FR 2116473 A1 19720713 FR 7143142 A 19711201 71 43142 1 2116473 La présente invention concerne d'une manière générale les transducteurs ou convertisseurs destines à convertir l'énergie électrique en énergie mécanique ou l'énergie mécanique en énergie électrique, ou les deux. Plus précisément, elle concerne des dis-5 positifs destinés à tirer parti efficacement des propriétés piézoélectriques de certaines substances connues. Les propriétés piézo-électriques des monocristaux, par exemple des cristaux de sels de Seignette, sont connues depuis longtemps et ont été utilisées sur une grande échelle dans les 10 convertisseurs électro-mécaniques et électro-acoustiques, dont des exemples sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 403 692. On peut employer divers modes de vibration, naturels ou reposant essentiellement sur l'application de charges électrostatiques. Chaque mode comportant l'application de charges élec-15 trostatiques est caractérisé par un coefficient k_ de couplage piézo-êlectrique correspondant, lié à la manière suivant laquelle de l'énergie est appliquée à l'élément piézo-électrique. Les céramiques piézo-électriques , qui sont des agrégats polycristallins de métériaux ferro-électriques,ont des propriétés 20 analogues: un exemple de ces substances est une céramique contenant du titanate de baryum vitrifié par cuisson de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 540 412. Les céramiques piézo-électriques utilisées couramment à l'heure actuelle sont à base de solutions solides de zirconate de plomb 25 et de titanate de plomb. Une céramique piézo-êlectrique est polarisée, c'est-à-dire est soumise à une polarisation rémanente, lorsqu'elle est soumise à un champ électrique intense à la température ambiante ou à chaud. Les éléments en céramiques piézo-électriques sont préférés aux éléments constitués par des monocristaux 30 dans de nombreuses applications courantes, telles que les capteurs ... v ,,, , les convertisseurs , pour appareils de prothese auditive pour electropnones,les capteurs,/ pour appareils électro-acoustiques sous-marins etc. On peut citer, parmi les raisons de cette préférence, une grande résistance axsjc chocs mécanique et thermique et une grande stabilité vis-à-vis 35 de 1'environnement, des coefficients de couplage électromagnétique élevés, la facilité de fabrication, la souplesse des techniques de polarisation et le prix de revient peu élevé. Dans l'étude ci-après, le "coefficient de couplage piézo-êlectrique longitudinal "est celui qui est applicable aux variations 71 43142 2 2116473 de dimension dans la direction de polarisation quand les autres changements de dimensions ne sont pas des changements forcés. Le "coefficientde couplage piézo-électrique transversal "est celui qui s'applique aux variations de dimension perpendiculaires à la direc-5 tion de polarisation et sa valeur est voisine de la moitié de celle du coefficient de couplage longitudinal pour une céramique piézo-électrique type. Dans chacun de ces cas particuliers, le champ électrique correspondant aux signaux appliqués est parallèle à la direction de polarisation. 10 Lors de la réalisation pratique d'un transducteur élec tromécanique ou électro-acoustique comportant un élément piézoélectrique, il est nécessaire d'incorporer des organes vibrant mécaniquement et des circuits électriques de couplage à cet élément. Ces éléments et organes soulèvent des difficultés pratiques. Les 15 circuits électriques doivent avoir une impédance adaptée à celle de l'élément piézo-electrique. Théoriquement, outre ces fonctions de conversion de l'énergie, l'organe vibrant mécaniquement doit également protéger mécaniquement et vis-à-vis de l'environnement l'élément piézo-électrique. 20 La technique a considérablement évolué par rapport à celle décrite ci-dessus, mais jusqu'à présent,les dispositifs considérés comme pratiques du point de vue industriel constituaient de larges compromis entre les diverses caractéristiques souhaitables. Les transducteurs électromécaniques comportant des céramiques 25 piézo-électriques pour les applications à basse fréquence ont presque toujours utilisé les phénomènes de flexion ou de torsion observés dans des plaques stratifiées ou des tubes en une seule pièce, certains exemples figurant par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 219 850. Les dispositifs travaillant à 30 la flexion sont les plus courants et,pour ce type de dispositifs , le coefficient de couplage électromagnétique transversal intervient le plus souvent. Une des difficultés liées aux dispositifs piézo-électriques à flexion est leur fragilité qui persiste même quand les matières céramiques piézo-électriques relativement plus 35 résistantes sont utilisées à la place de substances sous forme de monocristaux. Pour remédier à cette fragilité, on a suggéré d'utiliser des stratifiés à trois couches comportant des substrats métalliques qui confèrent la résistance nécessaire à la compression aux céramiques. Ces procédés imposent à leur* tour leurs propres 71 43142 3 2116473 limites y compris les directions admissibles de polarisation, les coefficients de couplage utilisables et les caractéristiques électriques. D'autres difficultés associées aux dispositifs de la tech-5 nique antérieure proviennent d'une accumulation excessive d'énergie élastique dans les organes vibrant mécaniquement au contact des éléments en céramique piézo-électrique. Cela entraîne une réduction considérable du coefficient de couplage électromécanique global de ces dispositifs. On peut citer comme exemples toutes 10 les formes de réalisation décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 487 962. D'autres difficultés rencontrées dans les dispositifs de la technique antérieure englobent les limitations imposées aux organes vibrant mécaniquement par les matériaux utilisés en pra-15 tique, en raison de leur conductivité électrique et des limitations qui en découlent sur les emplacements admissibles des électrodes d'application des signaux. Il existe également des restrictions concernant les procédés de fabrication, en particulier les-agencements réalisables pour la polarisation des éléments en céramique 20 piézo-électrique. Par ailleurs, beaucoup de ces dispositifs ont des caractéristiques désavantageuses, par exemple une sensiblité aux accélérations qui est une source importante de réactions indésirables dans des applications telles que les appareils de prothèse auditive et de bruits de manipulation et d'autres d'origine mé- ■ 25 canique pour les applications aux microphones en général. La présente invention concerne des. transducteurs piézoélectriques perfectionnés qui réalisent une combinaison de caractéristiques avantageuses dans une unité de réalisation simple et de prix peu élevé. Elle permet l'utilisation des céramiques 30 piézo-électriques avantageuses pour des éléments simples en une seule pièce, par exemple des traverses de section transversale rectangulaire, qui sont faciles à fabriquer et â polariser. Par ailleurs, les autres pièces ont également une structure simple et sont faciles à assembler pour réaliser un transducteur petit, 35 compact, rebuste et très sensible. L'appareil selon l'invention comprend une ou plusieurs traverses piézo-électriquesauxquelles sont appliqués des champs électriques représentant les signaux, dans une direction parallèle, ou perpendiculaire à leurs axes longitudinaux et ces traverses sont 71 43142 2116473 disposées suivant une ou deux diagonales d'un quadrilatère. Les contraintes extérieures sont transformées en efforts superficiels de cisaillement dans un plan oarallèle à celui dudit quadrilatère / et ces efforts de cisaillement superficiels sont transformés en 5 contraintes 2cr.ritu finales dans les traverses. Grâce â cet ensemble d'éléments, de l'énergie peut être convertie de la forme mécanique à la forme électrique et/ou de la forme électrique à la forme mécanique. Ceci signifie que les organes de transformation des efforts et l'ensemble de conversion ont un fonctionnement 10 bilatéral, ou réversible. Les organes préférés pour transformer les contraintes au cisaillement superficielles en contraintes longitudinales dans les traverses sont constitués par un bâti périphérique, ayant de préférence la forme générale d'un quadrilatère, la traverse ou 15 les traverses étant montées à l'intérieur du contour du bâti avec une transmission des forces au bâti, dans les régions des angles correspondants du quadrilatère. Les organes préférés pour convertir les efforts extérieurs en efforts de cisaillement superficiels comprennent une 20 ou deux membranes gauches. Dans le présent mémoire, l'expression "membrane gauche" signifie une membrane ayant une forme presque plane et telle que les efforts superficiels de cisaillement appliqués à son pourtour, dans ce plan, produisent des déplacements de ladite membrane, par rapport à ce pourtour,qui ont des compo-25 santés relativement importantes perpendiculairement audit plan. Cette expression englobe également d'autres organes, constitués ou non par des membranes, capables de transformer ces efforts de cisaillement superficiels en un ensemble d'efforts extérieurs. L'inverse est également vrai, à savoir que la membrane gauche 30 transferme les déferrations, ou les forces, normales au plan de son - pourtour,en forces appliquées à son pourtour et qui correspondent approximativement à un système d'efforts superficiels uniformes de cisaillement dans ledit plan. Les contraintes à l'intérieur de la traverse produisent, 35 ou sont produites par, des champs électriques représentant les signaux appliques, dont les directions ont des orientations déterminées par rapport aux traverses. Les directions de ces champs peuvent être parallèles à l'une quelconque des trois dimensions de la traverse et peuvent également être orientées symétriquement par 71 43142 2116473 rapport à son point milieu. Par conséquent, ces champs électriques peuvent être dirigés longitudinalement à partir de ce point milieu vers les extrémités correspondantes d'une traverse et c-rt+e configuration particulière peut avoir d'importants avantages, y 5 compris le fait que les extrémités des traverses et des crga::-.-:: de conversion des contraintes sont au potentiel d'une masse commune, et le point milieu de la traverse constitue une électrode de signal, ou chaude, par rapport à cette masse. Un grand nombre d'autres configurations sont aussi possibles et seront décrites 10 ci-après en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un transducteur ou "cellule" électro-acoustique piézo-électrique selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention; la figure 2 est une vue en plan représentant le conver-15 tisseur de la figure l,les membranes gauches et certains composants électriques étant enlevés; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2, avec toutes les parties de la figure 1 en place; la figure 4 est une coupe par un plan horizontal d'un 20 microphone du. type pour appareil de...prothèse auditive comportant le transducteur des figures 1 à 3 ; la figure 5 est une vue en bout du microphone de la figure 4 vu de la gauche; la figure 6 est une coupe verticale d'un autre type de 25 transducteur avec un coefficient de couplage piézo-électrique différent, préféré pour les applications du type "haut-parleur"; les figures 7a et 7b sont des diagrammes représentant les forces existant dans un transducteur simplifié du type selon l'invention; „ 30 la figure 8 est un schéma représentant, avec exagération, la flexion du bâti d'un transducteur associé à une déformation par les efforts de cisaillement superficiels; et la figure 9 représente un procédé de polarisation et de réalisation d'une forme de traverse piézo-électrique. 35 La figure 1 représente en perspective éclatée les élé ments principaux d'un transducteur, ou cellule, électro-acoustique 12 (représenté aussi sur les figures 4 et 5)• Cette cellule com- - . /de porte une enceinte dont les côtés sont forr.es par un bâti 14/ forme 71 43142 6 2116473 sensiblement rectangulaire ou carrée, de préférence en une matière ayant un faible coefficient de dilatation thermique et un module d'élasticité relativement élevé, telle que l'alliage de fer et de nickel contenant 36% de nickel et bien connu sous le nom 5 d'"Ir-var" .Tans le présent mémoire descriptif et les revendications annexées, le mot"rectangulaire" sous-entend la forme carrée ainsi que d'autres formes analogues, comme d'habitude. Ce bâti est doré de manière à réaliser des surfaces ayant un bon contact électrique avec les traverses comme on l'explique ci-après plus en détail. 10 Les membranes gauches 16 et 18 sont des membranes métal liques ayant sensiblement la forme d'une selle avec des rebords périphériques 20 et 22, respectivement, et sont assemblées avec les rebords en about des bords latéraux du bâti. Ceci forme une enceinte qui protège les pièces qu'elle contient. 15 La structure et les formes des membranes gauches sont bien connues des techniciens.Les régions centrales en forme de selle sont de préférence à courbure continue et, de préférence, chaque membrane gauche est symétrique de l'autre par rapport à un plan. Ces rebords se trouvent chacun dans un plan auquel les par-20 ties centrales sont réunies par des jupes 23 solidaires de hauteur variable. Les jupes 23 ont une hauteur maximale en deux angles diagonalement opposés et une hauteur minimale aux deux autres angles diagonalement opposés. D'autres formes convenables de membranes gauches sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Ame- . 25 rique n° 2 403 692 sus-mentionné. Les membranes gauches ayant les formes indiquées ci-dessus jouissent de la propriété que si des forces avec des composantes normales à leur surface principale leur sont appliquées, ces forces sont transformées en forces appliquées au bâti sur leur périphérie, sous forme d'efforts de 30 cisaillement superficiels, c'est-à-dire de sollicitations agissant de manière à tirer deux angles diagonalement opposés du bâti l'un vers l'autre tout en écartant en même temps les deux autres angles diagonalement opposés et agissant aussi dans la direction opposée pour provoquer l'effet contraire. Par conséquent, la cellule 12, 35 dans son ensemble, est caractérisée par une réponse par des efforts de cisaillement superficiels aux ondes acoustiques venant heurter les membranes gauches. Les deux membranes gauches sont placées par rapport au bâti de telle manière que si leurs deux régions centrales sont poussées en même temps en direction de l1-40 intérieur de l'enceinte, les efforts de cisaillement superficiels 71 43142 7 2116473 appliqués au bâti sont ûe même sens et s'ajoutent. Quand les membranes gauches 16 et 18 sont en place,leurs grandes faces en forme de selle sont enfoncées dans le bâti 14 tandis que la jupe 22 et les rebords 20 ou 22 de chaque membrane 5 gauche sent liés au bâti par un adhésif époxyde, une soudure tendre ou analogue. Deux traverses piézo-électriques 24 et 26 sont placées diagonalement en travers et à l'intérieur du bâti 14. Ces traverses sont de préférence réalisées en une céramique piézo-électrique 10 par exemple une pièce polycristalline de zirconate-titanate de plomb d'un type existant dans le commerce, ou équivalente. La traverse 24 comporte deux électrodes 28 centrales ou en un point milieu (figures 2 et 3) et deux paires d'électrodes d'extrémité 30 (figure 2) placées respectivement dans des ouvertures rectangu-15 laires ménagées dans des chanfreins 32 du bâti. De même, la traverse 26 comporte deux électrodes centrales 34 et deux paires d'électrodes d'extrémité 36 placées dans des ouvertures rectangulaires ménagées dans des chanfreins 38 du bâti. Une des ouvertures ménagées dans un des chanfreins est désignée par 40 sur la 20 figure 3 et comporte de préférence un jeu dans le sens vertical pour la traverse, comme l'indique la figure 3- Ces électrodes sont toutes de préférence des revêtements à base de poudre de métaux précieux fixées sur la matière des traverses par cuisson et vitrification. 25 Dans cette réalisation, les traverses sont polarisées électriquement dans les directions indiquées par les flèches en trait continu 41 de la figure 2. Chaque traverse est polarisée dans des directions parallèles à sa grande dimension. Une traverse est polarisée dans un sens à partir de son électrode centrale en 30 direction d'ur.o de ses électrodes d'extr-Snitë et dans le sens opposé à partir de cette même électrode centrale en direction de l'autre de ses électrodes d'extrémité, alors que l'autre traverse est polarisée dans un sens à partir d'une de ses électrodes d'extrémité en direction de son électrode centrale et dans le sens 35 opposé à partir de l'autre de ses électrodes d'extrémité en direction de son électrode centrale. Un procédé utilisable pour la polarisation des traverses est décrit ci-après à propos de la figure 9- Les traverses peuvent être vissées à travers des ouver 71 43142 21164/.J tures telles que 40 ou en variante, une extrémité peut être passée à travers une ouverture avant la mise en place de l'autre extrémité si le jeu vertical dans l'ouverture est suffisant. Un contact électrique entre les électrodes centrales 28 5 et 34 se faisant face est réalisé par un ressort-lame 42 courbé en alliage d'or (figure 3) qui cale également chaque traverse en direction de l'extérieur dans ses ouvertures associées avec une force suffisante pour réaliser un contact électrique sûr à chaque extrémité de la traverse entre une des électrodes 30 ou 36 et 10 l'ouverture correspondante. A cet instant de l'assemblage, on peut faire couler un adhésif convenable, par exemple un adhésif époxyde dans les cinq groupes de joints pour réaliser des arrondis 44 et 46. Après le durcissement de cet adhésif, qui peut être réalisé à des températures telles que la dépolarisation des tra-15 verses soit négligeable, les extrémités des traverses dépassent en général légèrement à l'extérieur de l'ouverture ménagée dans le bâti. Ces saillies peuvent être enlevées, par exemple à la lime diamantée, pour réaliser des extrémités de niveau avec l'extérieur des chanfreins 32 et 38 du bâti, comme l'indiquent les 20 dessins. Les plaques d'angle 48, réalisées en un matériau à module d'élasticité élevé, sont ensuite fixées à l'extérieur des chanfreins du bâti par un adhésif semblable. Les plaques d'angle 48 ont pour but d'augmenter la raideur élastique des assemblages entre les traverses et le bâti. L'adhésif est partiellement em-25 prisonné dans les joints bout à bout entre les traverses et les plaques d'angle et entre les plaques d'angle et les chanfreins extérieurs du bâti étant donné que les prolongements latéraux des joints sont beaucoup plus grands que l'épaisseur du film d'adhésif. Etant donné que, dans les joints bout à bout, l'adhésif est 30 essentiellement soumis à une tension ou une compression, l'emprisonnement partiel de l'adhésif augmente le module d'élasticité effectif de cet adhésif jusqu'à une valeur bien supérieure à son module de Young Celui-ci est lui-même trois fois plus élevé que le module élastique au cisaillement qui est applicable à l'adhé-35 sif à l'intérieur des ouvertures 40 pendant le fonctionnement décrit ci-après de l'ensemble. Une fois assemblé de la manière décrite ci-après, l'ensemble des figures là 3a une très grande résistance en ce qui concerne la rupture mécanique des traverses quand cet ensemble 40 est soumis à des chocs.mécaniques. 71 43142 9 2116473 Quand le système représente sur les figures 1 à 3 fonctionne, si des efforts de cisaillement superficiels N par unité xy de lcr-oucur ccnt aj piiqués parallèlement au périmètre du bâti 14 dar.s le* s cîirc-ctions i'.ài-r-é"1 s par les flèches 50 de la figure 2, 5 la travcr-ô-.* ect ccunise- à un effort de compression et la traverse 26 à un effort de tension. Si la céramique piézo-électrique est d'un type qui s'allonge dans la direction de polarisation quand elle est polarisée, alors ces efforts appliqués aux traverses engendrent des tensions de polarisation indiquées sur la fi-10 gure 2 par des flèches en pointillé 52, parallèles à la grande dimension des traverses. C'est-à-dire que, dans ce cas particulier, les tensions électriques de polarisation sont dirigées en tous pointsvers l'intérieur du bâti, en direction des électrodes centrales. Etant donné que les électrodes centrales sont reliées 15 électriquement entre elles et étant donné que le bâti est un conducteur commun pour toutes les extrémités des traverses, cet ensemble comprend quatre générateurs essentiellement capacitifs dont les tensions sont identiques en grandeur et en signe, ainsi que les capacités, et qui sont branchés électriquement en parai-20 lèle par le mode de construction. Etant donné l'égalité des tensions de signal, les énergies électrostatiques des signaux provenant des quatre générateurs capacitifs s'ajoutent. Dans cette réalisation, qui est à préférer pour la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, comme par exemple, dans les micropho-25 nés, un avantage important est cette génération d'une tension de signal électrique au centre de l'ensemble par rapport à un périmètre équipotentiel. Quand les directions des efforts de cisaillement superficiels indiquées par les flèches 50 sont inversées, les directions^ tensions de polarisation sont aussi inversés et par 20 ccr.s-fquor.t arptrt.irr-rr.t ï : 'extérieur. Par conséquent, le fonctionnement de l'ensemble est sensiblement linéaire et on peut l'utiliser dans des dispositifs électromécaniques ou électroacoustiques linéaires tels que des microphones, des capteur^pour électrophones etc. 35 Dans l'autre sens de conversion de l'énergie, une diffé rence de tension appliquée entre l'ensemble des électrodes centrales et le bâti provoque un allongement d'une traverse tandis que l'autre traverse se raccourcit. Ces déplacements des extrémités des traverses dans un plan appliquent au bâti des efforts de ci-40 saillement superficiels dans le plan de la figure 2 et provoquent bad original 71 43142 1U 2116473 un mouvement des parties centrales des membranes gauches, et les deux membranes gauches se déplacent en même temps vers l'intérieur en direction des traverses ou vers l'extérieur en s'éloignant dos traverse", suivant la polarité- de la tension de signal appli-5 quée. Etant donné son mode de construction, chaque membrane gauche a une rigidité propre négligeable en plus de la rigidité à la flexion qu'elle aurait si elle était constituée par une plaque plane. On entend par"rigidité propre"la rigidité d'une membrane 10 gauche dans le cas où le déplacement de son périmètre n'est pas limité dans une direction parallèle au plan de son rebord. Ce fait explique en partie pourquoi la réalisation décrite ci-dessus a un coefficient global de couplage électromécanique élevé. Le fait que ce coefficient est très peu diminué par le bâti a une 15 importance égale comme on l'expose en détail ci-après. On notera que, dans la réalisation décrite ci-dessus, la capacité électrique est faible à cause de l'intervalle relativement grand entre les électrodes centrales et le bâti et la section transversale relativement petite des traverses. Dans ce cas, on 20 peut éventuellement interconnecter par paires les paires d'électrodes 28, 30, 34 et 36 sur les faces opposées des traverses. L'ensemble fonctionne en l'absence d'un tel conducteur mis en place extérieurement étant donné la capacité relativement élevée entre ces paires d'électrodes. 25 Comme l'indiquent les figures 1 et 3s un transistor amplificateur 54 en forme de plaquette est fixé à la traverse 24 au-dessus d'une électrode 28 et une des connexions électriques de la plaquette 54 aboutit à la face liée à cette plaquette. Des conducteurs extérieurs 56, 58 et 60 sont constitués par un fil 30 isolé ser;.bia'cle aux fils pour électro-aimant et traversent des- ti-cus ménagés dans le bâti 14. Les conducteurs 56 et 60 sont fixés au bâti mais isolés électriquement de celui-ci et le conducteur 58 est mis en contact électrique avec le bâti,par exemple par soudage par points, dans le but d'établir une connexion électrique 35 avec les électrodes 30 et 36 aux extrémités des traverses. Des fils intérieurs 62 relient la plaquette 54 aux conducteurs 56, 58 et 60. Un trou non représenté peut être ménagé dans le bâti 14 pour égaliser les pressions entre l'intérieur 63 (figure 3) et bad original 71 43142 11 2116473 l'extérieur de la cellule. Dans certains cas, il est possible de réaliser la cellule sans ce trou, sous forme d'un boîtier hermétique ou quasiment hermétique qui protège le transistor amplificateur 54 contre un environnement contraire. 5 Les figures 4 et 5 représentent un microphone comprenant la cellule 12 des figures 1 à 3. Cette cellule est supportée élastiquement dans un boîtier tubulaire métallique 64 de section transversale sensiblement rectangulaire, par huit supports 66 en élastomère. Ces supports sont en forme de L et collés à la 10 cellule 12 avant sa mise en place dans le boîtier. Ce boîtier est fermé à une extrémité par une plaque d'about 68 qui supporte une tubulure 70 d'entrée des sons comportant un trou 72 qui traverse également la plaque d'about. Une pièce 74 en forme de U est montée à l'intérieur du boîtier pour soutenir les supports 15 adjacents en élastomère et maintenir par ses grands côtés une plaque à bornes 76. Les conducteurs 56, 58 et 60 sont reliés à des bornes 78 soudées à la plaque 76. Cette plaque à bornes 78 comporte de préférence un circuitfaormal sur sa face intérieure et qui est utilisé en liaison avec l'amplificateur à transistors 20 contenu dans la cellule 12. Par conséquent, l'intervalle entre la plaque à bornes 76 et la grande surface de la pièce 74 qui lui fait face est utilisé pour loger ledit circuit normal ainsi que les conducteurs 56, 58 et 60. Ces conducteurs sont disposés de manière à obtenir une compliance (inverse de la raideur) maximale 25 entre les bornes soudées 78 et l'entrée des conducteurs dans le bâti de la cellule 12. Etant donnée cette disposition des conducteurs, la cellule est supportée élastiquement dans le boîtier principalement par les supports 66 en élastomère. Ces supports 66 sont placés contre les milieux des côtés du bâti de ma-30 nière que les forces appliquées à ce bâti par les supports du fait d'une accélération du bâti 64 dans des directions parallèles au plan de la figure 4 ne soient pas transmises électromécanique-ment aux électrodes de signal du transducteur. La compliance des supports réduit ces forces au minimum et, de même, réduit l'ac-35 célération de la cellule 12 par rapport à celle du boîtier 64 quand ce dernier est soumis à une accélération normale au plan de la figure 4. La compliance des supports empêche aussi toute limitation du déplacement du bâti lors d'une conversion électroacoustique. L'ensemble est très résistant aux chocs mécaniques et, 71 43142 12 2116473 par ailleurs, est pratiquement insensible aux accélérations provoquées par des vibrations mécaniques, comme on l'étudié en détail 'ci-aprc-s. Ces deux caractéristiques sont très importantes pour les appareils de prothèse auditive et les applications"*" 's^mfâafe%s/les 5 défaillances des composants du transducteur-électroacoustique en service étaient en général la conséquence d'une destruction par un choc mécanique et dans lesquelles la sensibilité aux accélérations des transducteurs électro-acoustiques a été une source importante de réactions indésirables entre la sortie et l'entrée de 10 l'ensemble. Les vibrations mécaniques de ce genre engendrent des oscillations de réaction dans les ensembles comportant des dispositifs selon la technique antérieure sauf si les deux transducteurs sont montés sur des amortisseurs efficaces pour réaliser une atténuation suffisante dans la boucle de réaction mécanique. 15 Le microphone représenté sur les figures 4 et 5 peut être fixé rigidementfàans le boîtier d'appareils tels que les appareils de prothèse auditive et avec le mode de cons%rue?ioneSé Srîîf/ sa résistance aux chocs mécaniques et son insensibilité aux accélérations sont excellentes. La diminution résultante de l'encom-20 brement et de la complication de ces dispositifs augmente les possibilités d'application des transducteurs réalisés selon la présente invention. La figure 7a représente schématiquement l'effet d'une force de cisaillement superficielle uniforme N par unité de Ion- xy 25 gueur appliquée à un bâti 14' "idéalisé", avec une épaisseur nulle des parois et relié aux traverses 24' et 26' dont on suppose la largeur nulle. Etant donné la symétrie de l'ensemble, la force totale appliquée le long d'un côté du bâti se divise en deux moitiés appliquées à chaque extrémité de ce côté. Ceci est visible 30 sur la figure 7b qui représente les composantes de la force appliquée à la traverse 24' à son extrémité inférieure lorsqu'elle est vue comme sur la figure 7a. Etant donné que les composantes de cette force sont proportionnelles aux longueurs des côtés correspondants du bâti, la force totale résultante 79 est dirigée sui-35 vant l'axe 80 de la traverse 24' et parallèlement à ce dernier. Dans un ensemble réel comportant des traverses de largeur finie et des chanfreins correspondants sur le bâti, la disposition géométrique est quelque peu modifiée, si bien que les forces résultantes ne sont plus rigoureusement parallèles aux axes des tra 71 43142 13 2116473 verses. Par ailleurs, des efforts sont nécessaires pour fléchir le bâti et ceci provoque une augmentation supplémentaire de l'angle entre les forces résultantes et les axes des traverses. L'équilibre est atteint, pour les moments et les forces transversales 5 appliquées dans le plan de la figure 7a, aux extrémités des traverses, et ils sont parasites en ce sens qu'ils ne sont pas couplés électrcr.Scaniquemer.t aux bornes électriques de l'ensemble. Cependant, dans les dispositifs réels, ces effets sont relativement faibles et des bâtis de forme quasiment rectangulaire sont 10 parfaitement utilisables. La figure 8 représente schématiquement, avec beaucoup d'exagération, la déformation d'un bâti 14" idéal, sans chanfrein, par rapport au bâti non déformé représenté par des traits interrompus. Si, en combinaison ou non avec les membranes gauches, les an-^ gles droits à proximité des angles du bâti subsistent malgré la déformation de celui-ci, ce bâti doit par conséquent fléchir lorsqu'il se déforme. La flexion du bâti associée aux membranes gauches est partiellement limitée par lesdites membranes. Il faut dépenser de l'énergie pour fléchir le bâti et cette énergie est 20 nulle quand l'épaisseur des parois du bati est nulle. Cependant, chaque côté du bâti est également destiné à transformer les efforts de cisaillement par unité de longueur appliqués à ses côtés en forces appliquées aux extrémités des traverses qui provoquent les déplacements desdites extrémités des traverses et une flexion o correspondante du bâti. Un ensemble de forces liées à la membrane est appliqué à chacun des côtés du bâti dans le but d'effectuer cette transformation. Ce système de forces entraîne également un emmagasinage d'énergie élastique, dont l'importance est d'autant 30 moindre que l'épaisseur des parois du bâti est plus grande. Etant donné que ces deux énergies se retranchent de l'énergie totale appliquée à l'ensemble bâti-traverses pour fournir l'énergie emmagasinée dans les deux traverses, il existe une épaisseur optimale des parois du bâti pour laquelle le coefficient de couplage 35 électromécanique de l'ensemble bâti-traverses est maximal. Plus le module d'élasticité de la matière du bâti est élevé, plus l'épaisseur optimale des parois est faible et plus le coefficient de couplage électromécanique correspondant du système est grand, à mesure qu'on se rapproche du coefficient de couplage piézo-élec- 71 43142 14 2116473 trique des traverses. Dans ce sens restreint, le comportement du bati est analogue à celui d'une membrane gauche mais il est évident, en mène temps, que le bâti se différencie des membranes gauches à beaucoup d'autres points de vue. Associé avec une r.en-5 brane gauche et une traverse, le bâti a plus d'importance que la membrane gauche elle-même. Associé à une traverse, le bâti est un nouvel élément essentiel à la réalisation d'une structure qui réagit au cisaillement superficiel appliqué à son périmètre. La cellule 12 des figures 1 à 3 peut comporter une mem-10 brane gauche commandée par une tige de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 403 692 précité. Cependant, la figure 3 met en évidence certains des avantages qu'on obtient lorsque les membranes gauches sont les seules membranes d'un transducteur électro-acoustique comportant la cellule des figures 15 1 à 3. Dans ce cas, les différences de pression acoustique agissent directement sur les membranes gauches 16 et 18 de la manière décrite ci-dessus, et les variations de volume acoustique sont produites uniquement par les déformations des membranes gauches. Les flèches en pointillé 82 et 84 indiquent la direction des for-20 ces appliquées aux membranes gauches 16 et 18, respectivement, quand la pression extérieure dépasse la pression dans la chambre 63* Ces forces se transforment en efforts de cisaillement superficiels ayant le même signe pour chaque membrane gauche et qui s'appliquent additivement à la partie supérieure et à la partie 25 inférieure du bâti 14 pour agir sur l'ensemble bâti-traverses comme on l'a exposé ci-dessus. Par. ailleurs, si l'ensemble de la cellule 12 est soumis à une accélération dans la direction indiquée par les flèches 86, par exemple par des vibrations mécaniques ou des chocs, les forces d'inertie résultantes provenant 30 de la masse des membranes gauches auraient la direction indiquée par la flèche 88 pour la membrane 16 et par la flèche 90 pour la membrane 18. Dans la mesure où la cellule est symétrique du point de vue élastique, ce qui est très près d'être exact, les forces de cisaillement superficielles appliquées par chaque membrane 35 gauche au bâti 14 s'annulent mutuellement et il n'existe pas de force de cisaillement résultante qui engendre une tension électrique entre les électrodes centrales et le bâti 14. Bien que les traverses fléchissent légèrement lorsqu'elles sont soumises à une accélération, à cause de leur masse propre, les sollicitations 71 43142 15 2116473 résultantes ne sent pas appliquées électromécaniquement aux électrodes pour signaux. Par conséquent, la sensibilité aux accélérations de la cellule, est pratiquement nulle si on la compare aux transducteurs électro-acoustiques sans compensation, 5 et ce fait est extrêmement important dans un grand nombre d'applications et a une autre conséquence, à savoir que les accélérations puisées provoquées par les chocs mécaniques appliquées dans la direction des flèches 86 s'annulent de la même manière; il est nécessaire et suffisant que les traverses soient capables de sup- . 10 porter les effets de l'inertie dus à leur propre masse lors de tels chocs. Etant donné que chaque traverse est fixée à ses deux extrémités au bâti 14, la résistance à la flexion des traverses soumises à ces chocs est très élevée et plus que suffisante pour toutes les applications pratiques. 15 Par conséquent,bien que les membranes gauches aient une faible rigidité propre comme on l'a vu ci-dessus, chacune est liée au bâti. Les membranes gauches soumises à des forces d'inertie engendrent des forces N de sens opposé qui sont toutes appliquées au bâti de telle manière que la déformation de ce bâti est négli-20 geable. Par conséquent, la rigidité globale des membranes gauches vis-à-vis des forces d'inertie est même supérieure à leur rigidité globale vis-à-vis des pressions acoustiques et,par conséquent, ces membranes gauches ne se déforment que modérément et suivant une loi sensiblement linéaire quand de très fortes accélérations 25 sont appliquées par des chocs mécaniques. Comme on l'a vu ci-dessus, la réalisation des figures 1 à 3 est à préférer pour la conversion en énergie électrique.Ceci parce que le coefficient* .de couplage piézo-électrique d'une céramique piézo-électrique est le plus élevé quand la direction de 30 polarisation est identique à la direction des forces de tension et de compression provoquées par les signaux et parce que la longueur du trajet entre les électrodes pour signaux (dans ce cas entre les électrodes médianes et d'extrémité) est maximale. Par conséquent, les tensions des signaux électriques à circuit ouvert 35 sont relativement importantes pour la réalisation des figures 1 à 3- Cependant) ce fait a pour conséquence que la capacité électrique du transducteur est réduite au minimum dans la réalisation des figures 1 à 3- Par conséquent, la tension élevée de signal à circuit ouvert ne peut être utilisée avantageusement que si 71 43142 16 2116473 l'impédance électrique de la charge du transducteur est tout au moins comparable à celle du transducteur lui-même. Par exemple, un transducteur constitué par des céramiques piézo-électriques courantes , et réalisé selon les figures 1 à 3» a en général une 5 capacité électrique de quelques picofarads seulement. Par conséquent, il est essentiel qu'un amplificateur électronique soit placé aussi près que possible du groupe d'électrodes centrales et ceci est réalisé en fixant le transistor amplificateur 54 directement sur une électrode centrale 28 de manière que la surface 10 de ce transistor au contact du support soit la borne d'entrée à haute impédance de l'amplificateur, comme on l'a expliqué. Les traverses en céramique piézo-électrique telles que 24 et 26 peuvent être réalisées de préférence à partir de plaques plus grandes, comme l'indique la figure 9. Une plaque de cérami-15 que piézo-électrique 92 supporte des électrodes 94 entourant ses bords extérieurs et deux bandes 96 formant les électrodes médianes, à raison d'une sur chaque grande face. Les bandes avec électrodes peuvent être polarisées dans les directions indiquées par les flèches 98 par des techniques classiques appliquées à 20 l'élément considéré en céramique piézo-électrique. Ces techniques sont décrites par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 540 412 précité. Ensuite la bande peut être fixée sur une surface plane par un adhésif constitué par une résine de coulée fondant à une température assez basse. On peut produire des 25 traverses telles que 24 en découpant la bande 92, par exemple à l'aide d'une meule diamantée de coupe, représentée par les traits interrompus 100 et en enlevant et nettoyant ensuite les traverses dans un solvant pour l'adhésif. Les traverses telles que 26 peuvent également être produites en inversant la polarité de la ten-30 sion de polarisation continue et par conséquent le sens de la polarisation de la bande 92. On peut modifier de diverses manières les réalisations des figures 1 à 5* Par exemple, bien qu'on ait représenté deux traverses, ce qui est préférable, l'ensemble peut fonctionner avec une seule traverse associée au bâti. De même, 35 l'ensemble peut fonctionner avec une seule membrane gauche associée au bâti et une ou deux traverses, bien qu'il soit préférable d'utiliser deux membranes gauches. La figure 6 représente une autre variante caractérisée par une direction différente de polarisation des traverses. Le 71 43142 2116473 bâti est identique à celui des figures 1 à 3, mais il comporte de préférence des traverses en céramique piézo-électrique 100 et 102. La traverse 10C comporte des électrodes 104 et 106 sur ses grandes surfaces et la traverse 1C2 comporte des électrodes 108 5 et 110 sur ses grandes sur-faces. Chaque traverse est polarisée dans le sens de son épaisseur comme l'indiquent les flèches en trait continu 112. Ces électrodes n'aboutissent pas au bâti 14. Le ressort à lame 42, qui peut être identique à celui de la réalisation des figures 1 à 3> relie les électrodes 106 et 108. Les deux 10 traverses sont placées électriquement en parallèle sur une connexion commune 114 aboutissant aux électrodes 104 et 110 et une autre connexion 116 est établie avec l'électrode 106. Les sens des polarisations des signaux pour les directions des efforts de cisaillement représentées par les flèches 50 de la figure 2 sont 15 indiqués par des flèches en traits interrompus 118 orientées dans le sens de l'épaisseur des traverses. Cette réalisation dans laquelle les traverses comportent des électrodes sur leurs grandes faces est à préférer pour la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique, bien que le coefficient de couplage piézo-20 électrique transversal,qui intervient dans la réalisation de la figure 6, représente seulement environ la moitié du coefficient de couplage piézo-électrique longitudinal utilisé dans la réalisation des figures 1 à 3. Ceci parce que la tension électrique nécessaire pour provoquer un déplacement donné est beaucoup 25 plus petite pour la réalisation de la.figure 6 que pour celle des figures 1 à 3. Les traverses fabriquées à partir de monocristaux piézoélectriques, à la place des matières céramiques piézo-électriques décrites, peuvent être également utilisées pour la réalisation 30 de la figure 6. Par ailleurs, la réalisation de la figure 6 peut être modifiée en plaçant des électrodes sur les bords plutôt que sur les grandes faces des traverses, que ces traverses soient réalisées en céramique piézo-électrique ou en un monocristal d'un matériau piézo-électrique. Dans ce cas, les zones centrales des 35 traverses ne comportent pas d'électrodes pour éviter de court-cir-cuiter les paires d'électrodes d'une traverse par celles de l'autre traverse. Si on utilise une céramique piézo-électrique, la direction de la polarisation est parallèle aux bords, c'est-à-dire perpendiculaire aux flèches 4l de la figure 2 et dans le même plan. 71 43142 211647:5 La polarisation peut être uniforme dans toute la traverse ou elle peut avoir des sens opposés de part et d'autre de la région centrale sans électrode. Les quatre paires d'électrodes résultantes peuvent être branchées toutes en série, toutes en parallèle 5 ou encore en série-parallèle, à la demande. Evidemment, des modifications semblables sont applicables à la réalisation de la figure 6 comportant des électrodes sur les grandes faces des traverses si au moins deux paires d'électrodes sont en place sur chaque traverse. 10 II va de soi que la présente invention a été décrite ci- dessus à titre purement indicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son. cadre. 71 43142 19 2116473 REVENDICATIONS 1 - Transducteur, ou convertisseur d'énergie, réagissant aux efforts de cisaillement superficiels , caractérisé en ce qu'il comprend une traverse en matière piézo-électrique, et un ensemble 5 élastique fermant un bâti périphérique,ledit bâti ayant sensiblement la forme d'un quadrilatère et supportant la traverse placée sensiblement sur une de ses diagonales, ledit ensemble élastique étant destiné à réaliser une transformation bilatérale des efforts de cisaillement superficiels agissant sur le bâti et des efforts 10 longitudinaux appliqués à la traverse. 2 - Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde traverse placée sensiblement sur la seconde diagonale dudit bâti. 3 - Transducteur destiné à recevoir un ensemble de con- 15 traintes extérieures et comportant des bornes électriques, caractérisé en ce qu'il comprend deux traverses piézo-électriques munies d'électrodes et dont les axes longitudinaux ne sont pas parallèles, et des organes formant d'une part un premier élément élastique destiné à réaliser une transformation bilatérale entre 20 des efforts de cisaillement superficiels auxquels il réagit en se déplaçant dans un plan sensiblement parallèle auxdits deux axes, et un ensemble de contraintes comprenant des efforts longitudinaux de sens opposés, s'exerçant dans chacune des traverses, et d'autre part, un second élément élastique destiné à réaliser une 25 transformation bilatérale entre ledit ensemble de contraintes ex -térieures agissant sur lui et lesdits efforts de cisaillement superficiels agissant sur ledit premier organe élastique. 4 - Transducteur selon la revendication 3, caractérise en ce que ledit premier élément élastique est un bâti périphëri- 30 que ayant sensiblement la forme d'un quadrilatère et supportant lesdites traverses placées approximativement suivant ses diagonales . 5 - Transducteur caractérisé en ce qu'il comprend une traverse en matière piézo-électrique, une membrane gauche, â péri- 35 mètre sensiblement fermé et des éléments élastiques formant un bâti fixé à la périphérie de ladite membrane gauche et supportant la traverse à proximité de ses extrémités, lesdits éléments élastiques étant destinés à réaliser une transformation bilatérale entre les efforts de cisaillement superficiels appliqués à la mem 71 43142 20 2116473 brane gauche et les efforts longitudinaux appliqués à la traverse. 6 - Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 5j caractérisé en ce que la ou chaque traverse comporte deux électrodes espacées transversalement de son axe longi- 5 tudinal. 7 - Transducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde membrane gauche ayant un périmètre sensiblement fermé et ledit bâti est fixé au périmètre des deux membranes gauches. 10 8 - Transducteur selon l'une des revendications 5 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde traverse supportée près de ses extrémités par le bâti et qui n'est pas parallèle à ladite traverse mentionnée en premier. 9 - Transducteur selon l'une quelconque des revendica- 15 tions 1,2,3,5 et 8,caractérisé en ce que la ou chaque traverse est réalisée en matière céramique piézo-électrique. 10 - Transducteur selon la revendication 9> caractérisé en ce que la ou chaque traverse est polarisée dans une direction parallèle à son axe longitudinal entre sa région médiane et une 20 de ses extrémités et dans la direction opposée parallèle audit axe longitudinal.entre,son autre extrémité et ladite région médiane . -CV 11 - Transducteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les régions médianes des traverses sont reliées entre 25 elles. 12 -Transducteur selon l'une des revendications 4 et 10, caractérisé en ce que ledit bâti est électriquement conducteur et relié électriquement aux extrémités de la ou de chaque traverse . 30 13 - Transducteur selon les revendications 7 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que chacun des périmètres des membranes gauches est sensiblement rectangulaire. 14 - Transducteur selon les revendications 5 et 12 prises ensemble, caractérisé en ce que ladite membrane gauche est 35 électriquement conductrice et reliée électriquement au bâti. 15 - Transducteur selon les revendications 5 et 6 prises ensemble, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont parallèles audit axe longitudinal sans être en contact électrique avec le bâti. 71 43142 21 2116473 16 - Transducteur selon la revendication 15 , caractérise en ce que la traverse comprend plusieurs paires d'électrodes. 17 - Transducteur électro-acoustique , caractérisé en q-.: ' i 1 r:;r;r ' -.ir:- traverse- ~n matériau piézo-électrique, une 5 membrane gauche à périmètre pratiquement fermé, des organes élastiques formant un bâti fixé au périmètre de la membrane gauche et supportant la traverse près de ses extrémités, lesdits organes élastiques étant destinés à réaliser une transformation bilatérale entre les efforts de cisaillement superficiels appliqués à la 10 membrane gauche et les contraintes longitudinales appliquées à la traverse, un boîtier comportant une liaison acoustique à travers une de ses parois et des organesêfant destinés à supporter le bâti élastiquement à l'intérieur du boîtier. 18 - Transducteur électro-acoustique selon la revendi- 15 cation 17, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde membrane gauche à périmètre pratiquement fermé, ledit bâti étant fixé au périmètre des deux membranes gauches et lesdits organes supportant le bâti lui permettent de vibrer en réponse à des signaux électro-acoustiques. 20 19 ~ Transducteur électro-acoustique selon la revendi cation 18, caractérisé en ce que lesdites membranes gauches sont pratiquement symétriques par rapport à un plan de manière à annuler pratiquement la sensibilité aux accélérations. 20 - Transducteur électro-acoustique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le bâti a en général la forme d'un quadrilatère et il est supporté dans le boîtier au voisinage des milieux de ses côtés. 21 - Transducteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur électronique fixé à l'in- 30 térieur du bâti très près de ladite région médiane. 22 - Transducteur selon la revendication 21,caractérisé en ce que la traverse est le support dudit amplificateur. 23 - Transducteur selon la revendication 7a caractérisé en ce que les membranes gauches et le bâti entourent presque 35 complètement la traverse. 24 - Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesd-ites membranes gauches sont pratiquement symétriques par rapport à un plan.