Brevet FR2563959A1 — publié le 19851108

Perfectionnements aux transducteurs électroacoustiques à électret. L'invention concerne les transducteurs électro- acoustiques comportant, entre une première électrode métal- lique qui constitue une membrane vibrante tendue mécanique- ment et une seconde électrode métallique ou contre-électro- de, un électret constitué par une feuille mince diélectri- que en polymère chargée électriquement, cet électret étant appliqué contre l'une au moins de ces électrodes. Les transducteurs de ce genre permettent de trans- former les ondes acoustiques en courants ou tensions élec- triques variables et inversement et se prêtent donc à la constitution de microphones et d'écouteurs ou haut-parleurs. Dans le cas des microphones, les ondes acoustiques sont exploitées de façon à faire vibrer la membrane, ce qui fait varier à la fréquence correspondante la distance entre les électrodes, soit avec modification de la distance entre l'électret et l'une des électrodes (transducteur électrosta- tique), soit avec modification de la pression exercée sur l'électret et donc de l'épaisseur de cet électret (trans- ducteur piézo-électrique), et les courants ou tensions électriques variables engendrés par ces variations de dis- tance sont recueillis entre les électrodes en vue de leur exploitation ultérieure. C'est exactement l'inverse dans le cas des écouteurs ou haut-parleurs. Dans ces différents dispositifs, il convient de con- férer à l'électrode formant membrane vibrante à la fois la masse la plus faible possible et la tension mécanique la plus élevée possible de façon que sa fréquence de résonance soit la plus élevée possible et que la bande utile de fré- quence réservée au fonctionnement du dispositif soit ainsi la plus large possible. Les modes de réalisation connus de ces dispositifs laissent à désirer à cet égard. Dans certains, l'électrode formant membrane est cons- tituée par métallisation sous vide d'une face de la feuille de polymère constituant l'électret. Cette solution est favorable en ce qui concerne la faible masse de la membrane, mais elle est très défavorable au point de vue de la tension mécanique car la couche métal- lisée très mince offre une faible résistance à une telle ten- sion et il en est de même de la feuille de polymère: on ne peut donc appliquer qu'une faible tension mécanique sur une telle membrane et sa fréquence de résonance est relativement basse. De plus, la tension mécanique de cette membrane est très sensible aux variations de température, ainsi donc que la sensibilité du transducteur correspondant. Dans d'autres réalisations, l'électrode formant mem- brane est constituée par une feuille mince de métal présen- tant une bonne résistance à la tension mécanique et indépen- dante de l'électret. Cette solution permet de soumettre la membrane à une tension mécanique élevée et durable. Mais l'électret est alors appliqué sur la contre- électrode, qui est fixe, et il doit être ajouré comme cette dernière de façon à faire communiquer la chambre déformable comprise entre la membrane et l'électret avec une cavité acoustique disposée de l'autre côté de la contre-électrode. Les opérations de perçage correspondantes sont très délicates et conteuses. L'invention permet de remédier à ces différents in- convénients. A cet effet les transducteurs du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que leur électrode formant membrane est constituée par une feuille métallique présentant une bonne résistance à la ten- sion mécanique et adhérée de façon intime contre la feuille de polymère constituant l'électret. Cette adhérence intime est avantageusement obtenue par le procédé mettant en oeuvre un double effet électrique et thermique enseigné par le brevet FR n 84 06801. Selon une variante pour laquelle l'électret fonc- tionne comme un élément piézo-électrique, la face de cet électret la plus éloignée de la feuille métallique est re- vêtue par dépôt sous vide d'une couche de métal constituant la contre-électrode. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicite- ment question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire deux modes de réa- lisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en coupe axiale schématique un transducteur électroacoustique établi selon l'invention. La figure 2 montre également selon une coupe axiale schématique un peu moins complète que la précédente une va- riante d'un tel transducteur également conforme à l'inven- tion. Dans chaque cas, on fait comprendre au transduc- teur, d'une façon connue en soi: - un support isolant en forme de cuvette dont le volu- me intérieur 2, délimité périphériquement par un rebord annulaire 3, est destiné à constituer une cavité acoustique, - un capot cylindrique métallique 4 enveloppant le tout et présentant à l'une de ses extrémités axiales un rebord 5 rabattu vers l'intérieur, lequel rebord définit le pourtour d'une ouverture circulaire 6 pour la réception et l'émission des sons, l'autre extrémité axiale de ce capot étant sertie en 7 sur un disque métallique de ferme- ture 8 appliqué contre le support 1, - interposés et serrés axialement entre les rebords et 3, une électrode métallique 9 tendue formant membrane vibrante et connectée électriquement au rebord 5, un élec- tret 10, une contre-électrode métallique 11 et des rondelles 12, 13, jouant le rôle d'entretoises d'écartement et/ou de supports rigides de tension mécanique, - et des conducteurs électriques 14, 15 servant res- pectivement, le premier, à mettre le capot 4 à la masse et le second, à relier la contre-électrode 11 à un circuit élec- trique d'exploitation ou d'émission 16, 17. C'est essentiellement au niveau de la constitution de l'électrode 9 et de l'électret 10 et de leur assemblage mutuel que se situe l'invention. L'électrode 9 est ici constituée par une feuille métallique présentant une bonne résistance à la tension mécanique et adhérée d'une façon extrêmement intime et te- nace contre l'électret 10, lui-même constitué par une feuil- le de polymère. La tension mécanique à laquelle est de préférence soumise en permanence la membrane composite formée par ces deux feuilles 9 et 10 est avantageusement comprise entre et 1000 Nm, et c'est pratiquement la feuille métallique 9 seule qui assume la résistance à cette tension. Cette feuille métallique 9 est par exemple constituée en acier, cas dans lequel son épaisseur est comprise entre 10 et 100 microns, étant de préférence de l'ordre de 50 mi- crons, ou en nickel, cas dans lequel son épaisseur est com- prise entre 2 et 10 microns, étant de préférence de l'ordre de 4 à 5 microns. La feuille-10 en polymère présente une épaisseur comprise entre 5 et 50 microns et une résistivité électri- que élevée, savoir supérieure à 1010 ohms-mètzrs et de pré- férence supérieure à 101l ohms-mètres. Elle est généralement constituée en un polymère fluoré tel que le PTFE (polytétrafluoroéthylène), le FEP (polyfluorure d'éthylène propylène), le polymonochloro- trifluoroéthylène, le polyfluorure de vinylidène, ou encore enpolyéthylène, en polypropylène... ou en l'un des copo- lymères de ces différentes substances. L'adhérence entre les deux feuilles 9 et 10 est ob- tenue de préférence par le procédé enseigné par le brevet FR n 84 06801 des demandeurs. Selon ce procédé, on juxtapose d'abord les deux feuilles 9 et 10 l'une contre l'autre, puis on injecte des ions dans la feuille de polymère 10, ce qui induit des char- ges images de signe contraire dans la feuille métallique 9, laquelle est mise à la masse; il en résulte une applica- tion serrée des deux feuilles 9 et 10 l'une contre l'autre par effet électrostatique et l'on chauffe cet ensemble com- posite, dans cet état de "collage électrostatique" mutuel de ses composants, jusqu'au ramollissement, voire à la fusion, de la feuille de polymère 10. Selon une variante, on fait croître progressivement la pellicule métallique 9, par exemple en nickel, sur l'une des faces de la feuille en polymère 10 par un dépôt élec- trolytique effectué après dépôt sous vide ou électrochimique d'une précouche conductrice très mince, par exemple de o 1000 A d'épaisseur, sur ladite feuille 10. Dans le premier mode de réalisation schématisé sur la figure 1, la contreélectrode 11 est fixe, maintenue écartée de l'électret 10 par la rondelle 13, et percée de trous 18: d'une façon connue en soi, ces trous 18 font communiquer avec la cavité acoustique 2 la chambre déforma- ble 19 comprise entre l'électret 10 et la contre-électrode 11. La membrane composite double formée par les deux feuilles 9 et 10 fermement adhérées l'une contre l'autre est elle-même serrée et tendue, à une petite distance de la contre-électrode 11, entre les rondelles 12 et 13. La rondelle 12 est constituée en un matériau con- ducteur de l'électricité de façon à connecter électrique- ment l'électrode 9 au rebord 5 du capot 4 et donc à la masse. Dans le second mode de réalisation schématisé sur la figure 2, la contreélectrode 11 est constituée par une pellicule de métal très mince, d'épaisseur généralement inférieure au micron, déposée, notamment par vaporisation ou pulvérisation cathodique sous vide, sur la face de la feuille en polymère 10 la plus éloignée de la feuille mé- tallique 9. La périphérie de la membrane composite triple for- mée des composants 9, 10 et 11 est ici serrée entre la ron- delle 13 et le rebord 5. On a schématisé en traits mixtes en 20 sur cette figure 2 une cloison rigide perforée en 21 et dont le pour- tour est serré contre le rebord 3 du support isolant 1 et la rondelle 13, cloison séparant de la cavité acoustique 2 la chambre déformable 19 qui est directement en contact avec la contre-électrode 11 soumise aux vibrations acoustiques. Cette cloison 20 n'est pas indispensable. Dans chaque cas, le transducteur équipé de la mem- brane vibrante composite présente simultanément les avanta- ges des réalisations antérieurement connues: vu la bonne résistance mécanique à la tension offerte par la feuille métallique constitutive de la membrane composite, on peut donner à la fréquence de résonance de cette membrane une valeur élevée et indépendante de la température, et ce sans qu'il soit nécessaire de procéder à un perçage déli- cat et coûteux de l'électret. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisages; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment: - celles o la face, de la feuille métallique 9, la plus éloignée de l'électret 10, serait recouverte d'une couche diélectrique apte à protéger ladite feuille 9 de l'oxydation, - celles o, dans l'un quelconque des transduc- teurs ci-dessus décrits, l'ensemble composé par l'électret et par tous les autres éléments situés du même côté, de la feuille métallique 9, que cet électret 10, serait doublé symétriquement par rapport à cette feuille 9, de l'autre côté de celle-ci, des trous étant alors prévus dans les différentes pièces 1 et 8 pour livrer passage aux sons en- tre l'extérieur de l'appareil et la membrane composite cen- trale vibrante, alors triple ou quintuple selon le cas. REVENDICATIONS 1. Transducteur électroacoustique comportant, en- tre une première électrode métallique (9) qui constitue une membrane vibrante tendue mécaniquement et une seconde élec- trode métallique oix contre-électrode (11), un électret (10) constitué par une feuille mince diélectrique en polymère chargée électriquement, cet électret étant appliqué contre l'une au moins de ces électrodes, caractérisé en ce que son électrode formant membrane (9) est constituée par une feuil- le métallique présentant une bonne résistance à la tension mécanique et adhérée de façon intime contre la feuille de polymère (10) constituant l'électret. 2. Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la tension mécanique exercée sur la membrane composite formée par les deux feuilles (9, 10), tension prise en charge essentiellement par la feuille métallique (9), est comprise entre 100 et 1000 Nm. 3. Transducteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'adhérence intime entre les deux feuilles métallique (9) et diélectrique (10) a été obtenue en chauffant l'ensemble de ces deux feuilles juxtaposées et attirées l'une contre l'autre par un effet électrostatique dQ à la présence d'un champ électrique à l'interface diélectrique-métal. 4. Transducteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la feuille métallique (9) a été obtenue par dépôt électrolytique sur la feuille de polymère (10). 5. Transducteur selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisé en ce que la face, de la feuille de polymère (10),la plus éloignée de la feuille métallique (9) est revCtue d'une couche de métal très mince constituant la contre-électrode (11). 6. Transducteur selon l'une quelconque des précé- dentes revendications, caractérisé en ce que l'ensemble composé par l'électret (10) et par tous les autres éléments situés du même côté, de la feuille métallique (9), que cet électret (10), est doublé symétriquement par rapport à cette feuille (9), de l'autre côté de celle-ci, des trous étant alors prévus dans les différentes pièces (1 et 8) pour livrer passage aux sons entre l'extérieur de l'appa- reil et la membrane composite centrale vibrante, alors triple ou quintuple selon le cas.