Brevet FR2525061A1 — publié le 19831014

Membrane pour microphone. La présente invention se rapporte à une membrane pour microphone conçu selon le principe électrostatique ou selon le principe électrodynamique, avec une caractéristique directionnelle marquée,, en particulier à caractéristique en cardiolde, en supercardiolde, en hypercardiolde, en forme de huit ou autre semblable, ladite membrane, tendue, présentant une épaisseur de moins de 8 microns et un diamètre de 10 mm,au maximum. A partir du brevet DE-PS-452 961, on connaît une membrane dite sans résonance, dans laquelle de la grenaille de carbone de diffé- rente taille est collée sur une peau mince, non tendue, en caoutchouc ou autre semblable L'épaisseur de la peau de caoutchouc est indiquée de 0,1 mm Une telle membrane n'est utilisable que pour un microphone à grenaille Le brevet DE-OS 30 Il 056 se réfère à une masse moulée qui, entre autres doit également convenir pour des membranes de transducteur électroacoustique Dans la masse moulée connue, il s'agit en particulier d'un mélange de plastique auquel peut éventuel- lement être ajouté un apport de caoutchouc acrylonitrile-butadiène (environ 20 % de la masse totale) Etant donné qu'avec cette masse moulée on peut également obtenir des bras de tourne-disque, des bottiers et autres semblables, il ne s'agit pas ici d'un matériau de membrane élastique Avec les membranes décrites ci-dessus, correspon- dant à l'état actuel de la technique, il est pratiquement impossible de fabriquer des microphones électrostatiques ou, électrodynamiques du type mentionné au début Dans le premier cas il s'agit d'une mem- brane qui n'est exclusivement utilisable que pour les microphones à grenaille, et dans le deuxième cas il s'agit d'une masse moulée qui ne convient pas pour les membranes de haut-parleurs. L'invention concerne par contre des microphones à action directionnelle particulière, équipés d'une membrane du type mentionné au début Ces microphones présentent, dans le domaine des fréquences audibles de 20 Hz à 20 k Hz, lorsque le son arrive perpendiculairement de l'avant sur le microphone, une courbe de réponse en fréquence à allure exclusivement horizontale. Dans le cas des récepteurs à gradient de pression qui présentent l'une des caractéristiques directionnelles mentionnées au début, par contre, selon qu'il s'agit d'un récepteur électrostatique ou d'un récepteur électrodynamique, il faut des membranes à caracté- ristiques acoustiques différentes Les microphone électrostatiques nécessitent une membrane dont la résonance propre soit environ entre 1 000 Hz et 1 500 Hz Dans le cas des microphones conçus selon le principe du transducteur électrodynamique, pour avoir une courbe de réponse en fréquence favorable, il faut que la résonance propre de la membrane se situe à l'extrémité inférieure de la bande de fréquence à transmettre On demande de plus que les membranes présentent une masse faible et un module d'élasticité très bas Mais une faible masse de membrane est également nécessaire pour pouvoir dans le cas des microphones conçus selon le principe électrostatique, étendre la bande de transmission jusqu'aux fréquences les plus élevées à transmettre par le microphone De plus une faible masse de membra- ne réduit la sensibilité du microphone à l'égard des vibrations mécani- ques et des chocs des coups agissant brutalement sur le microphone. Pour les microphones conçus selon le principe électrosta- tique, également désignés sous le nom de microphones à condensateur, on a jusqu'ici utilisé des membranes en feuilles minces de polyester ou de polycarbonate, dont l'épaisseur atteint 3 à 6 microns Ces feuilles de plastique sont matricées selon un modèle pour abaisser leur résistance à la flexion et accroître leur souplesse Le module d'élasticité, pris comme mesure de l'élasticité d'un matériau, atteint s 25 pour les feuilles de plastique mentionnées environ 0,02 105 mp Avec ce type de membranes on ne peut obtenir des résonances de membrane de fréquence d'environ 1 500 Hz que si le diamètre de la membrane n'est pas inférieur à 15 mm Pour les diamètres de membrane inférieurs à cette valeur, la fréquence de résonyance croît à peu près linéaire- ment avec la décroissance du diamètre, de sorte que par exemple pour un diamètre de membrane inférieur à 10 mm, la résonance de membrane croît au-dessus de 2 000 Hz Les microphones direction- nels à condensateur, dont la résonance de membrane se situe au-dessus de 2 000 Hz, présentent pourtant, dans le domaine des basses fréquen- ces, une baisse de niveau qui peut atteindre, dans le cas du niveau à 100 Hz comparé au niveau à 1000 Hz, jusque 20 d B Mais ceci signifie une limitation sensible de la bande de transmission donc une dégradation de la fonction du transducteur. Des feuilles de plastique très minces, avant tout des feuil- les fabriquées en polycarbonate et d'épaisseur inférieure à 8 microns, présentent, du fait du procédé de la fabrication, une structure de finesse différente, qui apparaît, dans la feuille moulée étirée, sous forme cristalline dissymétrique Cela signifie qu'une telle feuille, lorsqu'elle est utilisée comme membrane dans un transducteur électro- JO acoustique, présente des résistances à la traction différentes dans des directions différentes et ne présente en rien une tension interne c identique dans toutes les directions Une tension interne irrégulière de ce type de la membrane peut être la cause de dissymétries dans le diagramme directionnel du microphone En d'autres termes, le diagramme directionnel d'un microphone à symétrie de rotation com- portant une membrane dont les tensions internes ont des allures irrégulières n'est pas symétrique de rotation et les diagrammes direc- tionnels qui se présentent dans les différents plans méridiens ne sont pas superposables Ceci signifie un important désavantage du point de vue de la qualité de réception d'un microphone. Pour les microphones conçus selon le principe électrodyna- mique et ici tout particulièrement pour les microphones orthodynami- ques à circuits conducteurs rapportés à la surface de la membrane, il apparaît comme avantageux, pour les mêmes motifs que pour le microphone électrostatique, d'utiliser une membrane obtenue de la même façon Ici c'est avant tout l'exigence d'une résonance propre basse de la membrane, pour un très petit diamètre, qui est de loin critique, elle doit donc se situer à l'extrémité des fréquences basses de la bande de transmission et donc aux environs de 150 Hz. L'invention a comme objet de créer une membrane qui ne présente pas les désavantages mentionnés ci-dessus Cet objet est atteint par le moyen que la membrane est constituée d'un matériau élastique extensible sur base caoutchouc et présente une résonance propre maxima de 1 200 Hz à 1 500 Hz. L'avantage qui résulte de l'utilisation d'un tel matériau doit se voir dans le fait que son module d'élasticité est inférieur à celui des feuilles de polyester ou de polycarbonate utilisées jusqu'ici, et que, simultanément, du fait de la flexibilité élevée, il donne égale- ment un bon amortissement de la membrane en vibration La valeur très faible du module d'élasticité pour les matériaux à base de caout- chouc permet de fabriquer des membranes très minces d'un diamètre inférieur à 10 mm, qui, du fait de leur masse de membrane extrême- ment faible, ont une résonance de membrane inférieure à 1200 Hz. De ce fait on peut maintenant réaliser un microphone directionnel électrostatique à courbe de réponse en fréquence horizontale dans la bande de fréquence allant de 20 Hz à 20 k Hz et avec de très faibles dimensions extérieures qui sont largement en dessous de celles qui étaient possibles jusqu'ici pour les microphones électrostatiques de bonne qualité A cela s'ajoute encore l'important avantage de l'extensibilité du caoutchouc, plus élevée que celle des feuilles de plastiques, allant jusque 400 % pour le caoutchouc, à comparer à environ 10 % pour le plastique Un autre avantage réside dans la remarquable homogénéité directionnelle du caoutchouc qui permet de fabriquer des membranes de microphone dont la tension interne est égale dans toutes les directions, ce qui fait en particulier qu'une membrane de forme circulaire à bridage de bordure de forme circulaire présente toujours la même tension interne c dans une direction radiale quelconque Une membrane tendue de cette façon présente un comportement aux vibrations si régulier que le diagramme direction- nel du microphone est strictement symétrique de rotation, ce que l'on ne pouvait pas obtenir avec les matériaux utilisés jusqu'ici pour les membranes de microphone Un avantage très important de la faible résistance à la flexion des membranes fabriquées à partir de matériaux à base caoutchouc apparaît dans un comportement aux vibrations sensiblement plus homogène de la membrane aux hautes fréquences, ce qui conduit avant tout à une courbe de réponse en fréquence à allure très lisse En dehors des avantages mentionnés jusqu'ici, il faut attirer tout paticulièrement l'attention sur le fait que les dimensions extérieures d'un microphone déterminent la valeur de la distorsion d'un champ acoustique et linéaire C'est ainsi qu'appa- raissent, aux basses fréquences, des diffractions acoustiques autour du corps du microphone, tandis qu'aux hautes fréquences la surpression s'accroît Dans le cas des microphones avec membrane selon l'inven- tion, ces distorsions du champ acoustique se trouvent en dehors de la bande audible, donc au-dessus de 20 k Hz, si le diamètre du microphone est égal ou inférieur à 6 mm Mais la miniaturisation du microphone signifie également un aspect discret pour le théâtre, les prises de vue en télévision, les conférences, les reportages et autres utilisations semblabes, et, ce qui n'est pas le moindre, dans le cas o le microphone est porté à la cravate, cas dans lequel il peut avant tout être avantageusement conçu comme microphone directionnel. L'emploi de caoutchouc chloroprène, du caoutchouc néo- prène, du caoutchouc silicone ou du caoutchouc naturel est apparu comme particulièrement avantageux Pour les microphones électro- statiques dont la membrane demande une certaine conductibilité électrique, il est avantageux de rendre conducteur le matériau de la membrane rapporté sur base caoutchouc par apport de poudre métallique ou de noir de fumée Mais on peut également rendre électriquement conductrice la membrane tendue en la recouvrant d'une couche métallique par vaporisation sous vide, par crépitement ou par un revêtement de laque électriquement conductrice Il appa- raît que l'on peut avantageusement rendre la membrane selon l'in- vention, sans dépense supplémentaire et de différentes façons, suffisamment électriquement conductrice pour qu'elle convienne pour emploi dans les microphones électrostatiques. Un autre avantage du matériau de membrane proposé selon l'invention doit se voir dans le fait qu'il peut avoir un frotte- ment interne important, ce qui permet d'obtenir un amortissement optimum des vibrations partielles C'est en particulier le caoutchouc butyle qui a fait ses preuves de ce point de vue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 montre l'image de tension d'une membrane connue à module d'élasticité fonction de la direction; la figure 2 montre l'image de tension d'une membrane selon l'invention à module d'élasticité indépendant de la direction. la figure 3 montre la courbe de réponse en fréquence d'un microphone électrostatique à membrane plastique dont la réso- nance propre se situe au-dessus de 2000 Hz; et, la figure 4 montre la courbe de réponse en fréquence d'un microphone électrostatique avec membrane selon l'invention et d'une résonance de membrane se situant entre 1500 Hz et 2000 Hz. La figure 1 représente le champ de tension d'une membrane tendue dans une bague R, tel qu'il apparaît dans une feuille de plastique tendue, parallèlement à la surface de la feuille Il y a deux directions préférentielles perpendiculaires l'une à l'autre, représentant respectivement l'une la tension interne 6 augmente en continu ou diminue en continu selon la direction préfé- rentielle d'o on part, de sorte que par exemple le lieu géométrique de tous les vecteurs de tension représente une ellipse. La figure 2 montre le champ de tension d'une membrane également tendue dans une bague R, mais constituée d'un matériau correspondant à l'invention La structure homogène du matériau au module d'élasticité indépendant de la direction peut se voir au fait que ce champ ne présente pas de direction préférentielle marquée La tension internes est constante dans toutes les directions. La figure 3 représente la courbe de réponse en fréquence d'un microphone électrostatique dont le diamètre de membrane est inférieur à 10 mm et dont la membrane est fabriquée en un plastique traditionnel dont le module d'élasticité n'autorise une résonance de membrane que loin au- dessus de 2000 Hz Cette courbe d'une réponse en fréquence permet de voir qu'en dessous de 1000 Hz la sensibilité du microphone décroît continuellement de sorte que cette plage de fréquence très importante située dans la bande audible n'est transmise que de façon défectueuse ou même pas du tout. La figure 4 représente la courbe de réponse en fréquence d'un microphone électrostatique équipé d'une membrane selon l'in- vention et de diamètre inférieur à 10 mm Comme le montre la courbe a), son allure est largement horizontale entre 20 Hz et 20 k Hz, car la résonance de la membrane dans la bande de fréquence se situe entre 1000 Hz et 1500 Hz Ceci doit être attribué au maté- riau de la membrane selon l'invention, dont le module d'élasticité est sensiblement inférieur à celui des matériaux de membrane utilisés jusqu'ici La qualité de transmission d'un tel microphone est très élevée, car c'est la totalité de la bande de fréquences audibles qui est transmise avec un facteur de conversion identique pour toutes les fréquences Que la caractéristique directionnelle soit également pleinement maintenue, c'est ge que montrent les courbes b) et c) qui représentent l'amortissement en retour, une fois aune distance de 1 m (courbe b champ acoustique sphérique) et une fois dans un champ acoustique plan (courbe c). Les mêmes figures représentent, toutes choses égales par ailleurs, également l'emploi de la membrane décrite pour un microphone orthodynamique, étant entendu que toutefois il faut tenir compte ici que la résonance propre de membrane doit se situer aux environs de 150 Hz En dessous de cette fréquence de résonance, il apparaît pourtant sur la courbe de réponse en fréquence une chute de 12 d B par octave. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Membrane pour microphone conçu selon le principe électrostatique ou selon le principe électrodynamique, avec une carac- téristique directionnelle marquée, en particulier à caractéristique en cardio Tde, en supercardiolde, en hypercardioïde, en forme de huit ou autre semblable, ladite membrane, tendue, présentant une épaisseur de moins de 8 microns et un diamètre maximum de 10 mm, carac- térisée en ce que la membrane est constituée d'un maté'riau élastique extensible sur base caoutchouc et présente une résonance propre maxima de 1200 Hz à 1500 Hz. 2 Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de caoutchouc au chloroprène, de caoutchouc au néoprène, de caoutchouc au silicone ou de caoutchouc naturel. 3 Membrane selon la revendication 1, pour microphone électrostatique, caractérisée en ce que le matériau de la membrane, à base caoutchouc est rendu conducteur par apport d'une poudre métallique ou de noir de fumée. 4 Membrane selon la revendication 1, pour microphone électrostatique, caractérisée en ce que la membrane reçoit une couche métallique par vaporisation sous vide, par dépôt par crépitement ou reçoit une couche de laque électriquement conductrice. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau à base caoutchouc à frottement interne important, comme par exemple du caoutchouc butyle.