Brevet FR2734444A1 — publié le 19961122

La présente invention concerne un transducteur pour oreille et un bouchon d'oreille à anti-bruit actif mettant en oeuvre ce transducteur. Lorsqu'il s'agit d'atténuer ou même d'éliminer le bruit à l'entrée d'un canal auditif, on connaît deux principaux types de dispositif anti-bruit. Les dispositifs antibruit dits passifs, généralement réalisés sous la forme de bouchons d'oreille ou de casques, sont disposés à l'entrée du canal auditif pour absorber le bruit en provenance du milieu extérieur. Les dispositifs anti-bruit dits actifs sont généralement réalisés sous la forme d'un casque comportant un premier transducteur captant le bruit provenant du milieu extérieur et un second transducteur fonctionnant en émetteur capable de générer une onde sonore en opposition de phase avec celle captée par le premier transducteur. Le plus souvent un système anti-bruit passif est associé au système anti-bruit actif pour former un casque anti-bruit. Dans ce genre de casque, le dispositif anti-bruit passif est formé par un matériau d'isolation phonique qui absorbe les ondes sonores de moyennes et hautes fréquences de façon satisfaisante mais qui reste perméable aux ondes sonores de basses fréquences. Ces ondes de basses fréquences sont traitées par le dispositif anti-bruit actif. Celui-ci est disposé en aval du dispositif anti-bruit passif par référence à une direction d'incidence du bruit et génère une onde sonore en opposition de phase avec les ondes sonores qui n'ont pas été absorbées par le dispositif anti-bruit passif. Ainsi, l'onde qui se propage à l'intérieur du canal auditif et qui est la résultante de l'onde de bruit incidente et de l'onde générée par le dispositif anti-bruit actif est d'amplitude nulle. Le porteur d'un tel casque est alors phoniquement isolé de l'extérieur. Parfois, on équipe le casque de transducteurs supplémentaires capables d'assurer une communication avec l'extérieur. Pour que l'antibruit actif soit efficace, il est nécessaire de réduire à des dimensions aussi faibles que possible la cavité dans laquelle est effectuée l'émission en opposition de phase. En outre un casque encombrant peut constituer une gêne pour son Porteur. C'est la raison pour laquelle on souhaite pouvoir miniaturiser ce type de dispositif à antibruit actif, par exemple sous la forme d'un bouchon d'oreille. Le principal obstacle à cette miniaturisation réside dans l'obtention du transducteur fonctionnant en émetteur, celuici devant avoir une bonne réponse aux basses fréquences dans la mesure où le système anti-bruit actif doit surtout agir là où l'atténuation du système anti-bruit passif est faible. Or, au regard des transducteurs existants actuellement, cette exigence semble difficilement compatible avec la miniaturisation nécessaire à une utilisation sous la forme d'un bouchon d'oreille. En particulier, les transducteurs électrodynamiques sont inefficaces en volume fermé. En vue de cette miniaturisation, on a pensé à utiliser un transducteur du type piézo-électrique. On connaît par exemple des transducteurs comportant un bâtonnet piézoélectrique entraînant une membrane plane. Toutefois une miniaturisation implique une réduction de la taille de la membrane, ce qui rend ce genre de transducteur inopérant aux basses fréquences. Le but de l'invention est de réaliser un transducteur pouvant être miniaturisé et générant néanmoins une onde sonore satisfaisante aux basses fréquences. Selon l'invention, on prévoit un transducteur pour oreille comportant une base rigide sur laquelle sont montés des bâtonnets piézo-électriques disposés autour d'un axe central de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire de même axe. Ainsi, lorsque les bâtonnets reçoivent un signal électrique, ils subissent une déformation et font vibrer la membrane à laquelle ils sont associés. La disposition de cette membrane sous une forme tubulaire permet d'obtenir des fréquences basses tout en réduisant l'encombrement du transducteur. Inversement, le transducteur ainsi formé peut fonctionner en récepteur, c'est-à-dire en capteur de vibration. En particulier, la membrane cylindrique peut être placée au contact de la paroi interne d'un conduit auditif pour capter les vibrations issues du larynx. Dans ce cas, la membrane cylindrique vibre sous l'effet des vibrations reçues et déforme les bâtonnets piézo-électriques. Ces derniers produisent alors un signal électrique correspondant aux vibrations reçues, signal qui peut être transmis au moyen d'un dispositif de liaison classique par câble ou ondes radio vers le milieu extérieur. L'invention concerne également un bouchon d'oreille à anti-bruit actif comportant un premier transducteur comprenant une base rigide sur laquelle sont montés des bâtonnets piézo-électriques disposés autour d'un axe central de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire de même axe, un microphone disposé en amont du premier transducteur par référence à une direction d'incidence des ondes sonores de bruit, et une unité de traitement électronique reliée au microphone et au premier transducteur pour générer aux bornes des bâtonnets piézoélectriques de ce premier transducteur un signal électrique en opposition de phase avec le signal électrique issu du microphone. Ainsi, l'onde de bruit incidente parvenant jusqu'au canal auditif est captée par le microphone qui transmet à l'unité de traitement électronique un signal électrique correspondant. Après traitement, l'unité électronique génère un signal électrique qui est en opposition de phase avec le signal reçu et qui est appliqué aux bornes des bâtonnets du premier transducteur. Ce dernier génère alors une onde sonore en opposition de phase avec l'onde de bruit incidente. Par conséquent, la résultante de l'onde incidente et de l'onde sonore émise par le premier transducteur est quasiment nulle. On obtient donc un dispositif anti-bruit actif de très faible encombrement et pouvant être logé dans une oreille. Le porteur d'un tel bouchon ne subit que très peut de gêne. Selon une caractéristique avantageuse de l'inve.- tion, le bouchon d'oreille comporte un second transducteur comprenant des bâtonnets piézo-électriques montés sur la base rigide autour de l'axe central de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire, ce second transducteur entourant le premier transducteur. Ainsi, lorsque le bouchon d'oreille est introduit dans un conduit auditif, la membrane cylindrique du second transducteur vient au contact de la paroi interne de ce conduit auditif et capte les vibrations issues du larynx. Les bâtonnets piézo-électriques de ce second transducteur délivrent un signal électrique correspondant aux vibrations captées pour une liaison avec l'extérieur. Avantageusement alors, le bouchon d'oreille comporte un organe de renfort s'étendant entre le premier transducteur et le second transducteur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le bouchon d'oreille comporte un organe antibruit passif disposé en amont du microphone par référence à la direction d'incidence des ondes sonores environnantes. Avantageusement, le microphone est monté sur la base rigide, sur une face opposée des premier et second transducteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif, en liaison avec les figures en annexes parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe par un plan axial d'un bouchon d'oreille à anti-bruit actif selon l'invention - la figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1, illustrant le détail de montage d'un bâtonnet pieézo-électrique sur la base rigide - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1. En référence aux figures, un bouchon d'oreille à anti-bruit actif conforme à l'invention comporte une base rigide 1 sur laquelle est montée un ensemble de bâtonnets piézo-électriques 3 disposés autour d'un axe central 5 et solidaires de deux membranes de forme générale cylindrique d'axe 5, dont une membrane intérieure 7 et une membrane extérieure 9. Dans l'exemple illustré, la base rigide 1 est réalisée sous la forme d'un disque d'axe 5 en matière plastique rigide. L'ensemble formé par cette plaque 1, les bâtonnets 3, qui sont ici au nombre de six, et les membranes 7 et 9 constitue un premier transducteur conforme à l'invention désigné par la référence générale 11. Un second ensemble de bâtonnets piézo-électriques 13 disposés autour de l'axe 5 parallèlement à cet axe est monté sur la base rigide 1 extérieurement au premier transducteur 11. Ces bâtonnets 13 sont solidaires de deux membranes cylindriques d'axe 5, dont une membrane intérieure 15 et une membrane extérieure 17. Ces membranes cylindriques sont réalisées en un matériel souple tel que du silicone. L'ensemble formé par les bâtonnets piézo-électriques 13, les membranes cylindriques 15 et 17 et la base rigide 1 constitue un second transducteur conforme à l'invention désigné par la référence générale 19. Dans l'exemple illustré, les bâtonnets piézo-électriques 13 sont au nombre de six et leurs extrémités libres, ainsi que celles des membranes cylindriques 15 et 17, sont courbées vers l'intérieur. Entre les membranes cylindriques 7 et 15 des premier et second transducteurs 11 et 19, s'étend un fourreau cylindrique rigide 20 solidaire de la base rigide 1. Ce fourreau constitue un organe de renfort mécanique de l'ensemble formé par les deux transducteurs 11 et 19 et évite une déformation excessive des bâtonnets 3 et 13. Le fourreau 20 est par exemple réalisé en une matière plastique rigide identique à celle constituant la plaque 1. Sur sa face opposée aux transducteurs 11 et 19 et au fourreau 20, la base rigide 1 supporte un microphone 21 qui est orienté suivant l'axe 5 en direction opposée des transducteurs 11 et 19. Ce microphone 21 est un microphone électromagnétique ou piézo-électrique de type classique délivrant un signal électrique correspondant à l'onde sonore qu'il reçoit. Le microphone 21, le premier transducteur 11 et le second transducteur 19 sont reliés à différents composants électroniques 22.1, 22.2 fixés sur la base rigide 1 par l'intermédiaire de circuits imprimés 24 formant localement des cosses de raccordement 26 avec lesquelles les bâtonnets piézo-électriques 3, 13 sont en contact. Les composants électroniques 22.1, 22.2 forment une unité de traitement électronique dont une première fonction est de relier le microphone 21 au premier transducteur 11 de telle sorte que le signal électrique appliqué aux bornes des bâtonnets piezoélectriques 3 du premier transducteur soit en opposition de phase avec le signal électrique délivré par le microphone 21. Ainsi, l'onde sonore générée par le premier transducteur 11 est en opposition de phase avec l'onde sonore de bruit incidente captée par le microphone 21. La seconde fonction de l'unité de traitement électronique est d'assurer une liaison du second transducteur 19 avec le milieu extérieur. Cette liaison peut par exemple consister à transmettre après amplification le signal électrique issu du second transducteur à un boîtier contenant un amplificateur et un émetteur à onde radio. Un organe anti-bruit passif 23, qui est constitué par un matériau d'isolation phonique tel qu'une mousse synthétique, enveloppe la base rigide 1 et le microphone 21. Un évidement 25 est ménagé dans cet organe anti-bruit passif autour du microphone 21. Une languette d'extraction 27 est fixée sur la périphérie de la base rigide 1 et s'étend radialement à l'extérieur de l'organe anti-bruit passif 23 en traversant celui-ci. En service, les transducteurs 11 et 19 sont introduits dans le conduit auditif externe 31 d'une oreille 33 de telle sorte que la membrane cylindrique externe 17 du second transducteur 19 vienne en appui contre la face interne du conduit auditif 31 et que l'organe anti-bruit passif 23 vienne en appui contre le pavillon 35 de l'oreille 33. On a symbolisé par la flèche 50 de la figure 1 une direction d'incidence des ondes sonores environnantes. Parmi ces ondes sonores, les ondes de moyennes et hautes fréquences sont absorbées par l'organe anti-bruit passif 23 tandis que les ondes de basses fréquences, ainsi qu'une partie des ondes de moyenne fréquence, traversent l'épaisseur de matériau d'isolation phonique qui constitue l'organe anti-bruit passif 23 et sont transmises à l'air contenu dans la cavité 25.Le microphone 21 capte ces ondes sonores qui n'ont pas pu être absorbées par l'organe anti-bruit passif et délivre un signal électrique correspondant qui fait vibrer les membranes 7, 9 en opposition de phase avec l'onde captée par le microphone 21. L'onde sonore résultant d'une part de la partie non absorbée de l'onde sonore incidente du bruit extérieur et d'autre part de l'onde sonore générée par le transducteur 11 est d'amplitude quasiment nulle, ce qui se traduit par une absence de bruit à l'intérieur du conduit auditif 31 en aval du bouchon à anti-bruit actif en référence à la direction d'incidence 50. Par ailleurs, le transducteur 19 permet d'assurer une fonction de communication en captant les vibrations issues du larynx et transmises à la paroi interne du conduit auditif. Ces vibrations engendrent une déformation en flexion des bâtonnets piézo-électriques 13 qui vibrent à la même fréquence que le conduit interne 31. Les bâtonnets 13 générent un signal électrique de fréquence correspondante qui est transmis en direction de l'extérieur. Par exemple, ce signal pourra être transmis à un boîtier équipé d'un amplificateur et d'un émetteur d'onde radio transmettant le signal issu des bâtonnets 13 à un récepteur éloigné. Ce récepteur éloigné peut ainsi entendre les sons émis par l'utilisateur du bouchon d'oreille à anti-bruit actif. La fonction communication peut être complétée par le premier transducteur 11 qui, outre sa fonction d'antibruit actif, peut remplir une fonction d'écouteur. Dans ce cas, les composants électroniques 22.1, 22.2 générent aux bornes des bâtonnets piézo-électriques 3 un signal électrique correspondant à un signal issu de l'extérieur. On pourra par exemple équiper le boîtier mentionné précédemment d'un récepteur d'ondes radio captant un signal provenant d'un émetteur éloigné et relier ce récepteur aux composants électroniques 22.1, 22.2 pour un raccordement au premier tranducteur 11. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe au contraire tout dispositif reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles telles que revendiquées. Par exemple, on pourra réaliser un dispositif anti-bruit actif ne comportant pas de second transducteur capable de capter les vibrations du conduit auditif de l'utilisateur, sans entraver le bon fonctionnement du système à anti-bruit actif, ce second transducteur n'ayant pour fonction que de permettre la transmission des sons provenant de l'utilisateur à destination d'un récepteur extérieur à des fins de communication. Il pourra être remplacé par un microphone ou d'un capteur crânien de type courant. Inversement, il est possible de réaliser un transducteur simple pour oreille ne remplissant pas la fonction d'anti-bruit actif, mais servant d'écouteur et/ou de microphone. En particulier, on pourra réalisé un émetteur récepteur pour oreille comportant un premier transducteur formant écouteur, c'est-à-dire engendrant une onde sonore correspondant à un signal provenant de l'extérieur et un second transducteur formant, comme le second transducteur de l'exemple décrit précédemment, un capteur crânien transformant les vibrations du conduit auditif d'un utilisateur en un signal électrique destiné à un récepteur extérieur. Dans le cas d'une utilisation en bouchon d'oreille à anti-bruit actif, la présence d'un organe à anti-bruit passif n'est pas indispensable dans la mesure où il est possible de traiter les bruits de moyennes et hautes fréquences au moyen du système anti-bruit actif que constitue l'ensemble formé par le microphone, l'unité de traitement électronique et le transducteur selon l'invention. Néanmoins, l'utilisation d'un tel organe est avantageuse car elle permet de réduire l'étendue du spectre d'action du système à antibruit actif et donc d'en simplifier la conception et d'en augmenter l'efficacité. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des transducteurs comportant une membrane cylindrique, on peut également utiliser d'autres formes de membrane tubulaire, par exemple une membrane tronconique ou une membrane fermée à l'extrémité opposée à la base rigide. Bien que dans le mode de réalisation illustré les bâtonnets soient disposés en sandwich entre deux membranes, on peut utiliser d'autres moyens d'association, par exemple en noyant les bâtonnets dans l'épaisseur d'une membrane tubulaire ou en les collant sur la face interne ou externe de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Transducteur (11 ; 19) pour oreille, caractérisé en ce qu'il comporte une base rigide (1) sur laquelle sont montés des bâtonnets piézo-électriques (3 13) disposés autour d'un axe central (5) de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire (7, 9 ; 15, 17) de même axe. 2. Bouchon d'oreille à anti-bruit actif, caractérisé en ce qu'il comporte un premier transducteur (11) comprenant une base rigide (1) sur laquelle est montée un ensemble de bâtonnets piézo-électriques (3) disposés autour d'un axe central (5) de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire (7, 9) de même axe, un microphone (21) disposé en amont du premier transducteur (11) par référence à une direction d'incidence (50) d'ondes sonores environnantes, et une unité de traitement électronique (22.1, 22.2) reliée au microphone (21) et au premier transducteur (11) pour générer aux bornes des bâtonnets piézo-électriques (3) de ce premier transducteur un signal électrique en opposition de phase avec le signal électrique issu du microphone (21). 3. Bouchon d'oreille selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un second transducteur (19) comprenant un ensemble de bâtonnets piézo-électriques (13) montés sur la base rigide (1) autour de l'axe central (5) de façon sensiblement parallèle à cet axe et solidaires d'une membrane tubulaire (15, 17), ce second transducteur entourant le premier transducteur (13). 4. Bouchon d'oreille selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de renfort (20) et s'étendant entre le premier transducteur (11) et le second transducteur (19). 5. Bouchon d'oreille selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un organe anti-bruit passif (23) disposé en amont du microphone (21) par référence à la direction d'incidence (50) des ondes sonores environnantes. 6. Bouchon d'oreille selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le microphone (21) est monté sur la base rigide (1), sur une face opposée aux premier et second transducteurs.