Brevet FR2478928A1 — publié le 19810925

-1- La présente invention concerne un transducteur électro-acousti- que et, plus particulièrement, bien que cela ne soit pas son seul domaine d'utilisation, un transducteur électro-acoustique pour pièce d'horlogerie. Avec l'apparition des montres électroniques, le nombre de fonc- tions contenues dans une montre a considérablement augmenté. L'une des fonctions les plus courantes et les plus appréciées du public est celle qui met en action un dispositif d'alarme, de sonnerie ou de ca- rillon faisant appel à un transducteur qui transforme l'énergie élec- trique de la pile en énergie acoustique. Il existe plusieurs sortes de transducteurs électro-acoustiques pour pièces d'horlogerie. On connait, tout d'abord, le transducteur à effet piézo-électrique qui utilise une pastille de céramique polari- sée radialement, c'est-à-dire pouvant se dilater radialement lors- qu'une tension est appliquée sur ses électrodes. Cette pastille est collée sur une membrane en cupro-beryllium. La dilatation de la pas- tille provoque un flambage de la membrane s'accompagnant de l'émis- sion d'une onde sonore. Ce genre de dispositif, malgré sa simplicité et son prix intéressant, présente cependant les inconvénients sui- vants: niveau acoustique faible aux basses fréquences, mauvaise résistance aux chocs, timbre métallique et forte influence des condi- tions d'encastrement. On connatt aussi des transducteurs électromagnétiques dit modu- laires, dans lesquels un dispositif électromagnétique se trouvant dans un pot, excite une petite membrane de la dimension du pot. La courbe de réponse acoustique de ce transducteur connu n'est pas bonne, mais elle peut être améliorée par l'adjonction d'une cavité résonnante plus ou moins grande. Ces transducteurs, appelés aussi buzzers et développés pour des alarmes, ne fonctionnent de façon acceptable qu'à une fréquence bien définie. Malgré leur construction très simple et leur modularité, ils n'en comportent pas moins les inconvénients notables suivants: très forte consommation de courant, mauvaise réponse aux basses fréquences et courbe de réponse en fré- quence peu plate. Compte tenu de ces défauts, ils ne peuvent être utilisés pour émettre différents tons et de ce fait ne peuvent trans- mettre différentes mélodies. La présente invention a notamment pour objet de proposer un -2transducteur électro-acoustique puissant, de faible consommation, ayant un bon comportement aux basses fréquences et capable de fournir un son semblable à celui d'un carillon, dont la fréquence peut être comprise, par exemple, entre 500 et 1500 Hz, comme le carillon West- minster. L'invention a aussi pour objet de proposer un transducteur modulaire, facile à assembler et à monter dans une montre. Ces buts sont atteints par un transducteur conforme à l'in- vention, du type comprenant une membrane mince et un dispositif élec- tromagnétique pour faire vibrer cette membrane, et qui est caractéri- sé en ce que le dispositif électromagnétique agit sur la membrane en un point excentré de cette dernière. Les dessins annexés montrent un exemple de réalisation du trans- ducteur électro-acoustique selon l'invention. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue en coupe du transducteur et de sa disposition dans une montre; - la figure 2 est une vue éclatée représentant les différentes pièces du transducteur et de la montre en position de montage; enfin, - la figure 3 donne les performances du transducteur selon l'in- vention comparées à celles de transducteurs connus. On voit, sur la figure 1, une botte de montre 1 avec son fond la, sa carrure lb et sa lunette lc. Des orifices 2 ont été aménagés dans le fond la. Une glace 4 est montée à cran dans la lunette lc. Un mouvement - ou bati - 5 est tenu par des moyens de fixation 3 (visibles sur la fig. 2) dans la carrure lb. Un anneau 6 est tenu au bati 5 par une série de vis 7 (voir fig. 2). Sur cet anneau 6 est sertie une membrane mince 8, de rayon R, fabriquée de préférence en un matériau nonmagnétique, tel que le cupro-beryllium et qui occupe la quasi-totalité du fond de la botte 1. L'épaisseur de la membrane 8 est, typiquement, de 0. 15 mm. La distance Y entre le fond la et la membrane 8 est relativement importante, typiquement 1 m. Le volume 37 entre cette membrane et le fond de boîte constitue une cavité de résonance pour le transducteur. Une plaquette magnétique 9 est collée ou soudée sur la membrane 8, à une distance T du centre de celle-ci. La plaquette 9 est fixée sur le côté intérieur de la membrane 8, c'est-à-dire sur le côté fai- sant face au mouvement de montre 5. Cette plaquette est fabriquée dans un matériau magnétique doux. Le rapport T/R est avantageusement de 4/5 environ. -3- Un dispositif électromagnétique 10 est monté en regard de la plaquette 9, à une distance X de celle-ci de sorte qu'est ménagé un entrefer 100. Typiquement, la largeur de cet entrefer 100 est de 0.08 mm lorsque le dispositif est au repos. Ce dispositif comprend un pot en laiton 11 fixé au cercle 6 par des vis 12, une culasse 13 en matériau magnétique à haute perméance chassée dans le pot 11, ainsi qu'un noyau central 15 terminé par une plaque circulaire 15a et fabriqué dans un matériau de haute perméabilité magnétique. Une bo- bine 16 entoure le noyau 15 sur lequel elle est maintenue en place par une bague 17 chassée sur son extrémité. Le dispositif 10 est complété par un aimant permanent annulaire 14 magnétisé axialement, qui est pincé entre des rsebords prévus à la partie supérieure du pot Il et de la culasse 13. Un circuit souple 18, avantageusement en Kapton (marque déposée de Dupont, Wilmington, Delaware), recouvert de cuivre sur un côté, assure la liaison électrique entre la bobine 16 et un circuit imprimé 20. Ce dernier est le circuit principal du mouvement. le circuit 18 et un ressort de contact 23 sont fixés au pot 11 par un rivet 19. Le ressort 23 assure, par la pression qu'il exerce sur les circuits 18 et 20, le contact entre les parties conductrices correspondantes de ces deux éléments. Une plaquette isolante. 22 empêche tout contact électrique entre le circuit 18 et les parties métalliques du disposi- tif électromagnétique 10. La montre comprend, enfin, des aiguilles d'heure 24, de minute 25 et de seconde 26. La figure 2 permet de mieux comprendre le montage dans la montre du transducteur acoustique selon l'invention. L'emboîtage se fait de façon classique. La glace 4 est fixée par coincement sur la lunette Ic, qui est fixée à cran sur la carrure lb. Le fond la, avec les ouvertures 2, est aussi monté à cran sur la carrure lb. Le dispositif électromagnétique 10 est fixé à l'anneau 6, qui porte lui-même la membrane 8. Le transducteur électromagnétique forme donc un tout modulaire et il est fixé au mouvement 5-par les vis 7. Ce dernier comprend une cavité 28 dans laquelle vient se loger le dispositif électromagnétique 10. Les liaisons électriques entre ce dispositif et son circuit de commande 29, appelé circuit musical, sont automatiquement assurées par le contact du circuit souple 18 -4- (fig. 1) sur le circuit imprimé principal 20, lors de la mise en place du dispositif, car le circuit de commande 29 se trouve connecté sur le circuit imprimé. Le mouvement 5 comprend, en outre, une pile 30 et un moteur pas à pas biphasé 32. Les vis 3 fixent le mouvement 5 à la carrure lb à laquelle est attaché un pendant 33 portant une tige de mise à l'heure 34, ainsi qu'un bouton-poussoir 35. Le fonctionnement du transducteur selon l'invention va être maintenant décrit. le circuit musical 29 est déclenché soit automati- quement, par exemple à chaque heure pieine, soit manuellement par une action sur le poussoir 35. Il se met alors à délivrer des impulsions électriques d'une fréquence donnée créant un champ magnétique varia- ble dans l'entrefer 100. Canalisé par les pièces polaires 13 et 15, ce champ agit sur la plaquette magnétique 9 qui est attirée et re- poussée en direction du dispositif électromgnétique 10 à la fréquence des impulsions appliquées à la bobine 16. La membrane 8, qui est solidaire de la plaquette 9, se met à vibrer à la même fréquence. Il s'ensuit une émission sonore qui est amplifiée par la cavité réson- nante 37. Les ouvertures 2 laissent les sons s'échapper vers l'exté- rieur. Le rapport entre la surface totale des ouvertures 2 et la surfa- ce du fond la a.un effet sur le niveau de l'émission sonore. L'expé- rience a montré qu'un maximum de puissance sonore est atteint pour une surface totale des ouvertures 2 sensiblement égale au 4% de la surface du fond. L'utilisation d'une membrane mince, de grande surface et excitée de façon décentrée, permet de travailler, d'une part, avec un faible entrefer, ce qui assure un bon couplage électromagnétique et donc un bon rendement et, d'autre part, dans une zone oû la membrane est suffisamment raide pour éviter les risques de collage. Cette disposi- tion permet, de plus, par une sorte d'effet de levier acoustique, d'avoir une grande amplitude de vibration au centre de la membrane et donc une forte intensité sonore pour une consommation de courant tout à fait raisonnable. En outre, la membrane étant mince, elle présente une faible inertie et donc une bonne réponse acoustique à la fréquen- ce donnée par la bobine. La figure 3 montre différentes courbes de réponse de l'intensité sonore SPL d'un transducteur acoustique en fonction de la fréquence -5- d'excitation (f). La courbe 41 est celle d'un dispositif selon l'in- vention, la courbe 42 celle d'un transducteur à effet piézo-électri- que et la courbe 43 celle d'un transducteur électromagnétique modu- laire ou buzzer. L'efficacité du dispositif selon l'invention est particulièrement remarquable dans les basses fréquences, ce qui permet une application heureuse de ce dispositif notamment pour des sonneries ou carillons du genre Westminster. Les dispositions constructives du transducteur qui vient d'être décrit présentent de nombreux avantages. Tout d'abord, l'encastrement par sertissage de la membrane 8 permet de rendre minimale la disper- sion dans la fabrication. De plus, toutes les pièces magnétiques étant chassées dans un pot Il qui les.englobe, ce pot Il forme avec l'anneau 6 et la membrane 8 un tout modulaire qui peut être facile- ment assemblé au mouvement à l'aide de vis. Par ailleurs, le pot Il étant solidaire de l'anneau d'encastrement 6, un entrefer de grandeur reproductible est assuré en fabrication. En outre, la construction modulaire du transducteur acoustique décrit permet l'interchangeabi- lité de toutes les pièces et un montage simple et rapide. Enfin, la bague 6 et sa membrane 8 assurent l'étanchéité du mouvement 5. Il va de soi que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit à titre d'exemple, mais que la portée du présent brevet s'étend également aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites, restant dans le cadre des équivalences, ainsi qu'à toute application de telles dispositions. C'est ainsi, par exem- ple, que la plaquette magnétique 9 peut être supprimée et la membrane mince 8 alors faite, elle-même, en un matériau magnétique. -6- REVENDICATIONS 1. Transducteur électro-acoustique du type comprenant - une membrane mince (8, 9); - un dispositif électromagnétique (10) couplé magnétiquement avec un endroit de cette membrane pour faire vibrer cette dernière; et - des moyens de support de la membrane et du dispositif élec- tromagnétique; caractérisé en ce que ledit dispositif électromagnétique (10) est couplé magnétiquement avec un endroit (9) de la membrane (8) distant du centre de cette dernière.' 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit endroit de couplage (9) de la membrane (8) est disposé à une distance du centre de la membrane sensiblement égale à 4/5 du rayon de cette dernière. 3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de support comportent un anneau (6) dans lequel la membrane (8) est encastrée et qui porte également le dispositif électromagnétique (10). 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de support ont un fond (la) percé d'orifices (2) et dispo- sé en face de la membrane (8). 5. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit fond (la) est celui d'une botte de pièce d'horlogerie (1) et qu'il recouvre en quasi-totalité la membrane (8). 6. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits orifices (2) occupent sensiblement 4% de la surface dudit fond (la). 7. Transducteur selon les revendications 3 et 5 prises en combi- naison, caractérisé en ce que ledit anneau (6) est fixé au bâti (5) de la pièce d'horlogerie. 8. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif électromagnétique (10) comporte un noyau central (15) terminé par une plaque circulaire (15a), une bobine (16) enrou- lée autour dudit noyau, une culasse (13) entourant ladite bobine et un aimant permanent cylindrique (14) magnétisé axialement et disposé coaxialement audit noyau. -7- 9. Transducteur selon la revendication 8, caractérise en ce qu'il comporte, en outre, un pot (11) en matière non-magnétique contenant le dispositif électromagnétique (10), ledit pot (11) étant fixé audit anneau (6). 10. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (8) est en matériau non-magnétique et porte une plaquette (9) en matériau magnétique située en regard du dispositif électroma- gnétique (10).