Brevet FR2572613A1 — publié le 19860502

L'invention se rapporte à un masque de protec- tion respiratoire dans lequel, en dehors de la membrane transmettrice utilisée pour la communication rapprochée, il est également prévu un dispositif transducteur élec- tro-acoustique pour la transmission indirecte de la paro- le hors du masque. On connatt déjà plusieurs modes de transmission de la parole pour masques de protection respiratoire. Un dispositif typique de ce genre qui est déjà connu est dé- crit dans la demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le n 30 13 939, demande qui se rapporte à un micropho- ne-haut-parleur qui peut être utilisé dans un masque de protection respiratoire ou dans un casque de protection. Le microphone-haut-parleur, qui est constitué par un transducteur électro-acoustique, de préférence dynami- que, est logé dans un bottier en forme de cloche qui est fixé de façon démontable, par son bord cylindrique, sur le bourrelet périphérique du bottier de clapet d'expira- tion du masque de prQtection respiratoire ou sur le pro- tège menton du masque de protection. Le seul avantage de ce système transducteur consiste en ce que le même trans- ducteur peut être utilisé aussi bien comme microphone que comme haut-parleur. Toutefois, les microphones-haut- parleurs sont toujours affectés de l'inconvénient d'une dégradation de la qualité de la transmission, qui résul- te de raisons acoustiques. A ceci s'ajoute encore le fait que le microphone ne peut recevoir que le son de la parole transmise à travers le masque, lequel est très considérablement détérioré sous l'aspect de l'intelligi- bilité de la parole. Au contraire, la prise de son est beaucoup plus favorable pour les sons émis à proximité immédiate de la personne qui porte le masque de protec- tion respiratoire, et ce sont alors principalement des sons parasites qui ne contiennent aucune information com- me, par exemple, les bruits du clapet d'expiration, qui sont transmis. Pour obtenir une certaine netteté de transmis- sion de la parole, il faut que la préchambre du clapet d'expiration soit constituée sous la forme d'un résona- teur de Helmholtz, dont la fréquence de résonance est d'environ 2 400 Hz, et on doit prévoir, un autre résona- teur de Helmholtz intégré au microphone-haut-parleur et possédant une fréquence de résonance de 3 000 Hz pour garantir la transmission de la plage de fréquences des transmissions téléphoniques, qui s'étend au moins jusqu'à 3 000 Hz. Le fait que la qualité de reproduction des mi- crophones-haut-parleurs est faible et insuffisante est à imputer au fait que les conditions de mécanique vibratoi- re dans lesquelles la membrane du transducteur travaille dans la prise de son sont différentes de celles que l'on rencontre lors de la reproduction du son et au fait qu'il est nécessaire de prendre des dispositions électri- ques pour équilibrer les courbes de réponse des deux transducteurs. Il convient encore de tenir compte du fait qu'un diamètre de membrane de 3 à 4 cm tel que ce- lui qui est habituel dans le cas de ces microphones-haut- parleurs n'est pas suffisant pour la reproduction des basses fréquences. De même, le facteur de distorsion harmonique des haut-parleurs de si faibles dimensions en est d'autant plus grand. Il importe donc de vérifier si, dans une situation de catastrophe, on sera bien certain d'obtenir une bonne intelligibilité au moyen d'un micro- phone-haut-parleur du genre précité, parce qu'une erreur de compréhension pourrait alors être d'une importance vi- tale. Dans la demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le n 30 13 939, on décrit différents dispositifs d'intercommunication déjà connus. C'est ainsi qu'on uti- lise des appareils de radiotéléphonie, des appareillages émetteursrécepteurs compacts, des laryngophones, des dispositifs de microphones à porter contre la mâchoire, au-dessous de l'oreille et des microphones fixés sur le clapet d'expiration du masque de protection respiratoi- re, qui apportent tous des inconvénients d'une façon ou d'une autre. C'est ainsi que, par exemple, l'une des mains du porteur doit être libre pour la manipulation de l'appareil radio, ce qui signifie en utilisation une li- mitation considérable de la liberté de mouvements du por- teur. Ou encore, après avoir mis le masque de protection respiratoire en place, on doit ramener le bras porte-mi- crophone du casque à écouteurs à proximité de la bouche, région dans laquelle le microphone ne peut prendre qu'un signal de parole transmis à travers le masque, et rendu très intelligible. Les autres dispositifs connus sont pour la plupart insuffisants du point de vue acoustique et même incommodes à porter, ou encore l'influence des sons parasites tels que le bruit de l'environnement et les bruits de clapet du masque de protection respiratoi- re, altère la qualité du signal de parole. La demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le n 331 37 113 cite certes un dispositif combiné cas- que-masque de protection respiratoire équipé d'un micro- phone à contact mais elle entend par là un microphone tel que celui qui est déjà décrit dans la demande de bre- vet de la R.F.A. 30 13 939 précitée qui prend directe- ment sur la tête les vibrations produites par la parole. - Par ailleurs, on connaît par le brevet AT 342 129 un masque de protection contre les gaz et les fu- mées, dans lequel un microphone est attaqué immédiate- ment par les ondes sonores aériennes engendrées par la parole, dans la région de la joue qui est proche de la bouche, à l'intérieur de l'enveloppe formant le masque à gaz. Etant donné que, dans ce masque, il n'est pas prévu de membrane transmettrice, le microphone intégré doit r également être utilisé pour la communication rapprochée. Or, dans certaines circonstances, ce microphone peut en- trer en contact direct avec la joue du porteur du masque à gaz, ce qui réduit considérablement l'intelligibilité, sans compter que la position du microphone latéralement par rapport à la bouche est défavorable du point de vue acoustique, de sorte que les hautes fréquences, qui con- tribuent considérablement à la bonne intelligibilité, sont fortement affaiblies. On connaît, par la demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le n 3 127 677, un appareil d'inter- communication pour porteurs de masque dans lequel il est prévu un dispositif de transmission fixé au moins à la face externe du masque et qui est approprié pour produi- re un signal de sortie correspondant à la voix du por- teur du masque. Le signal de sortie peut ensuite être transmis à un haut-parleur que le porteur du masque por- te sur lui, pour produire des signaux sonores qui sont audibles pour les personnes situées à proximité du por- teur du masque. Il1 en résulte que ce dispositif connu ne possède pas de membrane transmettrice pour la communica- tion rapprochée et que, pour cette communication, il de- mande à être équipé d'un dispositif électro-acoustique compliqué. En outre, dans le dispositif déjà connu, le son doit traverser la matière du masque, ce qui ne con- tribue en aucun cas à une claire intelligibilité de la parole à l'extérieur du masque. En outre, la complica- tion de la construction est considérable et ne corres- pond en aucun cas au résultat obtenu. Dans la demande de brevet de la R.F.A. publiée sous le no 1 708 045, on décrit finalement un embout de raccordement de masque comprenant au moins un clapet d'expiration et une membrane transmettrice. Cette derni- ère sert exclusivement à la communication rapprochée, ce- pendant qu'il est prévu un masque intérieur qui, de son côté, empêche que l'air expiré puisse atteindre directe- ment la vitre et qui, d'autre part, conduit le son à la membrane transmettrice lorsqu'on parle, de sorte que les ondes sonores parviennent à l'extérieur en passant par une préchambre. Ce dispositif connu ne comporte pas de possibilité de transmission à distance à l'intérieur du masque. L'invention se donne au contraire pour but, et contrairement à la technique connue, de permettre avec des moyens simples de transmettre la parole à l'exté- rieur d'un masque de protection respiratoire et, en même temps, d'atteindre une très haute qualité de transmis- sion pour la parole humaine, sans que les sons parasites issus de l'environnement du porteur du masque, ni que les bruits de clapet et de respiration du masque, ne soient eux-mêmes transmis. En particulier, on cherche à obtenir avec l'invention que, contrairement aux disposi- tifs connus, la différence de niveau entre le son utile issu de la parole et tous les sons parasites soit suffi- samment grande pour que les parasites ne puissent prati- quement plus être perçus comme tels. L'invention résout le problème posé ci-dessus par le fait que le canal de sortie des sons est fermé, côté masque, par une membrane auxiliaire qui, d'une part, est couplée acoustiquement à la membrane transmet- trice par l'intermédiaire d'une chambre à air inférieure et qui, d'autre part, est liée mécaniquement, directe- ment ou indirectement, à un élément mobile du système transducteur électro-acoustique. Dans le présent mémoire, on entendra par systè- me transducteur électro-acoustique les éléments coopé- rants d'un transducteur qui matérialisent le principe se- lon lequel le transducteur travaille et qui assurent à eux seuls la transformation d'un son ou d'un mouvement en une force électromotrice (FEM) ou inversement. C'est ainsi qu'un système transducteur, par exemple électrody- namique, est uniquement constitué par un système magnéti- que et une bobine qui lui est associée. Ce n'est que lorsqu'on munit un tel système transducteur d'un élément qui met la bobine ou l'aimant en mouvement, par exemple, au moyen d'une membrane qui reçoit ou émet le son, que l'on obtient un "transducteur électro-acoustique". On ne doit donc entendre dans la suite par l'expression "systè- me électro-acoustique" qu'un ensemble de deux éléments transducteurs coopérant entre eux qui décrivent un mouve- ment relatif l'un par rapport à l'autre. Toutefois, on réservera une position particulière aux systèmes trans- ducteurs piézo-électriques qui, dans de nombreux cas, sont en mesure de travailler en qualité de transducteurs électro-acoustiques, même sans aucune membrane ou équiva- lent. Toutefois, même un système piézo-électrique doit être mobile pour une certaine fraction parce que, autre- ment, il ne serait pas possible de transformer, par exem- ple, la pression sonore en une FEM et inversement. Le dispositif selon l'invention présente l'avan- tage consistant en ce que, grâce au couplage acoustique entre la membrane du transducteur électro-acoustique et la membrane transmettrice du masque de protection respi- ratoire, la qualité de la transmission et l'intelligibi- lité de la parole humaine ainsi transmise sont extraordi- nairement améliorées. Lorsqu'on parle avec le masque de protection respiratoire en place, les limitations matérialisées par le visage et par le masque respiratoire ont pour effet qu'il ne peut pas se développer de champ de rayonnement aux fréquences basses et moyennes, de sorte que l'on doit prendre en compte les propriétés acoustiques d'une chambre de pression. La pression alternative engendrée par la parole à l'intérieur du masque de protection res- piratoire est plusieurs fois supérieure à la pression so- nore qui peut être mesurée dans un champ de proximité de rayonnement à environ 5 cm de distance de la bouche. En général, la pression alternative sonore à l'intérieur du masque sera supérieure d'environ 30 dB à la pression en- gendrée dans les mêmes conditions dans un champ de proxi- mité de rayonnement. La pression alternative sonore en- gendrée à l'intérieur du masque de protection respiratoi- re anime toutes les parties susceptibles de vibration du masque de protection respiratoire et en particulier, la membrane transmettrice, de vibrations analogues qui peu- vent être transformées en signaux électriques analogues au moyen de capteurs de sons appropriés, ce qui, en rai- son de la haute pression sonore qui règne à l'intérieur du masque de protection respiratoire, contribue à une différence de niveau extrêmement bonne par rapport aux sons parasites issus de l'environnement de la personne qui porte le masque de protection, de sorte que le son utile de la parole est transmis sans perturbation. L'in- vention est pariculièrement avantageuse dans le cas o le mode de construction du masque de protection respira- toire admet un couplage direct de la partie mobile du système transducteur électro-acoustique à la membrane transmettrice du masque. Dans ce cas, l'utilisation de la membrane auxiliaire qui est couplée acoustiquement à la membrane transmettrice par l'intermédiaire d'une cham- bre à air inférieure et qui, de son côté, est couplée à la partie mobile du système transducteur électro-acousti- que, permet de placer le transducteur dans un emplace- ment adaptable aux conditions d'espace existantes. Il faut alors que la rigidité acoustique de l'air qui se trouve dans la chambre à air inférieure soit très grande comparativement à la souplesse des deux membranes, afin que la membrane transmettrice excite la membrane auxi- liaire d'un mouvement aussi conforme que possible à ce- lui de la membrane transmettrice. La membrane auxiliaire prévue selon l'invention prend alors le mouvement de la membrane transmettrice avec le maximum de conformité lorsque, selon une autre caractéristique de l'invention, la résonance propre et le décrément logarithmique des deux membranes sont iden- tiques, du moins presque exactement identiques. Ceci ga- rantit que les deux membranes posséderont le même compor- tement vibratoire sur une large plage de fréquences. Une forme avantageuse de réalisation de l'inven- tion consiste en ce que le couplage entre la partie mobi- le du système transducteur et la membrane auxiliaire du masque de protection respiratoire peut être supprimé. La possibilité de désolidariser un tel transduc- teur, ou le système transducteur, du masque de protec- tion respiratoire, apporte l'avantage de permettre d'uti- liser également le masque de protection respiratoire, se- lon le besoin sans ce transducteur ou ce système ou, éventuellement, de permettre de monter le transducteur rapidement et facilement sur le masque de protection res- piratoire. La membrane transmettrice agencée dans le mas- que de protection respiratoire se trouve à environ 4 cm en avant de la bouche et du nez du porteur du masque et elle doit permettre à l'utilisateur du masque de protec- tion respiratoire de communiquer avec des personnes qui se tiennent dans son voisinage. Cette communication est sujette, de par les conditions de travail, à des limita- tions très fortes, dont la moindre n'est pas le rayonne- ment sonore extrêmement défavorable dû à la membrane transmettrice ellemême. On ne peut obtenir une qualité de transmission très supérieure, avec intelligibilité parfaite de la parole que si, comme on le propose selon l'invention, la -membrane transmettrice et la membrane auxiliaire sont utilisées pour la prise de son pour le système transducteur électroacoustique, parce que la pression alternative sonore engendrée à l'intérieur du masque de protection respiratoire est transformée de cet- te façon en signaux électriques analogues. Ces signaux électriques analogues sont acheminés à un système de com- munication comme, par exemple, un réseau de radiotélé- phonie ou à un réseau de radiodiffusion et peuvent être reçus dans un écouteur interne, un casque radio ou un haut-parleur. L'avantage comparativement aux systèmes de communication connus jusqu'à présent réside principale- ment dans une transmission presque dépourvue de parasi- tes et de distorsions et, par conséquent, extrêmement in- telligible. Une autre caractéristique avantageuse de l'in- vention réside en outre dans le fait que, lorsque le sys- tème transducteur électro-acoustique est constitué par une membrane propre appartenant à un microphone, la membrane de ce microphone peut être directement appli- quée contre la membrane auxiliaire du masque de protec- tion respiratoire. Un tel dispositif transmet de façon idéale les vibrations de la membrane transmettrice du masque de protection respiratoire à la membrane du micro- phone lorsqu'on fait en sorte que, même en réponse à l'amplitude maximum de la membrane transmettrice, les deux membranes ne se séparent pas l'une de l'autre. L'avantage que l'on trouve dans ce mode de couplage à la membrane transmettrice réside dans le fait que le micro- phone est agencé à l'intérieur du masque de protection et ne prend pas de place à l'intérieur du masque. A l'ai- de de moyens acoustiques simples comme, par exemple, un frottement acoustique, on peut accorder le comportement vibratoire de l'ensemble du système composé de la membra- ne transmettrice et du microphone, d'une manière économi- que, de telle façon que, dans la plage de fréquences al- lant d'environ 50 Hz à 4 000 Hz, la courbe de réponse soit rectiligne et plate, ce qui correspond à un facteur de transmission constant dans cette plage de fréquences. Une telle courbe de réponse est plus que suffisante pour assurer une bonne intelligibilité de la parole dans un système de communication électronique. En raison de la formation des hautes pressions sonores de parole d'en- viron 120 dB SPL à l'intérieur du masque de protection respiratoire, il faut que le microphone lui-même soit très insensible, comparativement aux microphones qui étaient utilisés jusqu'à présent, pour éviter de cette 2572'613 façon d'engendrer dans les systèmes de communication électronique une sursaturation par le signal électrique émis par le microphone. En d'autres termes, le même mi- crophone, mesuré dans un champ sonore libre, est extrême- ment insensible et fournit à sa sortie électrique une tension inférieure d'environ 30 dB à celle des micropho- nes dynamiques utilisés dans les applications antérieu- res. Il en résulte également'une grande différence entre le signal utile et le signal parasite lorsqu'on parle en portant le masque. En général, le masque de protection respiratoire apportera, en outre, par lui-même, lors- qu'il est porté, un affaiblissement des bruits exté- rieurs. Les bruits provenant du masque lui-même comme, par exemple, les bruits des clapets de respiration, sont dans tous les cas atténués de ces 30 dB et deviennent ainsi presque inaudibles au cours de la transmission. Une autre possibilité de réalisation de l'inven- tion consiste en ce que la membrane auxiliaire du masque de protection respiratoire est liée au moins à une par- tie du système magnétique d'un système transducteur élec- tro-dynamique dont la bobine plongeur ou la bobine plate est montée fixe. Dans un tel agencement, la membrane mo- bile du masque de protection respiratoire est utilisée comme membrane de microphone et réunie aux autres par- ties d'un système transducteur électro-dynamique pour constituer un microphone. Ce mode de réalisation économi- se le montage d'une membrane de microphone proprement di- te sur le système transducteur, et on obtient cependant un microphone dynamique qui travaille de façon satisfai- sante et sans défauts. Cette forme de réalisation repré- sente une inversion de la forme de réalisation d'un mi- crophone dynamique qui a été décrite plus haut. Elle pré- sente l'avantage de permettre de réaliser et de fixer un microphone dynamique en combinaison avec un masque de protection respiratoire, destiné à être utilisé sélecti- * vement avec le masque, d'une façon extrêmement simple. La prise de son de la membrane transmettrice mise en vibration peut toutefois s'effectuer également par l'établissement d'un couplage matériel rigide entre la membrane auxiliaire du masque de protection respira- toire et un transducteur piézo-électrique. Les transduc- teurs piézoélectriques se distinguent surtout par leur faible poids et par leurs petites dimensions. Une autre possibilité de prise de son peut éga- lement consister à coupler la membrane auxiliaire du mas- que de protection respiratoire à un élement d'un système transducteur électrostatique. Dans l'état de la techni- que, on peut fabriquer des transducteurs électrostati- ques selon la technique Electret, dans une forme miniatu- risée, de sorte qu'ils sont particulièrement bien appro- priés pour la prise de vibrations par la membrane auxi- liaire, grace à leur faible poids, leurs petites dimen- sions et également leur technique de raccordement élec- trique simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une repréentation en perspecti- ve d'un masque de protection respiratoire habituel; et la figure 2 est une vue en coupe du _même mas- que, avec la partie en matière plastique pour le clapet respiratoire et la membrane transmettrice. La figure 1 représente un masque de protection respiratoire habituel qui est composé du masque en caout- chouc 1 et des deux montures de clapets 2 et 4. La mem- brane transmettrice est logée dans la monture de clapet 2, dans une position non visible, derrière l'ouverture 3 d'entrée de l'air respiratoire. La figure 2 montre en coupe le masque de protec- tion respiratoire 1 avec la monture 2 en matière plasti- que qui porte le clapet d'entrée d'air respiratoire et la membrane transmettrice 7. La membrane transmettrice 7 est protégée des détériorations mécaniques au moyen du tamis protecteur 5 et 6, qui est fait de métal ou de ma- tière plastique. La pression sonore de parole qui agit sur la membrane transmettrice 7 lorsqu'on parle met cet- te membrane en vibrations et excite de cette façon l'air contenu dans le canal de sortie de son 12 en vibrations sonores. Une membrane auxiliaire 9, placée dans le plan d'entrée du canal 12 qui transmet le son à l'extérieur, est reliée mécaniquement à la partie mobile du système transducteur électroacoustique 11. Les deux membranes 7 et 9 sont couplées acoustiquement l'une à l'autre par l'intermédiaire de la chambre à air inférieure 8. La par- tie mobile du système transducteur peut, soit être en contact avec la membrane auxiliaire 9, par exemple par l'intermédiaire d'une membrane 10 associée à un système transducteur électrodynamique, comme on l'a représenté sur la figure 2, soit encore, une partie du système ma- gnétique peut être directement liée à la membrane auxi- liaire 9, de sorte que la bobine plongeur ou bobine pla- te du système transducteur 11 est montée fixe. La liaison entre la membrane auxiliaire 9 et l'élément mobile du système transducteur 9 peut être réa- lisée séparable ou encore fixée rigidement, par exemple par collage. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C AT I O N S 1 - Masque de protection respiratoire dans le- quel il est prévu, en supplément de la membrane transmet- trice pour la communication rapprochée, également un sys- tème transducteur électro-acoustique pour la transmis- sion indirecte de la parole hors du masque, caractérisé en ce que le canal de sortie des sons (12) est fermé cô- té masque par une membrane auxiliaire (9) qui, d'une part, est couplée acoustiquement à la membrane transmet- trice (7) par l'intermédiaire d'une chambre à air inté- rieure (10) et qui, d'autre part, est liée mécanique- ment, directement ou indirectement, à un élément mobile du système transducteur électro-acoustique (11). 2 - Masque de protection respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résonance pro- pre et le décrément logarithmique de la membrane trans- mettrice 57) sont identiques ou presques identiques à ceux de la membrane auxiliaire (9). 3 - Masque de protection respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couplage entre la partie mobile du système transducteur (11) et la mem- brane auxiliaire (9) du masque de protection respiratoi- re peut être supprimé. 4 - Masque de protection respiratoire selon l'une des revendications 1 et 3, dans lequel une membra- ne propre est associée rigidement au système transduc- teur électro-acoustique, lequel travaille selon le prin- cipe électrodynamique, caractérisé en ce que la membrane (10) du microphone dynamique ainsi constituée est direc- tement appuyée contre la membrane auxiliaire (9). 5 - Masque de protection respiratoire selon l'une des revendications 1 et 3, dans lequel le système transducteur électro-acoustique travaille selon le prin- cipe électrodynamique, caractérisé en ce que la membrane auxiliaire (9) du masque de protection respiratoire (1) est reliée au moins à une partie du système magnétique du transducteur (11) et en ce que la bobine plongeur ou bobine plate est montée fixe. 6 - Masque de protection respiratoire selon l'une des revendications 1 et 3, dans lequel le système transducteur travaille selon le principe piézo-électri- que, caractérisé en ce que la membrane auxiliaire (9) est liée à la partie mobile du système transducteur pié- zo-électrique. 7 - Masque de protection respiratoire selon l'une des revendications 1 et 3, dans lequel le système transducteur est constitué par un microphone électrosta- tique, caractérisé en ce que l'élément mobile du micro- phone est couplé à la membrane auxiliaire (9) du masque de protection respiratoire (1).