Brevet FR2493659A1 — publié le 19820507

l "Convertisseur à électret" L'invention concerne un convertisseur à électret, comportant une membrane ainsi que des première et deuxième électrodes dont chacune se trouve d'un c8té de la membrane et dont au moins une seule est une électrode immobile dispo- sée à une certaine distance de la membrane et munie d'ou- vertures réparties de façon régulière sur la surface de cette électrode immobile, de sorte qu'au moins une premiè- re fente d'air est.formée entre la membrane et ladite élec- trode immobile. L'invention concerne également un casque télépho- nique comportant un convertisseur à électrète conforme à l'invention. Un convertisseur à électret du genre précisé dans le préambule est connu du brevet des Etats-Unis d'Amé- rique nouvellement édité sous le numéro 28.420, voir les figures 2, 3 et 3a (American Reissue, n0 28.420). Le conver- tisseur connu en question comporte une électrode immobile munie d'ouvertures. Toutefois, l'invention n'est nullement limitée à ce genre de convertisseurs.mais est applicable également aux convertisseurs à électret comportant deux électrodes immobiles dont chacune est munie d'ouvertures, l'une et l'autre de ces électrodes immobiles formant une fente d'air avec la membrane de part et d'autre de celle- ci. Il appartient à la technique connue de mieux influencer la caractéristique de fréquence et la sensibilité d'un convertisseur à électret grâce au choix adéquat de la configuration d'ouvertures dans l'électrode immobile, c'est-à-dire grâce au choix adéquat de l'écartement entre les ouvertures, de leur diamètre, et de la largeur de la fente d'air entre la membrane et une électrode immobile. Par l'expression "caractéristique de fréquence", il y a lieu d'entendre ici la courbe illustrant la variation de l'amplitude du convertisseur en fonction de la fréquence. Pourtant, des convertisseurs à électret connus présentent souvent de crêtes bien prononcées dans leur caractéristique de fréquence résultant des résonances pro- pres de la membrane, ou une sensibilité trop faible. Or, l'invention a pour but de proposer un con- vertisseur à électret dont le comportement est optimal en ce qui concerne aussi bien la caractéristique de fréquen- ce que la sensibilité. - A cet effet, le convertisseur à électret confor- me à l'invention est remarquable en ce que la valeur de l'impédance raccordée à la membrane et définie suivant la formule A. z = 61 ' i_ 1 id i 3 respecte la cndition 75 fente d'air avec ladite membrane md étant la viscosité dyna- mique de l'air, di étant la largeur de la fente.d'air entre l'électrode (les électrodes) afférente(s) et la membrane A. étant la superficie de la surface délimitée par quatre i ouvertures les plus proches les unes des autres dans l'é- lectrode (les électrodes) afférente(s). La mesure que préconise l'invention est basée sur l'idée que l'impédance acoustique exercée sur la mem- brane est définie principalement par la viscosité de l'air qui se trouve dans la fente d'air entre la membrane et l'électrode immobile. Par voie d'expérience, on a pu trouver à ce sujet une formule donnant la valeur de l'impédance acousti- que spécifique, et à cette occasion, on a constaté que cette impédance est définie par la largeur de la fente d'air et par la superficie de la surface enfermée par quatre ouvertures les plus proches les unes des autres dans une électrode immobile. Pour avoir la définition de la notion "impédance acoustique spécifique", impédance qui est exprimée en Ns/m3 ou en mks rayls;, on est prié de se rapporter à la publica- tion "Acoustics" de L.L. Beranek, Me Graw Hill, page 11. Or, on a constaté que le fait de pouvoir rester maître de la valeur de cette impédance constituait un fac- teur important pour l'obtention du fonctionnement optimal du convertisseur à électrète conforme à l'invention. On a constaté notamment que dans le cas o ladite impédance est comprise entre 75 Ns/m3 et 600 Ns/m, on profite de l'avantage qu'il ne se forme pas dans la caractéristique de fréquence du convertisseur des crêtes bien prononcées (surtout à basse fréquence) comme dans le cas o l'impé- dance est choisie trop faible, alors qu'en outre on n'ob- tient pas de système trop amorti ce qui pourrait conduire à une trop faible sensibilité comme dans le cas o l'im- pédance est choisie trop élevée. Dans le cas o le convertisseur à électret est réalisé sous forme de système push-pull qui de part et d'autre de la membranne comporte une électrode immobi- le ainsi qu'une fente d'air afférente, il y a lieu d'addi- tionner deux impédances résultant des deux fentes d'air, et le paramètre nest dans ce cas égal à 2. Par contre dans le cas o le convertisseur à électret ne comporte qu'une seule électrode immobile formant une fente d'air avec la membrane, l'autre électrode étant élaborée sous forme de couche conductrice sur la membrane, la valeur de n est égale à 1. Par ailleurs, la largeur d'une seule fente d'air d'une part et la superficie de la surface dé- limitée par quatre ouvertures les plus proches les unes des autres dans l'électrode immobile d'autre part, doivent être choisies de façon que l'impédance de ladite fente d'air se situe dans ladite plage de valeurs (75 Ns/m3 à 600 Ns/m En outre, l'électrode qui, comme électrode immo- bile, forme avec la membrane une fente d'air, peut être munie d'un tiroir, ce qui permet de régler la surface des ouvertures dans ladite électrode immobile, de sorte qu'il est possible de régler la superficie Ai. Grâce à cette mesure, il est possible d'adapter dans certaines limites le comportement du convertisseur en ce qui concerne la caractéristique de fréquence et sa sensibilité. Un.casque téléphonique conforme à l'invention peut avoir la particularité que ce casque comporte un con- vertisseur à électret conforme à l'invention. Pour les casques téléphoniques, la largeur de fente est choisie souvent très inférieure à celle des convertisseurs à élec- tret utilisés comme haut-parleurs. Dans le cas des con- vertisseurs à électrète sous forme de haut-parleurs, les mouvements d'écartement de la membrane sont notamment beau- coup plus grands pour obtenir de la sorte un signal de sortie acoustique à forte amplitude, ce qui implique des grandes largeurs de fente. Dans le cas de convertisseurs à électret -utilisés dans des casques téléphoniques o le signal de sortie acoustique-peut avoir une amplitude beaucoup moins grande, on a donc la possibilité de choisir beaucoup moins grandes les largeurs de fentes, ce qui à son tour permet de donner au système à électret une gran- de sensibilité. On a constaté que dans le cas de casques téléphoniques connus, les superficies des surfaces enfer- mées entre quatre ouvertures les plus -proches les unes des autres dans l'électrode immobile est souvent beaucoup trop grande, de sorte qu'une impédance trop élevée est exercée sur la membrane du convertisseur. En choisissant lesdites superficies de façon que l'impédance se situe dans ladite plage de valeurs, on a constaté qu'également dans le cas de convertisseurs à électret destinés à des casques téléphoniques, il est possible de garantir un fonc- tionnement optimal. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera -bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée. - la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un convertisseur àélectret conforme à l'invention, - la figure 2 illustre en a, b et c trois exem- ples d'une partie de l'électrode immobile d'un convertisseur à électret muni d'ouvertures, - la figure 3 représente une partie d'une élec- trode immobile munie d'un tiroir, - la figure 4 illustre un autre mode de réali- sation d'un convertisseur.a électret conforme à l'inven- tion, réalisé sous forme de système push-pull. La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un convertisseur à électret qui est muni d'une membra- ne chargée 3 en polymère isolant, d'une première électro- de 1 ainsi que d'une seconde électrode 2. La première électrode 1 est élaborée sous forme de couche conductrice sur la membrane 3. La seconde membrane 2 est immobile (et est parfois appelée électrode arrière) et forme avec la membrane 3 une fente d'air de largeur d, fente qui à travers les ouvertures 5 de la deuxi,ème électrode commu- nique avec l'air extérieur. Sous l'influence d'ondes acous- tiques, la membrane 3 entre en vibration, de sorte qu'il se forme aux bornes 6-6' une tension proportionnelle à ces ondes acoustiques. Inversement, sous l'influence d'un signal électrique appliqué aux bornes 6-6', la membrane entre en vibration et fournit un signal acoustique. La largeur de fente d'air d et la superficie de la surface A enfermée par quatre ouvertures 5 les plus proches les unes des autres dans l'électrode immobile 2 (surface qui est indiquée par les parties hachurées 7 sur les figures 2a, 2b et 2c représentant une partie de l'électrode immobile 2), doivent maintenant être choisies de façon à respecter l'expression 75 1,8.10-5 Ns/m2 (voir la publication "Acoustics" de L.L. Beranek, Mc Graw Hill, page 135). Les figures 2a,.2b et 2c illustrent-trois pos- sibilités pour définir, en présence de trois configurations 6 2493659 différentes de l'électrode immobile 2, la superficie de la surface enfermée par quatre ouvertures 5 les plus pro- ches les unes des autres. La figure 3 ne montre qu'une él1etroe immobile 2 munie d'un ti- roir 11qui est mobile dans Ies deux sens de la flèhe. Le tiroir 11 est muni d'ou- verbres8qui, dans une position bien définie d tiroir, ccicidertaéc lesou- vbires 5 de l'élatrcle immobile 2. En faisant glisser le tiroir 11 dans l'un ou l'aele des eux sans irniqués, ilest posiled dadiminuer la setin utfle des aou- vertures 5. La surface A si uke entre quatre ouvertures es plus prodhes les unes des autres est ainsi augmentée, oe qui pemnet le réglage de limdance exerée sur la membrane. Il est 3alement pcible de dënner des tailles différentes uxC ouertes 8 pratiques dûs le trir ida g cque, çr exeple, dans unepa re poticn du tierll par rappctà&l'électrcle ibnbtile 2, tutes les cuvertes sdt oueros etqae, dans utr seDnne psition du tiroir les a es 5 soent aernati- vement ouvertes ou fermées. la fiure 4 mnonte rune parie d'un convertisseurà éleet, réalisé usa rmede syiep-ihpllIaepEtetd'autrede]amembrane3setrouvent les élec- trodes immobiles 1' et 2, l'électrode 1' comportant des ouvertures 9 alors que l'électrode 2 comporte des ouvertu- res 5. En coopérant avec la membrane 3, l'électrode 1' forme une fente d'air 4' tandis que l'électrode 2 forme une fente d'air 4. Les largeurs. de ces fentes d'air sont indiquées par d1 et d2. Surtout lors de la reproduction de son, un tel système "symétrique" répondant à la figure 4 offre l'avantage de conduire à une relation linéaire entre'les vibrations acoustiques et les signaux élect-i- ques, contrairement au mode de réalisation répondant à la figure 1. Les largeurs de fentes d1, d2 et les super- ficies des surfaces A1 et A2 enfermées par quatre ouvertu- res 9, 5 les plus proches les unes des autres et pratiquées dans les électrodes immobiles 1' et 2, doivent être choi- sies de façon à respecter l'expression: t trouvant dans la fente. Surtout dans le cas o le convertisseur à élec- tret conforme à l'invention est utilisé dans des casques téléphoniques, il est très important de respecter l'ex- pression 1 ou 2 ci-dessus. Dans le cas de convertisseurs à électret utilisés dans des casques téléphoniques, en conséquence des mouvements d'écartement beaucoup plus pe- tits de la membrane dans ce genre d'application, la lar- geur de fente d'air est rendue beaucoup plus petite que par exemple dans le cas de convertisseurs utilisés comme haut-parleurs. Dans le cas de haut-parleurs notamment, les mouvements d'écartement doivent être beaucoup plus grands pour obtenir une puissance de sortie acoustique suffisante, de sorte que les-largeurs de fente d'air doi- vent être beaucoup plus grandes. L'emploi de largeurs de fente d'air beaucoup plus petites dans des casques téléphoniques a alors comme conséquence que lesdites surfaces entre quatre ouvertures des électrodes immobiles doivent être diminuées également pour que soit respectée l'expression 1 ou 2 ci-dessus. A remarquer que l'invention n'est nullement limitée aux modes dé réalisation précisés ci-dessus, mais s'applique également à des modes de réalisation pour les- quels les ouvertures présentent une autre section, ou à des modes de réalisation qui diffèrent en des points qui sont sans importance pour l'invention. REVENDICATIONS 1. Convertisseur à électret comportant une membrane ainsi que des première et deuxième électrodes dont chacune se trouve d'un côté de la membrane et dont au moins une seule est une électrode immobile disposée à une certaine distance de la membrane et munie d'ouvertures réparties de façon régulière sur la surface de cette élec- trode immobile, de sorte qu'au moins une première fente d'air est formée entre la membrane et ladite électrode immobile, caractérisé en ce que la valeur de l'impédance raccordée à la membrane et définie suivant la formule n Ai :i=i d. di respecte la condition 75 fente d'air avec ladite membranel étant la viscosité dyna- mique de l'air, di étant la largeur de la fente d'air entre l'électrode (les électrodes) afférentecs) et la membrane Ai étant la superficie de la surface délimitée par quatre ouvertures les plus proches les unes des autres dans l'é- lectrode (les électrodes) afférente(s). 2. Convertisseur à électret selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'électrode qui, comme électrode immobile, .forme avec la membrane une fente d'air, est munie d'un tiroir, ce qui permet de régler la surface des ouvertures dans ladite électrode immobile, de sorte qu'il est possible de régler la superficie Ai. 3. Casque téléphonique, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur à électret selon la revendica- tion 1 ou 2.