Brevet FR2888459A1 — publié le 20070112

L'invention concerne le domaine des dispositifs de protection des oreilles et a plus particulièrement pour objet un bouchon d'oreille muni d'un élément piézoélectrique pour convertir des signaux électriques en oscillations. L'invention concerne par ailleurs différentes méthodes de fabrication de ces bouchons d'oreille. 5 Les bouchons d'oreilles, qui servent à la fois de protection auditive et d'écouteur, ont de nombreuses applications. Dans un principe largement utilisé, un bouchon d'oreille possède, sur l'une de ses parties frontales, un convertisseur électroacoustique. Pour que les ondes acoustiques parviennent au tympan, le bouchon d'oreille est doté d'un canal intérieur qui transmet le son du convertisseur acoustique au tympan par l'intermédiaire de l'air. Ce principe, avec un petit haut-parleur et un canal ouvert d'un côté permettant la conduction acoustique dans l'air, a déjà été présenté notamment dans le brevet DE 39 16 995 C2. Ces bouchons d'oreille à écouteur intégré possèdent souvent d'excellentes propriétés acoustiques, mais leur construction est toutefois très compliquée et leur fabrication est donc très coûteuse. Pour une meilleure compréhension, on notera que les bouchons d'oreilles susvisés possèdent encore un dispositif leur permettant d'être également utilisés en tant que microphone. Le brevet DE 28 49 152 B1 présente un bouchon d'oreille de la même famille muni d'un élément piézoélectrique pour convertir les signaux électriques en oscillations. En d'autres termes, l'élément piézoélectrique est conçu pour fonctionner en mode d'écoute. Par ailleurs, l'élément piézoélectrique sert également de microphone. Le bouchon d'oreille comporte tout d'abord un boîtier rigide en forme de bouchon en métal ou plastique dur conçu pour être introduit dans le conduit auditif externe. Dans la cavité du boîtier, on fixe l'élément piézoélectrique avec un poids comme une poutre encastrée. On souhaite ainsi réduire les effets de rétroaction lorsque l'élément piézoélectrique est utilisé comme microphone. Par ailleurs, il existe des bouchons d'oreille à élément piézoélectrique exclusivement décrits pour un usage en tant que microphone. On citera à ce propos les brevets dans lesquels l'élément piézoélectrique est intégré dans un corps rigide comme dans la demande de brevet DE2810716 ou semimou, en caoutchouc silicone RTV, mais rigidifié par un ressort comme dans le brevet US4696045, ce 2 2888459 ressort permettant aussi de protégé l'élément piézoélectrique. En fonctionnement, la voie de l'utilisateur est conduite de sa gorge aux os de la tête puis au travers de la paroi du canal auditif. Elle est donc transmise par conduction osseuse. L'utilisation d'un corps rigide ou semi-mou rigidifié par un ressort est désagréable voire irritant ou douloureux pour l'utilisateur. De tels bouchons d'oreille comportent donc des inconvénients et ne sont pas conçus pour faire fonction d'écouteur. L'objectif de la présente invention est de proposer un bouchon d'oreille, muni d'un élément piézoélectrique pour convertir des signaux électriques en oscillations, de construction simple et de fabrication peu onéreuse, et ne présentant pas de sensations désagréables ou douloureuses pour l'utilisateur. La solution apportée est un bouchon d'oreille caractérisé en ce qu'il est composé d'un élément piézoélectrique pour convertir des signaux électriques en oscillations et d'un matériau déformable dont au moins une partie, appelée segment, est apte à être introduite dans un conduit auditif d'une personne et à assurer une étanchéité acoustique de par sa déformabilité, l'élément piézoélectrique étant disposé à l'intérieur du matériau déformable et en contact fixe avec lui, ce matériau déformable étant apte à transmettre lesdites oscillations au niveau de sa périphérie et d'assurer une conduction de ces oscillations par les cartilages et les parties molles de la paroi du conduit auditif. Les avantages obtenus avec l'invention sont que les coûts du bouchon d'oreille muni d'un élément piézoélectrique pour transformer les signaux électriques en vibrations et oscillations acoustiques sont réduits en raison d'une conception simple. En effet, sous une forme simple, l'élément piézoélectrique est en contact direct avec le matériau du bouchon d'oreille dans lequel aucun élément de rigidification n'est associé. Ce contact est fixe et transmet les oscillations. Les oscillations de l'élément piézoélectrique sont transmises au bouchon d'oreille. Le bouchon d'oreille possède un segment introduit dans le conduit auditif externe, conçu, de par la déformabilité du matériau qui le constitue, pour assurer une étanchéité circulaire à l'intérieur du conduit auditif. Ce contact entre le bouchon d'oreille et le conduit auditif externe permet une conduction du bruit principalement par les parties cartilagineuses et par les tissus mous constitutifs de la paroi du conduit auditif. Par ailleurs, un effet secondaire de soutien intervient en ce sens que 3 2888459 le bouchon d'oreille excité par l'élément piézoélectrique lui-même produit des ondes acoustiques qui sont diffusées par le bouchon d'oreille sur le volume d'air enfermé du conduit auditif et transmises au tympan. Conformément à une forme d'exécution de l'invention, le matériau constitutif dudit segment du bouchon d'oreille est déformable par les oscillations de l'élément piézoélectrique. L'élément piézoélectrique, qui est en contact avec le matériau du bouchon d'oreille, ce contact étant fixe et transmettant les oscillations, déforme le matériau du bouchon d'oreille. Lorsqu'il est introduit dans le conduit auditif d'une personne, ledit segment du bouchon d'oreille transmet ces déformations, qui sont représentatives des dites oscillations, d'une part aux parties molles et cartilagineuses dudit conduit et, d'autre part, au volume d'air enfermé à l'intérieur du conduit. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le matériau constitutif du segment est élastique et flexible. Ceci renforce la fonction de protection auditive, car on obtient une bonne étanchéité du conduit auditif externe. Par ailleurs, la conduction du bruit recherchée est aussi obtenue ainsi. Contrairement aux bouchons d'oreille décrits dans les brevets US4696045 et DE2810716, avec un bouchon d'oreille selon l'invention, il n'y a pas de conduction osseuse au sens de ces brevets. L'utilisation d'un matériau élastique, donc mou permet, d'une part, une adaptation parfaite du bouchon d'oreille à l'intérieur du conduit auditif externe sans contrainte importante sur ce dernier et donc sans engendrer de sensation désagréable ou douloureuse comme dans le cas de l'utilisation de corps rigide ou semi-mou rigidifié, et d'autre part une transmission des oscillations uniquement aux parties molles et cartilagineuses dudit conduit. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le contact fixe avec le matériau déformable du segment est obtenu par une expansion ou injection de plastique autour de l'élément piézoélectrique. Pendant l'expansion ou l'injection, le 30 plastique est liquide et produit un assemblage collé avec la surface de l'élément piézoélectrique. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, l'élément piézoélectrique est enfoncé et/ou collé dans un évidement dudit segment du 4 2888459 bouchon d'oreille. Là aussi, un contact fixe est assuré entre l'élément piézoélectrique et le matériau du bouchon d'oreille. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le bouchon d'oreille est un bouchon d'oreille à lamelles. Leur fabrication est moins coûteuse. Par ailleurs, l'intégration d'un élément piézoélectrique dans un bouchon d'oreille à lamelles est simple à réaliser. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le bouchon d'oreille est un bouchon d'oreille personnalisé, adapté à la forme du conduit auditif d'une personne. Un bouchon d'oreille personnalisé peut également facilement être complété par un élément piézoélectrique. Selon une caractéristique particulière, l'élément piézoélectrique est disposé entièrement dans une partie du bouchon d'oreille non apte à être introduite à l'intérieur du conduit auditif d'une personne. L'invention concerne aussi un premier procédé de fabrication d'un bouchon d'oreille selon l'invention et caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: É Fixation d'un élément piézoélectrique à l'intérieur d'une forme négative d'un bouchon d'oreille, É Expansion ou injection d'un plastique coulant autour de l'élément piézoélectrique, On peut ainsi fabriquer à faible coût un bouchon d'oreille à élément piézoélectrique intégré. L'invention concerne aussi un second procédé de fabrication d'un bouchon d'oreille selon l'invention et caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: É Fabrication d'un bouchon d'oreille avec un évidement adapté à la forme géométrique de l'élément piézoélectrique, É Enfoncement de l'élément piézoélectrique dans l'évidement en maintenant 30 une liaison par serrage et/ou en collant l'élément piézoélectrique dans l'évidement. Cette méthode se prête bien à l'intégration d'un élément piézoélectrique dans un bouchon d'oreille qualifié de personnalisé. 2888459 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention au regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 montre un bouchon d'oreille muni d'un élément piézoélectrique sous la 5 forme d'un schéma de principe dans une vue de face en coupe selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente un schéma du bouchon d'oreille selon ledit premier mode de réalisation utilisé dans un conduit auditif dans une vue de face en coupe; - la figure 3 expose un schéma d'un bouchon d'oreille semblable à celui présenté 10 précédemment, mais plus orienté vers un produit prêt à être industrialisé, en vue de face; - la figure 4 montre une forme négative pour l'injection d'un bouchon d'oreille avec un élément piézoélectrique autour duquel on a prévu d'injecter du plastique, en coupe en perspective; - la figure 5 représente un schéma d'un bouchon d'oreille dit personnalisé représenté en perspective; - la figure 6 expose un schéma d'un bouchon d'oreille personnalisé, semblable à celui de la figure 5, utilisé dans un conduit auditif sous la forme d'un schéma de principe dans une vue de face en coupe; - la figure 7 montre un élément piézoélectrique du commerce en vue de face; - la figure 8 représente l'élément piézoélectrique du commerce présenté sur la figure 7, en coupe vue de côté ; la figure 9 expose l'élément piézoélectrique utilisable pour un bouchon d'oreille, découpé à partir de l'élément piézoélectrique du commerce, en vue de face. 25 Les figures 1 à 3 se réfèrent à une protection auditive 1, conçue sous forme d'un bouchon d'oreille à lamelles. Les lamelles 2 sont respectivement dessinées dans ces figures. Comme le montre la figure 1, un bouchon d'oreille 1 possède un élément piézoélectrique 10 pour convertir des signaux électriques en oscillations. En d'autres termes, le bouchon d'oreille 1 a une fonction d'écouteur. L'élément piézoélectrique 10 est en contact fixe et transmet ces oscillations au matériau 3 constitutif du bouchon d'oreille 1. 6 2888459 C'est la figure 2 qui illustre le mieux le fonctionnement du bouchon d'oreille 1. Les oscillations de l'élément piézoélectrique 10 sont transmises au bouchon d'oreille 1. Le bouchon d'oreille 1 possède un segment 22 avec des lamelles 2 qui est introduit dans le conduit auditif externe 20 d'une personne et conçu pour assurer une étanchéité circulaire à l'intérieur de ce conduit auditif 20. Par ce contact entre les lamelles 2 du bouchon d'oreille 1 et le conduit auditif externe 20, on a une conduction du bruit par le cartilage et les parties molles de la paroi du conduit auditif. Ce bruit est transmis et perçu par l'oreille interne. Par ailleurs, un effet secondaire de soutien intervient en ce sens que le bouchon d'oreille 1 excité par l'élément piézoélectrique 10 produit des ondes acoustiques qui sont diffusées par le bouchon d'oreille 1 sur le volume d'air enfermé dans le conduit auditif externe 20 et transmises au tympan. Le matériau 3 du bouchon d'oreille est déformable par les oscillations de l'élément piézoélectrique 10 et apte à transmettre lesdites oscillations au niveau de sa périphérie 4. Lorsque le segment 22 du bouchon d'oreille 1 est introduit dans le conduit auditif externe 20 d'un individu, ses déformations, représentatives des dites oscillations, sont transmises, d'une part, aux parties molles et cartilagineuses du conduit auditif externe 20 et, d'autre part, au volume d'air enfermé dans le conduit auditif 20. Le matériau 3 du bouchon d'oreille est élastique et flexible. Ce matériau 3 permet de renforcer la fonction de protection auditive, car on obtient ainsi une bonne étanchéité du conduit auditif externe. Par ailleurs, la conduction du bruit par le cartilage et les parties molles de la paroi du conduit auditif est ainsi obtenue. Le contact fixe avec le matériau du bouchon d'oreille est obtenu par injection de plastique autour de l'élément piézoélectrique 10. Une expansion de plastique autour de l'élément piézoélectrique est une alternative possible. La figure 4 concerne la fabrication correspondante d'un bouchon d'oreille. La fabrication comprend les étapes suivantes: É Fixation d'un élément piézoélectrique 10 à l'intérieur d'une forme négative 30 30 d'un bouchon d'oreille 1. Conformément à la représentation, l'élément piézoélectrique est muni de deux fils 11 pour son alimentation en signaux électriques, ces fils étant disposés à l'intérieur d'une première gaine 12 en matériau électriquement isolant, cette gaine se trouvant à l'intérieur d'une 7 2888459 seconde gaine 13 formant ainsi la ligne de câble de l'élément piézoélectrique 10. É Expansion ou injection d'un plastique coulant autour de l'élément piézoélectrique 10. La forme négative 30 est réalisée dans une première moitié de moule pour coulage par injection 31 et une seconde moitié de moule pour coulage par injection 32. Pour des raisons de simplicité, les détails du moulage par injection ne sont pas représentés. Les figures 5 et 6 concernent un bouchon d'oreille 1 personnalisé et composé d'un élément piézoélectrique 10 pour convertir des signaux électriques en oscillations et d'un matériau déformable 25 comprenant une première partie 24, appelée segment, est apte à être introduite dans le conduit auditif d'une personne et à assurer une étanchéité acoustique de par sa déformabilité et une seconde partie 27 non apte à être insérée à l'intérieur du conduit auditif d'une personne, l'élément piézoélectrique (10) étant disposé à l'intérieur de cette seconde partie 27 et en contact fixe avec elle. La forme du segment 24 est adaptée à la forme du conduit auditif 20 d'une personne. Ce segment 24 permet de transmettre les oscillations générées par l'élément piézoélectrique 10, d'une part et principalement par conduction par le cartilage et les parties molles de la paroi du conduit auditif externe et d'autre part par vibrations de l'air situé dans le conduit auditif. II assure en plus la fonction d'étanchéité acoustique du conduit auditif externe dans lequel il est inséré, comme décrit précédemment au regard de la figure 2. L'élément piézoélectrique 10 est enfoncé et/ou collé dans un évidement du bouchon d'oreille 1. Ceci a été obtenu par les étapes suivantes: É Fabrication d'un bouchon d'oreille 1 avec un évidement adapté à la forme géométrique de l'élément piézoélectrique 10, É Enfoncement de l'élément piézoélectrique 10 dans l'évidement en réalisant une liaison par serrage et/ou en collant l'élément piézoélectrique 10 dans l'évidement. 8 2888459 Dans ce qui suit, on décrit des détails du bouchon d'oreille. Ceci est fait à l'aide de modèles de bouchons d'oreille tels que ceux qui ont été fabriqués par le déposant. Pour la fabrication du modèle de bouchon d'oreille, on est parti de disques d'éléments piézoélectriques 16 disponibles dans le commerce. Les figures 7 et 8 présentent un tel disque d'élément piézoélectrique 16. Pour ce disque d'élément piézoélectrique 16, on dispose des indications suivantes: É Conception: L'élément piézoélectrique est un composant dans lequel un disque de céramique piézoélectrique 19 est disposé sur un disque en laiton circulairel8. Le disque de céramique piézoélectrique 19 possède, comme le montre la figure 7, un diamètre D de 15 mm et une épaisseur de 0,2 mm. Le diamètre d du disque en laiton est de 20 mm, son épaisseur est de 0,23 mm. É Paramètres techniques ^ Fréquence de résonance: 6,4 KHz ^ Impédance de résonance: 200 Ohm (Remarque: le déposant a mesuré des valeurs plus élevées) ^ Capacité : 12nF É Référence ^ L'élément piézoélectrique peut être obtenu sous la désignation EPZ-20MS64 et le n d'article 712918-U4 auprès de l'entreprise de vente par correspondance "Conrad Electronic". Etant donné que l'élément piézoélectrique 16 du commerce était trop grand pour une intégration directe, un segment 23 de ce dernier a été découpé pour fabriquer un modèle de bouchon d'oreille. A la figure 7, on a représenté deux lignes épaisses en pointillés 17 qui illustrent les lignes de découpe du segment 23. Le segment découpé 23 est représenté à la figure 9. C'est l'élément piézoélectrique 10 utilisable pour la fabrication d'un modèle de bouchon d'oreille. On décrit tout d'abord la fabrication d'un premier modèle. II concerne un bouchon d'oreille à lamelles dont le principe est représenté aux figures 1 à 3. On est parti d'un bouchon d'oreille disponible dans le commerce. On peut se le procurer 9 2888459 dans le commerce sous la dénomination UltraFit Earplugs - Aearo E A R . La fabrication se déroule selon les étapes suivantes: É Réalisation d'un alésage longitudinal de diamètre 2 mm. ^ Introduction de l'élément piézoélectrique 10 représenté à la figure 9. 5 ^ Collage de cet élément piézoélectrique 10 avec du silicone. On décrit par ailleurs la fabrication d'un second modèle qui est un bouchon d'oreille personnalisé dont le principe est représenté aux figures 5 et 6. On est parti d'un bouchon d'oreille disponible dans le commerce. II est commercialisé par la 10 Société Sonomax Hearing Healthcare Inc." sous la dénomination SonoCustom . Le bouchon d'oreille SonoCustom présente une enveloppe en caoutchouc à l'extérieur et un silicone durci à l'intérieur. Le silicone a été injecté sous forme liquide dans l'enveloppe en caoutchouc alors que l'enveloppe en caoutchouc se trouvait dans le conduit auditif d'une personne. Après le durcissement du silicone, on dispose du 15 bouchon d'oreille personnalisé avec une enveloppe en caoutchouc. L'intégration de l'élément piézoélectrique s'est déroulée selon les étapes suivantes: ^ Incision d'une fente avec un couteau. ^ Introduction de l'élément piézoélectrique 10 représenté à la figure 9. ^ Collage de cet élément piézoélectrique 10 avec du silicone. Revendications 1. Bouchon d'oreille (1) caractérisé en ce qu'il est composé d'un élément piézoélectrique (10) pour convertir des signaux électriques en oscillations et d'un matériau déformable (3, 25) dont au moins une partie (22,24), appelée segment, est apte à être introduite dans un conduit auditif externe (20) d'une personne et à assurer une étanchéité acoustique de par sa déformabilité, l'élément piézoélectrique (10) étant disposé à l'intérieur du matériau déformable (3, 25) et en contact fixe avec lui, ce matériau déformable étant apte à transmettre lesdites oscillations au niveau de sa périphérie (4, 26) et d'assurer une conduction de ces oscillations par les cartilages et les parties molles de la paroi du conduit auditif. 2. Bouchon d'oreille (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constitutif du segment est déformable par les oscillations de l'élément piézoélectrique (10). 3. Bouchon d'oreille (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau constitutif du segment est élastique et flexible. 4. Bouchon d'oreille (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (10) est enfoncé etlou collé dans un évidement dudit segment. 5. Bouchon d'oreille (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bouchon d'oreille (1) est un bouchon d'oreille à lamelles. 6. Bouchon d'oreille (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bouchon d'oreille (1) est un bouchon d'oreille (1) 25 personnalisé, adapté à la forme du conduit auditif (20) d'une personne. 7. Bouchon d'oreille (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (10) est disposé entièrement dans une partie (27) du bouchon d'oreille non apte à être introduite à l'intérieur du conduit auditif d'une personne. 8. Procédé de fabrication d'un bouchon d'oreille (1) muni d'un élément piézoélectrique (10) pour convertir les signaux électriques en oscillations selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: É Fixation d'un élément piézoélectrique (10) à l'intérieur d'une forme négative (30) d'un bouchon d'oreille (1), É Expansion ou injection d'un plastique coulant autour de l'élément piézoélectrique (10). 9. Procédé de fabrication d'un bouchon d'oreille (1) muni d'un élément piézoélectrique (10) pour convertir les signaux électriques en oscillations selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: É Fabrication d'un bouchon d'oreille (1) avec un évidement adapté à la forme géométrique de l'élément piézoélectrique (10), É Enfoncement de l'élément piézoélectrique (10) dans l'évidement en maintenant une liaison par serrage etlou en collant l'élément piézoélectrique (10) dans l'évidement.