Brevet FR2557342A1 — publié le 19850628

255734.2 La présente invention concerne un dispositif améliorant la trans- mission de la parole depuis un masque respiratoire muni d'une membrane de conversation, à l'aide d'un transducteur électro-acoustique prévu dans ou sur le masque. Plusieurs types de transmission de la parole sont connus pour l'utilisation d'un masque respiratoire. Un système de ce type est connu par la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 30 13 939, qui décrit un transducteur réversible utilisable au choix avec un masque respiratoire ou un casque de pro- tection. Le transducteur réversible, constitué par un transducteur électro-acoustique de préférence dynamique, est logé dans un corps cylindrique dont le bord cylindrique est fivé de façon démontable sur le bourrelet du corps de la soupape d'expiration du masque respira- toire ou sur la mentonnière du casque de protection. L'unique avantage d'un tel système transducteur réside dans le fait qu'un seul et même système transducteur est utilisé à la fois comme microphone et comme hautparleur. Un transducteur réversible présente néanmoins toujours l'inconvénient d'une moindre qualité de transmission, pour des raisons acoustiques. Le microphone ne peut en outre capter que le son trans- mis à travers le masque et dont la netteté est très fortement perturbée. La réception du son provenant du voisinage immédiat de la personne masquée est ainsi améliorée, le son parasite, tel que les bruits de la soupape d'expiration, qui ne contient pratiquement aucune infor- mation, étant alors transmis. Pour assurer une certaine compréhension de la parole, la fréquence d'entrée de la soupape d'expiration doit être réalisée en résonateur de Helmholtz, avec une fréquence de réso- nance d'environ 2400 Hz, et un second résonateur de Helmholtz doit être prévu comme élément du transducteur réversible, avec une fréquence de résonance de 3000 Hz, afin de garantir la gamme de fréquence jusqu'à 3000 Hz au moins, à transmettre pour la radiotéléphonie. La qualité de reproduction médiocre et non satisfaisante des transducteurs réversibles est imputable au fait que les conditions de mécanique vibratoire de la membrane du transducteur ne sont pas les mêmes lors de la réception et de la reproduction du son; des dis- positions électriques sont nécessaires pour équilibrer la variation de fréquence des deux transducteurs. Il convient aussi de tenir compte de ce qu'un diamètre de membrane de 3 à 4 cm, usuel pour de tels transducteurs réversibles, est insuffisant pour la reproduction de basses fréquences. Le facteur de distorsion de systèmes haut-parleurs si petits est donc élevé. Il convient donc d'examiner si un transduc- teur réversible du type précité garantit une netteté de la parole en cas d'utilisation pendant une catastrophe, faute de quoi un malentendu d'importance vitale risque de se produire. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 30 13 939 décrit divers dispositifs connus pour la communication entre personnes. On utilise ainsi des radiotélépho- nes, des casques-micros compacts, des laryngophones, des systèmes microphoniques portés sur le maxillaire au-dessous de l'oreille et desmicrophones fixés sur la soupape d'expiration du masque respira- toire, qui présentent tous des inconvénients. L'utilisateur du radio- téléphone par exemple doit avoir une main libre pour la manipulation de son appareil, ce qui limite fortement sa liberté de mouvement. Le bras du casque-micro portant le microphone doit, après la mise en place du masque respiratoire, être amené au voisinage de la bouche, o peut seul être reçu un signal vocal transmis à travers le masque et très peu compréhensible. Les autres systèmes précités sont généra- lement insuffisants du point de vue acoustique et désagréables à porter, ou alors l'influence d'un son parasite, tel que bruit ambiant et bruits des soupapes du masque respiratoire, perturbe la qualité du signal vocal. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 31 37 113 mentionne certes un ensemble casque-masque respi- ratoire équipé d'un microphone à contact, mais désigne ainsi un micro- phone déjà décrit dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 30 13 939, et qui reçoit directement les vibrations produites sur la tête par la parole. Le brevet autrichien n 342 129 décrit par ailleurs un masque à gaz ou à fumées, dans lequel un microphone est chargé directement par les ondes acoustiques aériennes produites par la parole, dans l'enve- loppe constituant le masque à gaz et au voisinage de la bouche. Ce masque ne comportant aucune membrane de conversation, le microphone incorporé doit être utilisé même pour une conversation à proximité, mais il risque dans certaines conditions de venir en contact direct avec la joue de la personne masquée, ce qui réduit fortement la pos- sibilité de compréhension, indépendamment de la position acoustique- ment défavorable du microphone sur le côté de la bouche, de sorte que les hautes fréquences, qui contribuent fortement à une compréhen- sion parfaite, sont très affaiblies. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 3 127 677 décrit un appareil de conversation pour personnes masquées, dans lequel un dispositif de transmission est fixé sur la face extérieure au moins du masque et permet de délivrer un signal de sortie correspondant à la voie de la personne masquée. Le signal de sortie peut alors être appliqué à un haut-parleur, que la personne masquée porte sur son corps, afin d'émettre des signaux acoustiques audibles par les personnes se trouvant à-proximité. Il apparaît que ce dispositif connu ne comporte aucune membrane de con- versation à proximité, mais exige pour cette opération un dispositif électro-acoustique complexe. Dans le dispositif connu, le son doit en outre traverser le matériau du masque, ce qui ne contribue en aucun cas à une parfaite compréhension de ce qui est dit à l'extérieur du masque. Le coût constructif est important et ne correspond absolument pas au résultat obtenu. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n 1 708 045 décrit enfin un embout de masque avec au moins une soupape d'expiration et une membrane de conversation. Cette dernière sert exclusivement à la compréhension à proximité, un masque intérieur étant prévu, qui d'une part interdit l'accès direct de l'air expiré à la vitre et d'autre part dirige le son vocal sur la membrane de conversation, de sorte que les ondes acoustiques sont transmises à l'extérieur par une préchambre. Ce dispositif connu ne permet pas la transmission à distance des paroles prononcées à l'intérieur du masque. L'invention vise à permettre, contrairement à l'art antérieur, une transmission depuis un masque respiratoire à l'aide de moyens simples et à obtenir simultanément une très bonne qualité de trans- 2-5573 4 2 - mission de la parole humaine, sans transmission du bruit parasite provenant de l'environnement de la personne masquée ou des bruits de soupapes et de respiration du masque même. L'invention doit notam- ment permettre, contrairement aux dispositifs connus, d'obtenir entre le son utile provenant de la parole et tout son parasite une diffé- rence de niveau si élevée que les parasites ne soient pratiquement plus perceptibles. Dans un masque respiratoire comportant une membrane pour la trans- mission de la parole hors du masque, et selon une caractéristique essentielle de l'invention, une partie mobile d'un transducteur électro- acoustique est accouplée directement à la membrane de conversation du masque respiratoire. Le dispositif selon l'invention présente l'avantage suivant: par suite du couplage entre le transducteur électro-acoustique et la mem- brane de conversation du masque respiratoire, la qualité de transmission et la netteté de la parole humaine transmise sont très fortement amé- liorées. Lorsque la personne masquée parle, la-limitation par le visage et le masque respiratoire ne permet pas l'établissement d'un champ de rayonnement aux basses et moyennes fréquences, de sorte que les pro- priétés acoustiques d'une chambre de pression sont à prendre en consi- dération. La pression alternative produite par la parole à l'intérieur du masque respiratoire est un multiple de la pression acoustique mesu- rable dans le champ de rayonnement proche, à une distance d'environ 5 cm de la bouche. La pression acoustique alternative à l'intérieur du masque est généralement supérieure d'environ 30 dB à la pression produite dans le champ de rayonnement proche, dans les mêmes conditions. La pression acoustique alternative dans le masque respiratoire imprime donc à toutes les parties vibrantes de ce dernier, et notamment à la membrane de conversation, des vibrations analogiques, que des capteurs acoustiques appropriés peuvent convertir en signaux électriques ana- logiques, ce qui par suite de la pression acoustique élevée régnant dans le masque respiratoire contribue à l'obtention d'un rapport signal/bruit extrêmement bon par rapport au bruit parasite provenant de l'environnement de la personne masquée, de sorte que le signal utile vocal est transmis sans perturbation. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'ac- couplement entre la partie mobile du transducteur et la partie du masque respiratoire entraînée en vibration est démontable. La possibilité de séparer le transducteur du masque respiratoire offre l'avantage de permettre d'utiliser le cas échéant ce dernier sans transducteur ou, dans le cas contraire, de fixer rapidement et facilement le transducteur sur le masque. - La membrane de conversation disposée dans le masque respiratoire se trouve à une distance d'environ 4 cm de la bouche et du nez de la personne masquée et doit lui permettre de communiquer avec des per- sonnes se trouvant à proximité. Une telle communication est soumise par nature à de très fortes limitations, notamment par le rayonnement acoustique extrêmement défavorable de la membrane. Une bien meilleure qualité de transmission, avec une compréhension parfaite, peut être obtenue uniquement quand la membrane de conversation est utilisée pour la réception acoustique par le transducteur électro-acoustique, comme le propose l'invention, car la pression acoustique alternative intérieure du masque respiratoire est ainsi convertie en signaux électriques analogiques. Ces signaux sont transmis à un système de communication électronique, tel qu'un système radioélectrique ou radiophonique, et peuvent être reçus dans un -écouteur stéthoscopique, un casque ou un hautparleur. L'avantage par rapport aux systèmes de communication connus réside essentiellement dans une transmission pratiquement sans perturbation ni distorsion, et par suite parfai- tement compréhensible. Selon une autre caractéristique de l'invention, le transducteur électroacoustique est un microphone à bobine mobile, dont la membrane repose directement sur la membrane de conversation du masque respira- toire. Un tel dispositif transmet parfaitement les vibrations de la membrane de conversation du masque respiratoire à la membrane du microphone, quand on veille à ce que les deux membranes ne puissent pas se séparer même à l'amplitude maximale de la membrane de conver- sation. L'avantage de ce type d'accouplement à la membrane de conver- sation réside dans le fait que le microphone est disposé à l'extérieur du masque respiratoire et n'encombre donc pas l'intérieur de ce der- nier. Des moyens acoustiques simples, tels qu'un frottement acousti- que, permettent d'accorder économiquement le comportement vibratoire du système constitué par la membrane de conversation et le micro- phone, de façon à obtenir une réponse en fréquence linéaire sur toute la gamme de fréquence d'environ 50 à 4000 Hz, ce qui correspond à un facteur de transmission constant sur la même gamme. Une telle réponse en fréquence est plus que suffisante pour assurer la netteté dans un système de communication électronique. Par suite des fortes pressions acoustiques vocales d'environ 120 dB apparaissant à l'intérieur du masque respiratoire, le microphone doit être très insensible par rap- port aux microphones habituellement utilisés, afin d'éviter une sur- modulation dans les systèmes de communication électroniques par le signal électrique délivré par le microphone. En d'autres termes, le même microphone mesuré dans un champ acoustique libre est extrêmement insensible et délivre à sa sortie électrique une tension inférieure d'environ 30 dB à celle délivrée par le microphone dynamique utilisé de la façon habituelle. Il en résulte aussi le rapport signal/bruit élevé de la conversation de la personne masquée. En général, le mas- que respiratoire porté assure en outre un affaiblissement du bruit ambiant. Les bruits provenant du masque même, tels que les bruits des soupapes de respiration, sont dans tous les cas atténués de 30 dB et par suite transmis de façon pratiquement inaudible. Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane de conversation du masque respiratoire est reliée à une partie au moins du système magnétique d'un transducteur électrodynamique, dont la bobine mobile ou la bobine plate est fixe. Dans un tel dispositif, la membrane de conversation du masque respiratoire est utilisée simultanément comme membrane du microphone et réunie avec les autres pièces du transducteur électrodynamique en, un microphone. Ce mode de réalisation économise la production d'une membrane de microphone, tout en donnant un microphone dynamique de fonctionnement satisfaisant et parfait. Ce mode de réalisation repré- sente une inversion de la forme de réalisation précédemment décrite d'un microphone dynamique. Elle présente l'avantage de permettre d'une façon extrêmement simple la réalisation et la fixation d'un microphone dynamique utilisable à volonté avec un masque respiratoire. Le son émis par la membrane de conversation vibrante peut toute- fois être capté aussi en réalisant un accouplement rigide entre la membrane de conversation du masque respiratoire et un transducteur piezoélectrique. Les transducteurs piezoélectriques se caractérisent essentiellement par leurs faibles poids et encombrement. Une autre possibilité pour capter le son consiste à accoupler la membrane de conversation du masque respiratoire à un transducteur électrostatique. La technique actuelle des électrets permet de pro- duire des transducteurs électrostatiques miniaturisés, qui convien- nent pour capter les vibrations de la membrane de conversation, en particulier du fait de leur faible poids, de leur encombrement réduit et de leur technique simple de connexion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exem- ples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un masque respiratoire clas- sique; la figure 2 est la coupe du porte-soupapes-membrane de conversation en matière plastique; la figure 3 est la coupe du porte- soupapes-membrane de conversation, avec un transducteur dynamique appliqué sur ladite membrane; la figure 4 est la coupe du porte-soupapes- membrane de conversation, avec une bobine mobile disposée sur ladite membrane; la figure 5 est la coupe du porte-soupapes-membrane de conversation, avec un aimant permanent fixé sur ladite membrane; la figure 6 est la coupe du porte-soupapes-membrane de conversation, avec un transducteur piezoélectrique accouplé rigidement à ladite membrane; la figure 7 est la coupe du porte-soupapes-membrane de conversation, avec un transducteur électrostatique accouplé; et la figure 8 est la coupe du porte-soupapes-membrane de conversation, ladite membrane constituant la partie du transducteur électrostatique qui capte le son. La figure 1 représente un masque respiratoire classique, cons- titué par le masque en caoutchouc I avec un vitre 5 et le porte- soupapes 2. Dans ce dernier, la membrane de conversation non repré- sentée est disposée derrière la tubulure 3 d'air inspiré. La soupape d'expiration 4 est disposée au-dessous de la tubulure 3 d'air inspiré, qui contient aussi la soupape. La figure 2 représente en coupe le porte-soupapes 2 avec la membrane de conversation 6, et la tubulure 3 d'air inspiré, avec la soupape d'inspiration 7 et la soupape d'expiration 4. La membrane de conversation 6 est protégée contre les détériorations par un capot protecteur perforé 8 et fixée par bord rabattu. La bague filetée 9 maintient le capot protecteur 8 et la membrane de conversation 6 dans le logement prévu à cet effet. La pression acoustique vocale, produite par la parole à l'intérieur du masque en caoutchouc 1 sur la membrane de conversation 6, imprime des vibrations à cette dernière et excite par suite dans le puits 10 relié à l'air extérieur des vibrations acoustiques, qui sortent par l'ouverture 11 sous forme d'une onde acoustique vers l'environnement. La figure 3 représente l'accouplement selon l'invention de la membrane de conversation 6 à la membrane 12 du transducteur électro- dynamique 13, logé dans la plaque de fixation 14. L'accouplement entre les deux membranes 6, 12 est obtenu comme suit: la calotte de la mem- brane 12 très rigide, mais encore élastique du transducteur électrody- namique 13 est appliquée sur la membrane de conversation 6, de façon à pouvoir être démontée à tout moment. Pour des raisons de technique vibratoire, l'application doit se faire de façon que la membrane 12 du transducteur ne puisse se détacher de la membrane de conversation 6, même à l'amplitude maximale possible de cette dernière. La bobine mobile 15 est rigidement fixée sur la membrane 12 du transducteur et vibre dans l'entrefer annulaire du système magnétique constitué par l'aimant 16, la plaque polaire 17 et le pot 18 en fer doux. Une ligne électrique bipolaire 19, disposée en un point approprié, transmet le signal électrique analogique vers l'extérieur. Cette ligne peut aussi être blindée. La figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'inven- tion, dans laquelle la bobine mobile 15 du transducteur électrodyna- mique 13 est reliée directement à la membrane de conversation 6 par collage, de façon rigide et non démontable. La membrane de conversa- tion 6 fait ainsi partie intégrante du transducteur dynamique 13, dont le système magnétique est de nouveau constitué par l'aimant 16, la plaque polaire 17 et le pot 18 en fer doux. Les connexions de la bobine mobile sont reliées à l'extérieur par la ligne bifilaire 19. La figure 5 représente une inversion du transducteur électrody- namique, dans laquelle l'aimant 20 est relié directement par collage et rigidement à la membrane de conversation 6. Le transducteur dyna- mique 13, logé dans la plaque de fixation 14, comprend la bobine 21 fixe, non démontable du transducteur 13 et dans laquelle est induite une tension électrique analogique du signal vocal. La friction acous- tique 22 affaiblit le comportement vibratoire de la membrane de conversation 6, de façon à obtenir la réponse en fréquence linéaire requise sur la gamme de fréquence de 50 à 4000 Hz. Des lignes acous- tiques, constituées par des trous 23, relient pour ce faire l'enceinte de faible volume, située derrière la membrane, à la friction acousti- que 22 débouchant à l'air libre. La ligne bipolaire 19, blindée le cas échéant, transmet le signal électrique. Les vibrations de la membrane de conversation 6 peuvent, comme l'indique la figure 6, être captées par un transducteur piezoélectri- que, relié pour ce faire par collage à la membrane de conversation 6, de façon rigide et non démontable. La ligne électrique 19 transmet le signal analogique vers l'extérieur. La figure 7 représente l'accouplement matériel rigide entre la membrane de conversation 6 et un transducteur électrostatique 25. Un transducteur électret est avantageusement utilisé pour éviter l'appli- cation d'une tension de polarisation et par suite des lignes multifi- laires. La ligne électrique bifilaire blindée 19 transmet le signal électrique analogique vers l'extérieur. Le transducteur électrostati- que 25, réalisé sous forme d'un électret, est fixé dans la plaque de fixation 14. La figure 8 représente une forme de réalisation possible d'un transducteur électrostatique, dont la membrane est constituée par la membrane de conversation elle-même. Il est extrêmement avantageux de réaliser dans ce cas aussi un transducteur à électret, la contre- électrode 26 fixe étant un électret. Un bottier commun 29 contient, outre les contacts élastiques pour la connexion de la membrane de conversation métallique et de la contre-ékctrode, un transistor à effet de champ 28 monté sur une carte imprimée 27 et servant de transformateur d'impédance. Le boîtier 29 du transducteur est maintenu dans la plaque de fixation 14 et le signal électrique est transmis vers l'extérieur par la ligne blindée 19. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif pour améliorer la transmission de la parole depuis un masque respiratoire muni d'une membrane de conversation, à l'aide d'un transducteur électro-acoustique prévu dans ou sur le masque, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une partie mobile du transducteur est accouplée directement à la membrane de conversation du masque respiratoire. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que l'accou- plement entre la partie mobile du transducteur et la membrane de con- versation (6) du masque respiratoire est démontable. 3. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le transducteur électro-acoustique est un microphone électrodynamique, et caractérisé en ce que la membrane (12) du microphone est appliquée directement sur la membrane de conversation (6). 4. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le transducteur électro-acoustique est un microphone électrodynamique, et caractérisé en ce que la membrane de conversation (6) du masque respiratoire est reliée à une partie au moins du système magnétique du transducteur, dont la bobine mobile ou plate est. fixe. 5. Dispositif selon une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la membrane de conversation (6) du masque respiratoire est accouplée à un élément d'un transducteur piezoélectrique.