Brevet FR2559636A1 — publié le 19850816

TRANSDUCTEUR ELECTRO-ACOUSTIQUE A EMISSION DOTIONS La présente invention concerne un transducteur électroacoustique du type comportant au moins un élément à extrêmité acérée, tel que pointe ou arête, susceptible d'émettre des ions lorsqutil est porté à des potentiels électriques suffisamment élevés, et des moyens pour moduler le potentiel appliqué audit élément par une tension alternative de fréquence acoustique. Par le document US-A-3 476 887, on connait déjà un transducteur électro-acoustique pouvant être défini comme comportant des elements à extremité acérée, tels que pointes, arêtes susceptibles d'émettre des ions lorsqu'ils sont portés â des potentiels électriques suffisamment élevés et des moyens pour moduler le potentiel appliqué auxdits éléments par une tension alternative de fréquence acoustique. Pour une pointe déterminée, lorsque la valeur du potentiel électrique depasse un seuil, il y a ionisation des molécules de l'air, notamment des molécules d'oxygène. La pointe devent ionisante par effet de champ. Les ions créés par la pointe sont de même signe que cette dernier et ils sont donc repoussés par celle-ci, quel que soit le sig de la tension. La demanderesse a trouvé que, pour que l'activité ionisante des pointes soit maximale, cBest-à-dire pour que la quantité d'ions errée par une pointe soit la plus élevée possible, il était nécessaire d'évacuer les ions qui sont créés au voisinage d'une pointe, sinon le potentiel-de l'air qui enveloppe la pointe stélève et il tend à prendre une valeur proche de celui de-la pointe, ce qui diminue le champ électrique et ltémission d'ions. L'objet de la présente invention est d'obtenir, pour un transducteur électro-acoustique du type décrit ci-dessus, un rendement élevé, c'est-à-dire une évacuation satisfaisante des ions au fur et à- mesure de leur formation. A cette fin, selon l'invention, un transducteur électroacoustique du type comportant au moins un élément à extrêmité acérée, tel que pointe ou arête, susceptible d'émettre des ions lorsqu'il est porté à des potentiels électriques suffisamment élevés, ainsi que des moyens pour moduler le potentiel appliqué audit élément par une tension alternative de fréquence acoustique est caractérisé en ce qu'il comporte deux grilles parallèles entre elles et audit élément et disposées symétriquement de part et d'autre de celui-ci, en ce que une haute tension est appliquée entre les grilles d'une part, et ledit élément d'autre part, et en ce que lesdits moyens de modulation appliquent sur lesdites grilles la même tension alternative de fréquence acoustique, mais avec des phases opposées. Ainsi, grâce à cette structure, le transducteur selon l'invention présente un fonctionnement en va-et-vient, évitant l'accumulation d'ions au voisinage dudit élément et augmentant donc le rendement dudit transducteur. De préférence, afin d'augmenter encore la circulation des ions, le transducteur comporte des parois de guidage disposées de part et d'autre dudit élément et présentant un axe transversal à celui-ci. On remarquera que, de plus, de telles parois de guidage empêchent la fermeture sur elles-mêmes des lignes d'écoulement des ions et donc le court-circuit acoustique. Avantageusement, ces parois de guidage sont divergentes et opposées et elles délimitent par leur partie étroite commune une chambre de section au moins approximativement constante, dans laquelle se trouve ledit élément. On a remarqué qu'il était préférable, en ce qui concerne la valeur du gain, que lesdites grilles se trouvent dans ladite chambre de section au moins approximativement constante plutôt que dans les parties divergentes des parois de guidage. Au moins dans le cas où ledit élément est une pointe, afin d'éviter les turbulences aérodynamiques en bout dudit élément, et donc empêcher la création d'un bruit de fond, il est avantageux que la distance entre l'extremité de ladite pointe et la paroi de ladite chambre en regard, soit suffisamment grande, au moins de l'ordre de 0,5cl. A la meme fin, il est également préférable de prévoir, dans la paroi de ladite chambre, un évidement en regard de ladite pointe. Dans un mode de réalisation avantageux, le transducteur selon l'invention peut comporter un bloc de matière électriquement isolante, par exemple de forme torique, dans lequel sont réalisées les parois de guidage et ladite chambre et duquel sont solidarisés le ou lesdits éléments. Quoique non exclusivement, la présente invention est particulièrement adaptee à la réalisation de cellules éleetrowaeoustiques de dimensions réduites pouvant être utilises isolement pour la sonorisation de petits volumes, par-e emple les écouteurs d'un casque, ou en combinaison de plusieurs cellules pour la sonorisation de volumes plus importants, par exemple des haut-parleurs. Les dimensions réduites de telles cellules sont avantageuses, car elles permettent de commander celles-ci directement à l'aide d'un transistor à haute tension et donc d'obtenir une bande passante très large (pratiquement du continu à 100 kHz et plus) et un taux de distorsion réduit.De plus, ces dimensions réduites permettent d'appliquer entre les grilles d'une part, et l'élément d'autre part, une haute tension relativement modérée, de sorte que lton réduit encore le bruit de fond. Dans un mode de réalisation avantageux, le volume de ladite chambre est de l'ordre de 0,5 cm3, la distance entre ladite pointe et les grilles de l'ordre de 0,2 à 0,3 cm, la distance entre l'extremité de la pointe et la paroi en regard de la chambre de l'ordre de 0,5 cm et la maille des grilles de l'ordre de 0,5 mm, alors que la haute tension appliquée est de l'ordre de 1,5 à 2 kV. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe axiale, passant par l'élément à extrêmité acérée, d'un mode de réalisation avantageux du transducteur électro-acoustique selon l'invention. La figure 2 est une coupe axiale, tournée de 900 par rapport à la figure 1, du transducteur électro-acoustique conforme à l'invention. La figure 3 est une coupe diamétrale, selon la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 montre schématiquement le circuit électrique d'alimentation du transducteur des figures 1 à 3. La figure 5 illustre un mode de réalisation avantageux du générateur de haute tension pour le transducteur conforme à l'invention. La figure 6 montre le diagramme amplitude/fréquence du transducteur selon l'invention. Les figures 7 à 9 illustrent des variantes de réalisation du transducteur selon l'invention. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Le transducteur électro-acoustique selon l'invention, montré schématiquement sur les figures 1 à 3 à une échelle voisine de l'échelle 1, comporte un bloc torique 1 de matière électriquement- isolante, percé centralement par un trou ménageant une chambre centrale cylindrique 2, reliée à deux parties coniques opposées 3 et 4, coaxiales entre elles et à la chambre 2, débouchant à l'extérieur. Dans le bloc 1 est emprisonnée une pointe conductrice 5, transversale à l'axe de la chambre 2 et des parties coniques 3 et 4, et débouchant dans ladite chambre 2, par exemple de façon que l'extremité 6 de ladite pointe se trouve sur l'axe de ladite chambre 2 et des parties coniques 3 et 4. Des grilles 7 et 8 sont disposées, symétriquement de part et d'autre de la pointe 5 et parallèlement à celle-ci, aux jonctions de la chambre 2 et des parties coniques 3 et 4. En regard de la pointe 5, le bloc 1 est percé d'un trou 9. Une haute tension modulée HT peut être appliquée entre les grilles 7 et 8, d'une part, et la pointe 5 d'autre part. Le circuit de modulation, montré par la figure 4, reçoit, par exemple du générateur à haute tension de la figure 5 décrit ei-après, une haute tension HT, dont, par exemple, le potentiel négatif-HT est appliqué à la pointe 5 et le potentiel positif + HT est appliqué en commun aux grilles 7 et 8, par l'intermédiaire de fortes résistances R1 (par exemple 1 Mi\). Ce circuit de modulation comporte deux transistors T à haute tension montés en émetteur commun, avec leur collecteur relié à la grille 7 ou à la grille 8 respectivement et leur émetteur réuni à la masse. Les bases des transistors T sont reliées à la sortie d'amplificateurs opérationnels Al et A2 respectivement, associés chacun à une résistance de contre-réaction R2. La tension alternative de fréquence acoustique m, destinée à moduler la haute tension HT, est appliquée par l'intermédiaire de résistances R3, respectivement à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel Al associé à la grille 7 et à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel A2 associé à la grille 8. Ainsi, cette tension de modulation m est appliquée en opposition de phase sur lesdites grilles 7 et 8. L'impédance de sortie des transistors T est élevée, à cause de leur montage en émetteur commun, de sorte qu'il est avantageux de placer lesdits transistors aussi près que possible des grilles 7 et 8 pour éviter les pertes capacitives de transmission. Sur la figure 1, on a représenté les transistors T montés sur le bloc 1. La figure 5 montre que la haute tension HT peut être obtenue par un transformateur piézoélectrique TP excité par un signal alternatif ou.impulsionnel à basse tension bt. Un tel generateur à haute tension présente l'avantage d'être peu encombrant et peu lourd, de sorte qu'il peut être solidarisé du bloc~1, ce qui est un avantage lorsque le transducteur selon l'invention est utilisé comme haut-parleur de casque d'écoute. On a construit un tel haut-parleur pour casque d'écoute, du type de celui des figures 1 à 3, présentant les particularités suivantes - diamètre de la chambre 2 : environ 1 cm - distance entre la pointe 5 et chacune des grilles 7 ou 8 de 2 à 3 mm - maille des grilles 7 et 8 o 0,5 mm En appliquant une haute-tension HT égale à 2kV et en faisant varier la fréquence du signal de modulation m, on a tracé la courbe amplitude (en dB) - fréquence F (voir la figure 6), en plaçant un microphone de mesure du type BRUEL et KJAER 4133 plaqué contre une oreillette de mousse obturant la paroi conique 3. La pression sonore au niveau de la membrane du microphone était égale à 94 dB. Cette mesure montre une très grande linéarité de réponse du transducteur selon l'invention, meme dans les graves. Les figures 7 â 9 montrent des variantes de réalisation dans lesquelles sont prévues plusieurs pointes 5. Dans ce cas, toutes les pointes du transducteur sont portées en commun au même potentiel. Ces figures montrent que les pointes peuvent être placées en couronne pointant vers le centre d'un cercle (figure 7), en ligne (figure 8) ou en deux lignes face à face ou en quinconce (figure 9). REVENDICATIONS 1 - Transducteur électrique du type comportant au moins un élément à extrêmité acérée, tel que pointe (5) ou arête, susceptible d'émettre des ions lorsqu'il est porté à des potentiels électriques suffisamment elevés, ainsi que des moyens pour moduler le potentiel appliqué audit élément (5) par une tension alternative de fréquence acoustique, caractérisé en ce qu1il comporte deux grilles (7, 8) parallèles entre elles et audit élément (5) et disposées symétriquement de part et d'autre de celui-ci, en ce qu'une haute tension est appliquée entre les grilles (7, 8) d'une part et ledit élément (5) d'autre part, et en ce que lesdits moyens de modulation appliquent sur lesdites grilles (7, 8) la même tension alternative de fréquence acoustique, mais avec des phases opposées. 2 - Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des parois de guidage (2, 3, 4) disposées de part et d'autre dudit élément et présentant un axe transversal à celui-ci. 3 - Transducteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que ces parois de guidage sont divergentes et opposées et elles délimitent par leur partie étroite commune une chambre (2) de section au moins approximativement constante, dans laquelle se trouve ledit élément (5). 4 - Transducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites grilles (7, 8) se trouvent dans ladite chambre de section au moins approximativement constante, plutôt que dans les parties divergentes (3, 4) des parois de guidage. 5 - Transducteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'élément est une pointe (5), caractérisé en ce que la distance entre l'extremité de ladite pointe et la paroi de ladite chambre en regard est au moins de l'ordre de 0,5 cm. 6 - Transducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un évidement (9) est ménagé dans la paroi de la chambre (2), en regard de la pointe (5). 7 - Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (1) de matière électriquement isolante, dans lequel sont réalisées les parois de guidage et ladite chambre et duquel sont solidarisés le ou lesdits éléments. 8 - Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérise en ce que les moyens de modulation comportent deux transistors (T) à haute tension, associés à des amplificateurs opérationnels (Al, A2). 9 - Transducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits transistors (T) sont solidaires du transducteur. 10 - Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, earaetéri3é en ce que ses dimensions lui permettent de former un haut-parleur pour casque d'écoute.