Brevet FR2521382A2 — publié le 19830812

FR 2521382 A2 19830812 FR 8202531 A 19820209 La présente invention, comme la demande de brevet principal No 80 01469, a pour objet un transducteur acoustique comprenant un support creux et une pluralité de films polymères piézoélectriques métallisés fonction- nant en oscillateur. Les transducteurs acoustiques utilisant des élé- ments piézoélectriques comme oscillateur sont connus dans la littérature Par exemple les brevets américains No.3 832 580 et No 3 792 204 décrivent des transducteurs utilisant un seul film piézoélectrique, un article de Tamura et al présenté en 1978 à la conférence "Acousti- cal Society Meeting" à Honolulu décrit une paire de films piézoélectrique tendus à la surface inférieure et supérieure d'un coussin de mousse polyuréthane Le brevet américain No 3 832 580 décrit l'utilisation d'une pluralité d'éléments piézoélectriques suspendus dans diverses configurations. Pour une tension électrique alternative donnée un transducteur à film piézoélectrique produit typiquement une amplitude sonore plus faible que celle produite, avec le même voltage, par d'autres types de transduc- teurs tels que les transdicteurs électro-dynamiques. Cette sensibilité, en tension, plus faible, peut con- duire à une amplitude indésirablement faible pour cer- taines applications, telles que les récepteurs télépho- niques, ou la tension de signal est faible D'autre part, les transducteurs à films piézoélectriques utili- sés comme microphones ou transmetteurs produisent pour une pression sonore donnée, une tension de sortie plus faible que d'autres types de transducteurs, tels que les condensateurs à électret Des tensions de sortie si basses nécessitent l'utilisation d'amplificateurs de gains importants dont le coût est relativement élevé. L'invention décrite dans la demande de brevet prin- cipal remédie à ces inconvénients en augmentant l'ampli- _ 2 _ tude -sonore sans l'utilisation d'un amplificateur ' Le transducteur acoustique selon la demande de brevet principal comprend un support creux et une plura- lité de films polymères piézoélectriques métallisés fonctionnant en oscillateur montés à leur périphéries sur le support creux de sorte que leurs périphéries soient séparées et ils sont physiquement reliés au voisinage de leur centre à au moins un film adjacent. Le transducteur ainsi obtenu est simple et d'un -prix de revient très avantageux - Selon une variante conforme à la demande de brevet principal le transducteur acoustique est conçu pour produire du son et les films sont électriquement connec- tés en parallèle avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que lesdits films se déplacent dans la même direction lorsqu'ils sont excités électriquement. Afin de tirer profit des avantages de la technique développée autour des signaux numériques pour la trans- mission et le traitement des signaux acoustiques tels que la parole il faut convertir le signal sonore analo- gique en un signal numérique électrique et après la transmission il faut reconvertir le signal numérique transmis en un signal sonore analogique. Les procédés de conversion analogique numérique et numérique analogique sont connus en soi. Habituellement pour convertir un signal électrique binaire en un signal sonore analogique on doit transfor- mer les mots binaires composant le signal numérique en une série d'impulsions discrètes dont l'amplitude corres- pond aux niveaux de quantification représenté par le mot binaire puis procéder à un filtrage analogique élec- trique à la bande de fréquence du signal sonore désiré et enfin à la transduction du signal analogique élec- trique en un signal analogique sonore. Il s'est posé le problème de savoir si il serait -3- possible de concevoir un dispositif simple permettant de convertir simplement un signal sonore analogique à un signal électrique numérique Un tel dispositif simpli- fierait par exemple la conception du micro d'un système informatique ou de télécommunication de même qu'un dispositif convertissant directement un signal élec- trique numérique en un signal sonore analogique simpli- fierait la conception de l'écouteur ou du haut parleur d'un tel système Une réalisation de ce genre a été tentée avec un écouteur à électret (cf J L Flanagan, The Bell System Technical Journal 59, 1693 ( 1980)) mais avec les inconvénients liés aux systèmes à électret, une conception plus complexe et plus difficile à étendre à un nombre plus grand de bit que la présente invention. La présente invention permet la réalisation d'un transducteur qui convertit directement un signal numé- rique électrique en un signal analogique sonore. Ce transducteur acoustique selon l'invention est caractérisé par le fait qu'une face au moins d'un des- dits films est composée de zones métallisées dont la grandeur de leurs surfaces est échelonnée et électrique- ment isolées entre elles et qu'une zone ou un groupe de zones ou un film est excitée de façon sélective par un signal électrique de sorte qu'un signal électrique numérique soit converti directement en un signal sonore composé d'impulsions modulées en amplitude. Selon une variante les zones métallisées sont des anneaux circulaires concentriques du secteur de cercle, des spirales imbriquées ou des bandes croisées En excitant de façon sélective les zones constituant le film ou les films piézoélectriques on provoque le dépla- cement de ladite zone qui produit un signal sonore dont l'amplitude dépend de la surface de ladite zone La superposition de ces signaux reconstitue le signal analogique sonore après un filtrage acoustique du signal 4- obtenu à la sortie du transducteur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une exécution de l'invention. L'unique figure représente une coupe verticale d'un écouteur conforme à l'invention. Dans la figure est représenté un écouteur composé de deux films piézoélectriques Les films en forme de troncs de cône 14 et 16 sont reliés à leur centre par de la colle epoxy 18 et montés à leur périphérie sur un support cylindrique entre des anneaux non représentés. Les films 14 et 16 sont constitués de couches 28 en polyfluore de vinylidene polarisé, de 9 microns d'épais- seur qui sont métallisées sur leurs surfaces par une couche 30 d'or d'une épaisseur de 2000 A. Les films sont polarisés pour obtenir un fort coefficient piézoélectrique dans les deux directions (X et Y) de la surface du film (communément notés d 31 et d 32) de telle sorte que les films se déforment symétri- quement ce qui améliore efficacement le résultat Les vecteurs de polarisation des films 14 et 16 sont alignés perpendiculairement aux surfaces des films, et les films sont montés de telle sorte que les deux vecteurs sont dirigés dans la même direction. Le film 16 est métallisé sur une de ses faces en trois bandes 6,7,8 en forme d'anneaux concentriques La bande 6 peut être un disque plein, c'està-dire que la métallisation peut s'étendre sur la partie centrale du film 16 à laquelle il est collé au film 14 Le film 14 est métallisé de façon continue sur presque toute sa surface La surface métallisée 6 est environ la moitié de la surface de l'anneau 7, le quart de l'anneau 8 et environ le huitième de la surface 9 du film 14 Les faces intérieures 11 et 13 des deux films 14 et 16 sont métallisées de façon continue et reliées à la masse. Le signal numérique binaire à convertir en signal _ 5- sonore analogique est composé de mots binaires de cinq bits parallèles, chaque bit ayant un poids différent des autres Les bits sont transmis par les lignes 1 à 5 La ligne 1 transmettant le bit de plus fort poids et 5 ce-lui de plus faible poids Le bit de plus fort poids détermine également le signe du mot binaire. La ligne 1 défini le signe du déplacement et elle est reliée soit à une source de tension poisitive soit négative par un commutateur, la ligne 2 est reliée à la surface 9, la ligne 3 à la surface 8, la ligne 4 à la surface 7, la ligne 5 à la surface 6 Les surfaces excitées par les lignes transmettant les différents bits sont échelonnées selon les puissances de deux permettant ainsi le décodage d'un signal codé linéairement à modula- tion d'impulsions (PCM) L'impulsion sonore générée par l'excitation d'une zone ou groupe de zones métallisées est associée au poids du bit correspondant Le voltage appliqué à chaque surface métallisée est constant, c'est donc uniquement la grandeur de la surface déplacée qui influence l'amplitude de l'impuidion sonore La superpo- sition acoustique des impulsions sonores générées par les différentes surfaces excitées produit une impulsion acoustique d'amplitude correspondante à la valeur du mot binaire original; un filtre acoustique analogique permet la transformation en signal sonore analogique. Le nombre de bits peut être de 4, 5, 6 ou plus selon la qualité du signal sonore désiré. D'autre part, il est possible de répartir les surfaces métallisées d'une autre manière en utilisant par exemple une configuration à quatre films piézoélec- triques comme décrit dans le brevet principal. Le bit signe pourrait être relié à la seconde face des films. _ 6 REVENDICATIONS 1 Transducteur acoustique comprenant un support creux et une pluralité de films piézoélectriques métal- lisées fonctionnant en oscillateur lesdits films étant montés à leurs périphéries sur le support creux de sorte que leurs périphéries soient séparées et ils sont physi- quement reliés au voisinage de leur centre à au moins un film adjacent ledit transducteur étant conçu pour pro- duire du son, lesdits films étant électriquement connec- tés et leurs polarités sélectionnées de telle façon que les films se déplacent dans la même direction lorsqu'ils sont excités électriquement, caractérisé par le fait qu'une face au moins d'un desdits films est composée de zones métallisées dont la grandeur de leurs surfaces est échelonnée et électriquement isolées entre elles et qu'une zone ou un groupe de zones ou un film entier est excité de façon sélective par un signal électrique de sorte qui' un signal électrique numérique soit converti directement en un signal sonore composé d'impulsions modulées en amplitude. 2 Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdites zones sont des anneaux concentriques. 3 Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdites zones sont des bandes croisées. 4 Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdites zones sont des spirales imbriquées. 5 Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdites zones sont des secteurs de cercle. 6 Transducteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 4, caractérisé par le fait qu'une zone ou un groupe desdites zones ou un film est excité unique- -7- ment par les composantes des mots code constituant ledit signal numérique, le poids desdits composantes correspon- dant à la surface de ladite bande ou dudit groupe de bandes ou dudit film. 7 Transducteur selon la revendication 5, caracté- risé par le fait que ledit signal est codé en binaire et que les bits sont transmis par des lignes parallèles chaque ligne transmettant uniquement les bits de même poids et étant liées à une zone ou à un groupe de zones ou à un film entier dont la surface relative correspond approximativement au poids dudit bit.