles seront désignées sous le nom de-billes. Le coussin s'adapte bien à la forme de la région péri-auriculaire de l'utilisateur par suite d'une part de la souplesse du matériau dont il est constitué, et d'autre part de la présence des logements, qui déterminent des régions amincies dans le coussin. Sur la vue (c), le casque est complètement mis en place sur l'utilisateur ; la pression P est maximale, et le logement est entièrement rempli par les billes. Le coussin acquiert alors une souplesse d'ensemble beaucoup plus faible, puisque les logements qu'il comporte sont devenus sensiblement indéformables. Les résonances acoustiques dont on a montré plus haut le caractère néfaste ne peuvent alors plus se produire, et le premier résultat industriel visé par l'invention est alors atteint. Un autre résultat avantageux est également atteint, celui qui concerne les conséquence du port du casque par l'utilisateur. La grande porosité des coussins et de leurs parois, ainsi que les espaces vides existants entre les billes procure une grande perméabilité à l'humidité ou aux vapeurs, dues par exemple à la sudation ou aux matériaux élastiques eux-mêmes,#ntre les coussins. et les régions péri-auriculaires-sur lesquelles ils s'appuient, éliminant ainsi tout risque de troubles cutanés de caractère médical. Le matériau entrant dans la constitution des billes peut être choisi dans une large gamme de corps, de préférence ayant une souplesse au plus égale à celle du coussin lui-même. Cependant, il est préférable de choisir des corps ayant une souplesse plus faible, ou plus précisément, ayant un module d'élasticité plus élevée Des métaux tels que l'acier poli peuvent convenir, mais les verres minéraux constituent un choix particulièrement avantageux en ce qu'ils se prae- tent bien à la réalisation des billes de petit diamètre, susceptibles par ailleurs d'un excellent polissage de surface, diminuant le coefficient de frottement mutuel entre les billes. Un dépôt superficiel de corps de la famille chimique des silicones, ou de polytétrafluoréthylène, peut réduire ce coefficient.Le poids des billes de verre peut par ailleurs être diminué par la possibilité de les fabriquer sous une forme creuse. Bien que les diamètres des billes puissent être choisis dans une large gamme de valeurs des diamètres compris entre 75 microns et 1000 ; ont été trouvés avantageux. Sa figure 3 représente un diagramme explicatif, sous forme d'une courbe en coordonnées cartésiennes, du fonctionnement d'un coussin selon l'invention, suivant, des axes où, en abscisses on a porté la force d'application F, et en ordonnées la variation a 1 de ltépaia- seur du coussin, rapportée à son épaisseur 1.' Si Ilon trace expérimentalement la courbe représentative des diminutions relatives x1 de l'épaisseur du coussin en fonction de 1 la force appliquée F, on constate que cette courbe comporte deux parties linéaires de pentes très différentes ,-raccordées entre elles par un coude. L'explication de cette loi de variation s'appuie sur le fait que, à partir de.' l'origine 0, correspondant à l'état de repos (a) du coussin illustré sur la figure 2, la diminution relative a'épaisseur suit une loi linéaire commandée par l'élasticité propre du coussin seul muni de ses logements, les billes non serrées entre elles,suivant le cas (b) de la figure 2, n' intervenant pas. Le matériau constituant le coussin ayant une grande souplesse, la variation relative d'épaisseur, ainsi que la pente de la courbe, sont élevées, et la relation montre que E1,qui est un coefficient de proportionnalité connu sous le nom de module d'élasticité de Young, est faible. LorsQue, la force d'appui aggmentant, les billes remplissent entièrement chaque logement, le coude C de la courbe est dépassé, et une nouvelle portion de courbe est décrite, correspondant au cas (c) de la figure 2. Ses billes remplissent alors entièrement leurs logements, et c'est l'élasticité propre de leurs surfaces en contact qui intervient essentiellement. La pente de la courbe est alors faible, car la souplesse du ma tériau des billes est faible et la relation fait paraltre une nouvelle valeur E2 du module d1élasticité d'ensemble du coussin, valeur beaucoup plus élevée proche de celle du matériau des billes elles-mêmes. Il apparait ainsi que le coussin selon l'invention comporte deux modules d'élasticité d'ensemble E1 et E2 très différents, par mise en oeuvre successive de deux matériaux solides de souplesses, et donc d'élasticité, très différentes. Suivant des ordres de grandeur donnés à titre d'exemple, dans des cas pratiques de réalisation de l'invention, le module d'élasticité de Young du matériau utilisé pour le corps du coussin, à savoir la mousse de polyuréthane, était de 3.t05, alors que les billes de verre des logements, d'un diamètre moyen de 150 microns avaient un module de 6.1011, ce qui constitue un rapport très élevé satisfaisant particulièrement bien aux conditions de fonctionnement recherchées. On doit remarquer que dans toute la description qui précède, la force d'application des cavités de protection provient d'un élément de liaison commun formant ressort. Mais il est bien entendu que le mode de réalisation comportant des cavités indépendantes , où la force dtapplication est alors assurée par l'utilisateur lui-meme, fait partie du domaine de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Coussin d'étanchéité pour dispositif de protection acoustique du système auditif d'un utilisateur, constitué d'un matériau déformable, ce dispositif étant équipé d'au moins une cavité, munie d'une ouverture pour application sous pression sur la région périauriculaire de 11 utilisateur, ledit coussin étant fixé autour de ladite ouverture, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de logements dont le volume interne est partiellement rempli d'un volume de particules solides. 2.- Coussin dëtanchéíté selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume interne de chaque logement est égal, après ladite application sous pression, au volume des particules. 3.- Coussin d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules solides ont une surface à faible coefficient de frottement. 4.- Coussin dlétanchété selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface est recouverte d'une couche de polytétrafluo réthylène. 5.- Coussin d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites particules solides constituent des volumes en forme de billes. 6.- Coussin d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau déformable à une structure doté de porosité. 7.- Coussin d'étanchélté selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules solides sont constituées d'un matériau metallique. 8.- Coussin d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules solides sont constituées d'un matériau de la famille des verres minéraux. 9.- Coussin d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites billes ont un diamètre maximal compris entre 50 et 2000 microns. 10.- Coussin d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module itélasticité du matériau des particules solides est supérieur à celui du matériau du coussin. 11.- Dispositif de protection comportant au moins un coussin d'échantéité selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12.- Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un transducteur électroacoustique fixé dans ladite cavité. 13.- Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens assurant la création de ladite pression. 14. Dispositif de protection selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués d'un organe de liaison de deux cavités respectivement applicables aux regions périauriculaires d'un utilisateur,organe comportant des régions réalisées en matériau doté d'élasticité.