Brevet FR2463562A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un haut- parleur piézoélectrique. Jusqu'à présent on connaissait un haut- parleur piézoélectrique du type dans lequel un simple organe piézoélectrique ou une plaque mince élastique comportant au moins un organe piézoélectrique sur au moins l'une de ses surfaces opposées (de tels organes seront désignés d'une manière générale ci-après sous le terme d'oscillateur piézoélectrique) est utilisé en tant que sourse (d'excitation) sonore. Dans ce haut-parleur piézoélectrique utilisé jusqu'alors, l'os- cillateur piézoélectrique et une membrane oscillante semblable à un cône de papier sont accouplés en un point ou en une position o l'amplitude de la vibration de l'oscillateur piézoélectrique est maximum lorsqu'il oscille dans le mode de résonance principal. Bien qu'il existe différentes structures de couplage qui toutes sont accouplées directement ou par l'intermédiaire d'une tige ou d'un fil, ces structures sont dans tous les cas accouplées en un point. Conformément à de telles structures de couplage, étant donné que la ré- sonance principale et sa fréquence voisine de l'oscil- lateur piézoélectrique contribuent simplement à produi- re des sons et que l'impédance augmente fortement dans la plage des basses fréquences, il est très difficile de produire les graves. Par conséquent l'utilisation du haut-parleur piézoélectrique employé jusqu'alors a été limitée uniquement à celle d'un haut-parleur pour fréquences élevées. Un objet de la présente invention est de fournir un haut-parleur piézoélectrique tel que la pression acoustique s'étende de façon satisfaisante sur une partie étendue de la plage des fréquences. Un autre objet de la présente invention est de fournir un haut-parleur piézoélectrique extrêmement mince, qui soit approprié pour être utilisé dans un appareil radio miniature portable. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention grâce au fait qu'une membrane oscillante est accouplée, sur un cercle concentrique, à un oscilla- teur piézoélectrique circulaire, qui forme une source d'excitation pour ladite membrane. D'autres caractéristiques et avantages du haut-parleur piézoélectrique ressortiront de la des- cription donnée ci-après. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une forme de réalisation d'un haut-parleur piézo- électrique conforme à la présente invention. La figure 2 est un diagramme représentant la caractéristique fréquence-pression acoustique, re- lative au haut-parleur de la figure 1. La figure 3 montre une vue en coupe trans- versale d'une seconde forme de réalisation du haut- parleur piézoélectrique conforme à la présente inven- tion. En se référant à la figure 1, on va décrire ci-après une forme de réalisation d'un haut-parleur piézo-électrique conforme à la présente invention. Un cadre 10 en forme de disque est muni d'une ouverture circulaire 11 qui est percée dans la partie centrale du disque, et une partie saillante 12 qui fait saillie à partir d'une surface frontale du pourtour du disque. Un oscillateur piézoélectrique circulaire 20 est dis- posé, en tant que source d'excitation(sonore) dans l'ouverture 11 et son pourtour est fixé dans un épaule- lement que comporte l'ouverture 11, au moyen d'une ba- gue 30. L'oscillateur piézoélectrique 20 possède une structure bimorphe qui est munie d'une plaque métalli- que mince circulaire et élastique 21 et par des éléments piézoélectriques 22 et 23 fixés sur les surfaces oppo- sées de la plaque 21 au moyen d'un adhésif. En ce qui concerne les éléments piézoélectriques 22 et 23, il est approprié d'utiliser un matériau inorganique dont le coefficient de couplage mécanique est élevé, comme par exemple un sel de Rochelle, du titanate de barium, un titanatezirconate de plomb, un niobate de plomb et de cobalt ou un niobate de plomb et de bismuth, etc. En ce qui concerne la plaque mince élastique 21, il est préférable d'utiliser un matériau dont la rigidité est suffisante, comme par exemple un bronze phospho- réux ou bien un acier inoxydable. Chacun des éléments piézoélectriques 22 et 23 est muni d'une électrode d'excitation (non représentée) sur sa surface extérieure respective. Les deux électrodes d'excitation sont rac- cordées électriquement chacune par l'intermédiaire d'un fil de plomb 24 passant à travers un petit trou percé dans la plaque mince élastique 21. Des fils de plomb 26 et 27 prévus pour le raccordement extérieur sont raccordés à la plaque mince élastique 21 et à l'é- lectrode d'excitation de l'élément piézoélectrique 22 respectivement, et un signal d'excitation est appliqué aucfilsde plomb 26 et 27. Une membrane oscillante 40 est fixée à la partie saillante 12 au moyen d'une ba- gue 50. La membrane oscillante 40 possède une forme annulaire en vue de face et une section transversale en forme de cône très évaséetoette membrane oscillante est accouplée à l'oscillateur piézoélectrique 20 par l'intermédiaire d'un organe de couplage cylindri- que 60 qui est positionné sur un cercle concentrique à l'oscillateur piézoélectrique 20, mais la membrane oscillante 40 peut être couplée directement à l'os- cillateur 20 sur le cercle concentrique dans certains cas. En ce qui concerne la membrane oscillante 40, on utilise au choix du papier, une membrane en matiè- re plastique, une membrane en matière plastique com- portant un métal évaporé ou bien uneplaque métallique mince. En ce qui concerne l'organe de couplage cylindrique 60, on peut utiliser n'importe quel maté- riau, mais il est préférable d'employer un matériau léger et rigide. Conformément au haut-parleur piézoélectri- que constitué comme décrit ci-dessus, l'oscillation de l'oscillateur piézoélectrique 20 est transmise à la membrane oscillante 40 par l'intermédiaire de l'organe de couplage cylindrique 60 et par conséquent le son est produit par suite-de la vibration de la membrane oscillante 40. On va maintenant établir une comparaison entre le cas o la membrane oscillante 40 est accouplée à l'oscillateur piézoélectrique 20 par l'intermédiaire de l'organe de couplage cylindrique 60, comme dans le cas de la présente invention, et le cas o ladite mem- - brane est accouplée au centre dudit oscillateur piézo- électrique, comme dans le cas du dispositif classique utilisé jusqu'à présent. Dans ce dernier cas, l'os- cillation de l'oscillateur peut être transmise de fa- çon effective à la membrane simplement lorsque ledit oscillateur fonctionne dans son mode de résonance prin- cipal, mais l'oscillation de l'oscillateur n'est pas transmise instantanément à la membrane dés que ledit oscillateur fonctionne dans ses modes de résonance secondaires. Au contraire, dans le premier cas, même si l'oscillateur fonctionne dans les modes de résonan- ce secondaires, l'oscillation de l'oscillateur peut être transmise de façon très efficace à la membrane, par rapport au second cas envisagé. En d'autres ter- mes, dans le haut-parleur piézoélectrique, la caracté- ristique de la pression d'acoustique peut être amélio- rée de manière à avoir une croissance satisfaisante et s'étendre à plat sur la gamme étendue allant des basses fréquences aux fréquences élevées, uniquement grâce à la constitution telle qu'indiquée dans le pre- mier cas mentionné. Dans une telle structure, la caractéristi- que de la pression acoustique est également influen- cée par les rapports d/D et 0/d, dans lesquels D, d et 0 sont les diamètres respectifs de la plaque mince élastique 21, des éléments piézoélectriques 22 et 23 et de l'organe de couplage cylindrique 60. Comme le montre l'expérience, lorsque le rapport d/D se trouve dans la gamme de 0,65 à 0,8, il existe de nombreuses résonances secondaires présentant un niveau relative- ment élevé dans les plages des basses fréquences, et la fréquence de résonance principale diminue compara- tivement. En outre, lorsque le rapport 0/d se trouve dans la gamme allant de 0,65 à 0,8, l'oscillation de l'oscillateur piézoélectrique 20 peut être transmise de façon uniforme à la membrane oscillante 40, et ce sur toute la plage des fréquences. A titre d'exemple lorsque la membrane mince élastique 40 est une plaque de bronze phosphoreux d'un diamètre de 27 mm et d'une épaisseur de 0,05 mm, que chacun des éléments piézo- électriques 22 et 23 est formé par du niobate de plomb et de cobalt et possède un diamètre de 20 mm et une épaisseur de 0,12 mm et que la membrane oscil- lante 40 est formée par un cône de papier possédant un diamètre effectif de 50 mm, la caractéristique fréquence-pression acoustique sttelIJ que représentée sur la figure 2, avec l'hypothèse que le signal d'en- trée est un signal en forme d'onde dont la tension efficace est de 1 volt, tandis que le point de mesure est distant de 9 cm de la face avant du cadre 10 et est situé sur l'axe de symétrie de ce cadre La figure 3 montre une seconde forme de réalisation de l'invention, dans laquelle l'oscilla- teur piézoélectrique 20 comporte une masse de réglage 28 dans sa région centrale et dans laquelle la mem- brane oscillante 40 comporte une partie 42 en forme de dôme en plus d'une partie 41 en forme de cône. En disposant la masse de réglage 28 dans la région centrale de l'oscillateur piézoélectrique 20, on ré- duit les fréquences du mode principal et des modes secondaires de résonance de l'oscillateur piézoélectri- que 20 et par conséquent l'ensemble de la réponse en fréquence de l'oscillateur piézoélectrique 20 peut être amélioré en étant diminuée. En outre en prévoyant la partie 42 en forme de.dôme dans la région centrale de la membrane oscillante 40, on peut accroître la pression acoustique de la plage des hautes fréquences. En outre dans la première et la seconde formes de réalisation, la membrane oscillante 40 peut avoir un pourtour de forme ovale ou bien de forme circulaire et l'oscillateur piézoélectrique 20 peut avoir une structure unimorphe. Conformément au haut-parleur piézoélectri- que décrit ci-dessus selon la présente invention, et par suite du fait que la membrane oscillante 40 des- tinée à produire le son est accouplée à l'oscillateur piézoélectrique 20, servant de source d'excitation, sur le cercle concentrique désiré, l'oscillation du- dit oscillateur peut être transmisede façon efficace et uniforme à la membrane non seulement dans le mode de résonance principal, mais également dans les modes de résonance secondaires. Par conséquent la pression acoustique de sortie satisfaisante peut être obtenue sur l'ensemble de la gamme des fréquences allant des basses fréquences aux fréquences élevées, et par con- séquent le haut-parleur piézoélectrique peut même posséder une caractéristique qui soutienne tout à fait la comparaison avec un hautparleur dynamique usuel, et le son de sortie est doux. De plus ce haut-parleur peut être fabriqué selon un modèle ultra- mince à un faible coût et convient très bien pour être utilisé pour un appareil radio mince de type portable ou un enregistreur de cassettes miniature. REVENDICATIONS 1) Haut-parleur piézoélectrique, caractérisé par le fait qu'il comporte un oscillateur piézoélectri- que circulaire servant de source d'excitation et dont le pourtour est supporté par un cadre, et une membrane oscillante dont la périphérie est supportée par ledit cadre, et que ladite membrane oscillante est accouplée audit oscillateur piézoélectrique sur un cercle concen- trique à ce dernier. 2) Haut-parleur piézoélectrique selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que ladite membrane oscillante et ledit oscillateur piézoélectrique sont accouplés par l'intermédiaire d'un organe de couplage cylindrique. 3) Haut-parleur piézoélectrique selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que ledit oscilla- teur piézoélectrique est muni d'une plaque mince élas- tique circulaire et au moins d'un élément piézoélectri- que fixé sur au moins l'une des deux surfaces de ladite plaque mince élastique. 4) Haut-parleur piézoélectrique selon la reven- dication 3, caractérisé par le fait que le rapport d/D du diamètre d dudit élément piézoélectrique au dia- mètre D de ladite plaque mince élastique est compris entre 0,65 et 0,8. ) Haut-parleur piézoélectrique selon la reven- dication 3, caractérisé par le fait que le rapport-0/d du diamètre 0 dudit cercle concentrique au diamètre d dudit élément piézoélectrique est compris entre 0,65 et 0,8.