Brevet FR2531299A1 — publié le 19840203

TRANSDUCTEUR ACOUSTO-ELECTRIQUE NOTAMMENT POUR MICROPHONE PIEZOELECTRIQUE La pressente invention concerne un transducteur acousto-électrique comprenant un boîtier ayant une cavité avant et une-cavite arrière, une membrane fixée dans la cavité avant, un barreau piézoElectrique inclus dans la cavité arrière et une tige de transmission reliant le centre de la membrane au barreau. Un tel transducteur acousto électrique est déjà utilisé pour un microphone piézoélectrique. Le barreau piézoélectrique est logé dia métralement dans la cavité arrière du bottier et a son centre relie perpendiculairement à une extrémité de la tige de transmission. Les extrémités du barreau piezoalectrique- sont encastrés dans deux supports non rigides fixes à l'carrière du bottier. La charge engendrée par les microdeplacements de la membrane a travers la tige de transmission est appliquee au milieu du barreau, le barreau travaillant en flexion comme une poutre a deux appuis extrêmes. Ceci nécessite une longueur relativement grande du barreau. En outre, doivent être prévus deux moyens de fixation aux extrémités du barreau auxquels sont relies deux conducteurs de sortie. Ces moyens de fixation et de connexions électriques occupent pratiquement tout l'avant de la cavité arrière du bottier, ce qui nécessite un encombrement relativement grand du boîtier, notamment an épaisseurs lorsqu'un circuit imprime tel qu'un preamplificateur est incorporé à l'carrière de la cavité arrière du boîtier. L'amortissement arrière de la membrane peut etre obtenu au moyen d'un fluide visqueux, tel qu'une graisse enfermée dans la cavité arrière du bottier. Une rondelle est traversée par la tige de transmission et emprisonne le fluide visqueux dans la cavité arrière. L'étanchéité de la cavité arrière n'est assurée que par la présence du fluide visqueux. Le principal but de l'invention est de fournir un transducteur acousto-Electrique, notamment pour un microphone piézoélectrique, qui est submersible. A cette fin, un transducteur acousto-Electrique du type défini dans l'entrée an matière est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques étanches à l'eau solidaires du boîtier entre la cavité avant et la cavité arrière, traversés par la tige. De préférence, ces moyens sont constitués par une rondelle souple formée å partir d'une ou plusieurs feuilles superposées qui sont en polymère ou en tout autre matière élastique. Cette rondelle fixée au niveau du passage de la tige de transmission entre les cavités avant et arrière du boîtier assure aussi bien l'amortissement mécanique de ltensemble mobile du transducteur que l'étanchéité à l'eau du circuit électrique enfermé dans la cavité arrière du boîtier lorsque celui-ci est immergé et l'eau pénètre dans la cavité avant contenant la membrane. Selon un autre aspect de l'invention, le volume du boîtier est réduit lorsque celui-ci incorpore un circuit imprimé qui supporte des composants électriques discrets etku intégresDDtamment d'un preamplifi- cateur et qui est solidaire de la cavite arrière du bottier. Dans ce cas, le barreau piézoélectrique est logé dans un espace de la cavité arrière diamétralement opposé à celui contenant la plupart des composants électriques. La tige de transmission est solidaire d'une première extremité du barreau piézoélectrique tandis que la seconde extrémité du barreau est fixée solidairement à la cavité arrière du bottier. Le barreau travaille à la flexion comme une poutre à un seul point d'appui et la première extrémité est soumise aux déplacements axiaux de la membrane. Les moyens de fixation du barreau et le barreau luimême n' occupent ainsi qu'au plus la moitié de la cavité arrière et non la quasi totalité de celle-ci comme pour les microphones connus décrits précédemment. Selon un autre aspect de l'invention, une bague cache-poussière recouvre la cavité avant du bottier. Cependant, celle-ci sert également comme bague tournante pour sélectionner le mode différentiel du mode omnidirectionnel du transducteur par démasquage et masquage d'orifices ou évents pratiqués dans la cavité avant du boîtier. Ceci réduit une bague unique les deux bagues généralement utilisées selon l'art antérieur pour ces fonctions. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférée en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est une vue axiale en coupe d'un microphone piézoélectrique selon l'invention ; et - la Fig. 2 est une vue en coupe schématique des moyens coopérants entre la bague cache-poussière et la cavité avant permettant de monter la bague à ltune de deux positions stationnaires ou de deux positions sélectionnables par rotation de la bague. Dans la Fig. 1, on retrouve d l'avant du microphone piézoélectrique les éléments constitutifs essentiels des moyens acousto-mécano-électriques pour transformer l'énergie acoustique reçue en énergie électrique. Ces éléments sont enfermés dans un boîtier 1 et sont une membrane 2 à l'arrière d'une bague avant ajourée 3, un barreau piézoélectrique 4 et une tige 5 pour transmettre les micro déplacements de la membrane au barreau. La membrane 2 et la bague cache-poussière 3 sont coaxiales à la partie avant 10 du boîtier 1. La périphérie 20 de la membrane 2 jouant le rôle de suspension est plate et collée sur un plan diamétral formant le fond d'un lamage avant 11 de la partie avant du boîtier 10. La bague 3 est cyl-indrique creuse et a sa face avant ajouree 30 sensiblement au-dessus de la membrane 2. La paroi cylindrique arrière 31 dé la bague 3 recouvre coaxialement la partie avant cylindrique du boîtier 10 et est solidaire de celle-ci par deux fixations è baïonnette classiques diamétralement opposées. Ces fixations à baïonnette permettent de tourner manuellement la baque 3 autour de son axe X'X. Lorsque la baque 3 est en butée à l'une des extrémités des rainures des fixations baionnette, plusieurs orifices radiaux 32 pratiqués dans la paroi 31 sont respectivement en alignement avec des orifices radiaux 12 comme montré dans la Fig. 1. Les orifices 12 sont pratiqués sous le lamage 11 dans la partie 10 et communiquent avec une cavité avant 13 ménagée dessous la membrane 2 dans la partie 10. A cette position, le microphone fonctionne en mode dit différentiel ou bidirectionnel, c'est-a-dire les ondes acoustiques émanant du bruit ambiant sont reçues sur les faces arrière et avant de la membrane et tendent à annuler le déplacement de celle-ci , la membrane ne capte pratiquement que les ondes acoustiques produites par la voix de l'usager. A contrario, lorsque la bague 3 est en butée a"' l'autre extrémité des rainures des fixations a"' baionnette, les orifices 12 sont obturés par la paroi 31 de la bague 3. Dans ce cas, le microphone fonctionne en mode omnidirectionnel, la membrane captant aussi bien le bruit ambiant que la voix de l'usager. D'autres types de fixation è rotation de la bague 3 sur la partie 10 du bottier peuvent être envisagés. Par exemple, l'extrémité interne. arrière souple de la bague 3 peut comporter deux rainures qui stem- bottent par encliquetage sur deux tétons saillants à la périphérie externe arrière de la partie 10. Un autre mode de réalisation du positionnement de la bague 3 est montré è la Fig. 2. La périphérie interne arriere de la bague 3 comporte une rainure circulaire 33 et deux petites cavités 34 et 35. Lorsque letéton correspondant 14 de la partie avant 10 du bottier est logé dans la rainure 33, la rotation de la bague permet de sélectionner manuellement è tout instant le mode différentiel ou omnidirectionnel. Par contre, lorsque le téron 14 est encastre dans l'une des cavités 34 et 35, le microphone fonctionne constamment suivant le mode respectif différentiel ou omnidirectionnel. Ainsi, suivant la pose initiale de la bague 3 sur le bottier, le microphone peut fonctionner sélectivement ou en permanence à l'un des deux modes. En se reportant de nouveau a"' la Fig. 1, la tige de transmission 5 est alignée sur l'axe vertical X'X du boîtier. Une extrémité 51 de la tige 5 est solidaire du sommet du cône de la membrane 2 par un point de colle 21. L'autre extrémité 52 de la tige 5 est pliée angle droit et collée uné première extréinité 41 du barreau piézoélectrique- 4. La tige 5 est coaxiale è- un trou cylindrique central 15 entre la cavité 13 de la partie avant 10 du boîtier 1 renfermant la membrane 3 et une cavité 17 de la partie arrière 16 du bùttier 1 renfermant le barreau 4 et son dispositif de fixation ainsi que le préamplificateur incorporé. Selon l'invention, la tige 5 traverse axialement une garniture discorde 6 qui est fixée sous la partie avant 10 à l'avant de la cavite interne cylindrique 17 de la partie arrière 16 du bottier. Cette garniture permet les microdéplacements axiaux de la tige 5 et confère également une étanchéité à l'eau de la cavité 17 lorsque le microphone est entièrement submergé, l'eau pénétrant dans la cavité avant 13 autour de la membrane 2 par les ajours de la bague 3 et, éventuellement, par les orifices 32 et 12 lorsque le microphone fonctionne en mode différentiel. La garniture 6 est découpée dans une feuille élastique en polymère ou dans plusieurs telles feuilles superposées collées. Gracie à son élasticité, la garniture 6 se resserre autour de la tige 5 et assure une étanchéité entre les cavités 13 et 17 permettant lBimmersion du microphone sous quelques mètres de profondeur L'ensemble moteur composé par la membrane 2, la tige de transmission 5, la garniture 6 et le barreau piézoélectrique 4 présente une fréquence de résonnance qui est située au-deld de la bande d'audiofréquence afin de ne pas perturber la transmission de la parole. Le barreau 4 est disposé radialement dans la cavité arrière 17, c'est-à-dire est perpendiculaire à la tige 4 et occupe avec son dispositif de fixation moins d'une moitié de cette cavité par rapport a"' l'axe X'X. Le dispositif de fixation du barreau piézoélectrique consiste en deux plaquettes conductrices électriquement 42 en U qui entretoisent chacune la seconde extrémité 43 du barreau 4 et qui sont serties sur un support 44 fixé a"' une saillie plane horizontale 18 venue de moulage à l'avant de la cavité 17. Deux broches souples conductrices 45 sont solidaires des plaquettes 42 et ont leurs autres extrémités sBenfichant dans deux trous métallisés d'une plaque discoïde de circuit imprimé 7. La plaque de circuit imprimé 7 supporte des composants électroniques discrets et/ou intégrés 70, tels que des résistances, condensateurs, transistors et analogues, constituant un préamplificateur incorporé au microphone. Le préamplificateur compense convenablement la courbe de réponse impédance-fréquence de l'ensemble moteur. La plaque 7 est reliée électriquement au couvercle cylindrique creux 8 qui ferme d'une manière étanche l'arrière de la cavité 17 de la partie arrière 16. Le couvercle 8 est constitué par un disque porteur rigide 80 qui est traversé par deux broches rigides 81 et 82 parallèles l'axe X'X.Les broches 81 et 82 constituent les deux bornes du microphone qui sont destinées a"' l'alimentation du préamplificateur et à la transmission du signal électrique à audiofréquence de celui-ci vers le circuit audio d'utilisation. Le préamplificateur peut être alimenté soit en deux fils pour fonctionnement à travers des circuits fantômes, soit en trois fils, deux pour l'alimentation et un pour la sortie du signal modulé. Les extrémités avant des broches 81 et 82 sont soudées à la plaque de circuit imprimé 7. L'extrémité arrière de la broche 81 est soudée à la périphérie d'une grande pastille de contact 83 solidaire du disque porteur 80 et formant le centre arrière du couvercle 8. L'extrémité arrière de l'autre broche 82 est soudée à la périphérie interne d'une bague de contact 84 qui forme le pourtour cylindrique du couvercle 8 et dont l'extrémité avant est sertie autour de l'arrière de la partie arrière 16 du bottier 1. Lors de ce sertissage, la périphérie du disque porteur 80 est plaquée contre l'arrière de la partie 16 par l'interme- diaire d'un anneau en caoutchouc 85. Le disque porteur 30 peut être remplacé par un circuit imprimé. Comme on le voit sur la Fig. 1, le fait que le dispositif de fixation 42-44 du barreau 4 occupe moins de la moitié de la cavité 17 permet l'implantation aisée des composants 70 du préamplificateur sur la face avant de la plaque de circuit imprimé 7 et dans le reste du volume de la cavité 17. Dans la Fig. 1, on a également représenté schématiquement en C, la cavité étanche d'un combiné téléphonique ou analogue propre à recevoir la partie arrière 16 du boîtier 1 du microphone. Bien que le mode de réalisation décrit ci-dessus ait trait à un microphone piézodlectrique, les principales dispositions caractérisant ltobjet de l'invention sont également applicables à un transducteur effectuant la transformation inverse, tel qu'un écouteur ou un hautparleur piézoélectrique. Revendications 1 - Transducteur acousto-électrique comprenant un bottier (1) ayant une cavité avant (13) et une cavité arrière (17), une~membrane (2) fixée dans la cavité avant (13), un barreau piézoélectrique (4) inclus dans la cavité arrière (17) et une tige de transmission (5) reliant le centre (21) de la membrane (2) au barreau (4), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques étanches à liteau (6) solidaires du boîtier (1) entre la cavité avant (13) et la cavité arrière (17), traversés par la tige (5). 2 - Transducteur conforme la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques étanches sont feuilletés ou non et sont en polymère ou en tout autre matière élastique. 3 - Transducteur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige (5) est solidaire d'une première extrémité (41) du barreau piézoélectrique (4) et en ce que la seconde extrémité (43) du barreau est fixée solidairement à la cavité arrière (16, 17, 18) du boîtier (1). 4 - Transducteur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde extrémité (43) du barreau piézoélectrique (4) est entretoisée solidement par deux plaques conductrices (42) fixées solidairement à la cavité arrière (16, 17 18) du bottier (1). 5 - Transducteur conforme à la revendication 3 ou 4 comprenant une plaque de circuit imprimé (7) supportant des composants électroniques diserets et/ou intégrés (70) et solidaire d'un couvercle (8) fermant l'arrière de la cavité arrière (16, 17) du boîtier (1), caractérisé en ce que des composants (70) sont logés dans 11 espace de la cavité arrière (17) diamétralement opposé à l'espace contenant le barreau (4) par rapport "'a la tige (5). 6 - Transducteur conforme aux revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux broches conductrices (45) solidaires des plaques conductrices (42) et enfichables dans la plaque de circuit imprimé (7). 7 - Transducteur conforme à l'une des revendications 1 à 6 comprenant une bague ajourée (3) fermant l'avant de la cavité avant (13) du boîtier (1), et des orifices (12) dans la paroi (10) de la cavité avant sous la membrane (2), caractérisé en ce que la bague (3) est munie d'orifices (32) et rotative autour de l'axe (X'X) de la membrane (2) afin d'aligner les orifices de la bague avec les orifices (12) de la paroi (10) de la cavité avant (13) ou d'obturer ces derniers (12). 8 - Transducteur conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la liaison de la bague (3) avec la paroi (10) de la cavité avant (13) est du type à balonnette, à encliquetage ou analogue. 9 - Transducteur conforme à la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qua la bague (3) et la cavité arrière (13) comporte des moyens coopérants (14, 33, 34, 35) pour fixer stationnairement ou sélectivement la bague (3) apres la pose de celle-ci autour de la cavité avant (13) à l'une de deux positions correspondant respectivement à l'alignement des orifices (32) de la bague (3) avec'les orifices (12) de la cavité avant (13) et à l'obturation de ces derniers- (12).