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[5][_]
Generic
(2/ 73)
[6][_]
metal
(67)
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cation
(6)
[8][_]
Gene Or Protein
(10/ 26)
[9][_]
Etre
(6)
[10][_]
Est-a
(5)
[11][_]
Tre
(5)
[12][_]
Cou
(2)
[13][_]
Rela
(2)
[14][_]
Tif
(2)
[15][_]
Unm
(1)
[16][_]
Tric
(1)
[17][_]
Ior
(1)
[18][_]
Cer
(1)
[19][_]
Physical
(7/ 7)
[20][_]
3 volts
(1)
[21][_]
21,5 cm
(1)
[22][_]
2,5 cm
(1)
[23][_]
2 l
(1)
[24][_]
30 d
(1)
[25][_]
-1 l
(1)
[26][_]
1/2 l
(1)
[27][_]
Molecule
(5/ 5)
[28][_]
minee
(1)
[29][_]
Qui
(1)
[30][_]
nega
(1)
[31][_]
constan
(1)
[32][_]
Ce-
(1)
[33][_]
Organism
(2/ 2)
[34][_]
sages
(1)
[35][_]
propor
(1)
[36][_]
Polymer
(1/ 2)
[37][_]
Rayon
(2)
[38][_]
Disease
(1/ 1)
[39][_]
Tic
(1)
[40][_]
Company Reg No.
(1/ 1)
[41][_]
ce 137 o
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517159A1
Family ID 2400323
Probable Assignee Bell Telephone Laboratories Inc A Corp Of Ny
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title TRANSDUCTEUR A ELECTRET COMPORTANT UNE MEMBRANE A ELECTRET
CHARGEE DE FACON VARIABLE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LES TRANSDUCTEURS ACOUSTIQUES.
UN TRANSDUCTEUR A ELECTRET DESTINE A PRODUIRE UNE CARACTERISTIQUE DE
REPONSE FORTEMENT DIRECTIONNELLE COMPREND NOTAMMENT UNE PLAQUE ARRIERE
18 ET UNE MEMBRANE A ELECTRET 10 CHARGEE DE FACON ELECTROSTATIQUE, QUI
EST SUPERPOSEE SUR LA PLAQUE ARRIERE. LA CHARGE ELECTROSTATIQUE VARIE
SELON UNE RELATION PREDETERMINEE. LA SENSIBILITE DU TRANSDUCTEUR EN
N'IMPORTE QUEL POINT DE CELUI-CI EST DIRECTEMENT PROPORTIONNELLE A LA
CHARGE ELECTROSTATIQUE SUR LA MEMBRANE A ELECTRET EN CE POINT.
APPLICATION AUX MICROPHONES DIRECTIONNELS.
Description
_________________________________________________________________
1 25 2517159
T presente invention concerne les systemes acousti-
ques et elle porte en particulier sur des transducteurs a elec-
tret destines a donner une reponse directionnelle.
On peut utiliser des reseaux acoustiques comprenant un ensemble de
microphones discrets pour produire des caracte- ristiques de reponse
directionnelle,comme il est indique dans la demande de brevet PR 80 26
672 Il est cependant necessaire que chaque microphone d'un tel reseau
soit place avec precision
au moment de la fabrication du reseau Une mise en place impre-
cide des microphones par rapport aux positions desirees entraine
une degradation notable de la caracteristique de reponse du re-
seau. Les problemes precites concernant une mise en place
imprecise des mi:rophones au moment de la fabrication d'un re-
seau acoustique, sont elimines par l'utilisation d'un seul
transducteur a electret en bande La caracteristique de reponse
que fournit le transducteur a electret comprend un lobe princi-
pal et un ensemble de lobes secondaires situes au-dessous d'un
seuil predetermine, de facon tres similaire au reseau de micro-
phones decrit ci-dessus.
Conformement au mode de realisation de l'invention
considere a titre d'exemple, un transducteur a electret com-
prend une plaque arriere metallisee et une membrane a electret,
chargee de facon electrostatique, qui est superposee sur la plaque
arriere La charge electrostatique varie sur la longueur
de la membrane a electret conformement a une relation predeter-
minee La sensibilite de la membrane a electret, en n'importe quel
point de celle-ci, est directement proportionnelle a la
charge electrostatique en ce point.
Selon un autre mode de realisation de l'invention, la membrane a
electret precitee est fixee sur la surface de metal de la plaque
arriere Une seconde membrane est suspendue sur la membrane a electret
et elle est supportee au point de vue structural par des elements
isolants La charge electrostatique
de la seconde membrane a electret varie selon une relation pre-
determinee. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la
description qui va suivre de modes de realisation et en se re-
ferant aux dlessins a-nr xt 4 S -sur lesquels La figure 1 - rori -re
unm transducteur -a electret
La figuire 2 im-ontre un-e plaqu e arriere metallisee se-
l Ectlement ui est utilisee dans le tran -sdu;cteur a -electret de la
figure i Ia fi-'Ure 3 montre une vue isometrique i'une partie dm,
transducteur a eiectret de la figure i a l'etat assembole la figure 4
montre une representation ograndie du contact ent-re la, meirbrane -a
electret e-It Ila plaque arriere dans
3 2517159
le transducteur a electret de la figure 1 La figure 5 montre une
caracteristique de reponse du transducteur a electret de la figure 3;
la figure 6 montre un mode de realisation different du transducteur a
electret de la figure 1; la figure 7 montre un transducteur a electret
et est utile pour distinguer un espace d'air reel d'un espace d'air
effectif;
Les figures 8, 9 et 10 montrent des modes de reali-
sation de transducteurs a electret obtenus en faisant varier l'espace
d'air reel;
les figures 11, 12 et 13 montrent des modes de rea-
lisation de transducteurs a electret obtenus en faisant varier
l'espace d'air effectif;
les figures 14 et 15 montrent des modes de realisa-
tion d'un transducteur a electret obtenus en faisant varier
l'epaisseur de la membrane a electret; et les figures 16, 17 et 18
montrent-des distributions de charges electrostatiques sur la surface
de polymere de la
membrane a electret de la figure 1.
On va maintenant considerer la figure 1 qui montre
un transducteur a electret avec ses elements constitutifs se-
pares On voit une membrane a electret 10 comprenant deux
couches: une couche superieure de metal 12 et une couche in-
ferieure de polymere 14 consistant en une resine synthetique (telle
que la matiere de la marque FEP TEFSON) la couche de polymere 14 est
chargee de facon electrostatique a une valeur predeterminee Dans une
application, la charge electrostatique
est uniforme sur la region chargee et est de -275 + 3 volts.
Dans cette application, la couche de metal 12 mesure environ nm
d'epaisseur et la couche de polymere mesure environ microns
d'epaisseur De plus, dans l'application precitee, la membrane a
electret mesure 21,5 cm de longueur et 2,5 cm
de largeur.
la surface a nu de la couche de polymere 14 de la membrane a electret
10 precitee est en contact direct avec la surface rugueuse 16 d'une
plaque arriere 18 qui est metallisee
selectivement la metallisation selective est obtenue par de-
p 8 t d'une couche ( 20) de metal sur la surface naturellement
rugueuse 16 de la plaque arriere 18, de facon que la largeur, w, de la
couche de metal varie sur la longueur de la plaque arriere 18
conformement a la relation: 3 G y ( 1)/2 l w J (V
w K, L 1.
avec J 1 = fonction de Bessel de premiere espece; j = ( 1)1/2; i=n Er
+ (r 2 _ 1)I/23; r rapport d'amplitude du lobe principal par rapport
au niveau de seuil des lobes secondaires dans la caracteristique de
reponse, qu'on decrira ci-apres en relation avec la figure 5, =
distance normalisee de n'importe quel point sur la
plaque arriere a partir du centre de cette dernie-
re; et L = distance normalisee sur la plaque arriere-au-dela de
laquelle la largeur de la couche de metal est une constante, K.
Pour une densite de charge constante, des espaces d'air cons-
tants et une epaisseur de membrane constante, la sensibilite
du transducteur a electret en n'importe quel point sur sa lon-
gueur est directement proportionnelle a la largeur de la cou-
che de metal 20 sur la plaque arriere du 18 en ce point.
Selon une variante, la couche 12 de la membrane a electret 10 precitee
est metallisee selectivement de facon que la largeur de la couche de
metal varie sur la longueur de la mambrane a electret 10 conformement
aux relations ( 1) et ( 2)
precitees Dans ce mode de realisation de l'invention, la sur-
face de metal 20 de la plaquearriere 18 a une largeur unifor-
me sur toute la longueur de la plaque arriere 18 Pour une densite de
charge constante, des espaces d'air constants et
une epaisseur de membrane constante, la sensibilite du trans-
ducteur a electret en n'importe quel point sur sa longueur est
directement proportionnelle a la largeur de la couche de
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metal 12 de la membrane a electret 10 en ce point La caracte-
ristique de reponse obtenue est pratiquement identique a la
caracteristique de reponse precitee, representee sur la figure 5. On
considerera brievement la figure 5 Qui montre la caracteristique de
reponse globale du transducteura electret
A 5067 Hzo La caracteristique de reponse, determinee experimen-
talement, comprend un lobe principal 30 et un ensemble de lobes
secondaires 32, 34, 36, 38, 40, chacun d'eux se trouvant pra-
tiquement a 30 d B au-dessous du lobe principal 30 preciteo On peut
obtenir d'autres configurations de lobes secondaires pour differentes
frequences Cependant, dans chaque cas, le ou les
lobes lateraux sont au seuil 35 ou au-dessous de ce dernier.
Les lignes en pointilles representent la caracteristique de reponse
correspondarte determinee par la theorie On utilise le rapport r entre
l'amplitude du lobe principal 30 et le seuil
, c'est-a-dire l'amplitude des lobes secondaires, de la ma-
niere indiquee dans les relations ( 1) et ( 2) precitees, pour
determiner la largeur de la couche de metal.
On va maintenant considerer brievement la figure 2
qui montre une vue en plan de la plaque arriere 18 de la figu-
re 1 La surface rugueuse 16 precitee de la plaque arriere 18
est constituee par la couche de metal 20, deposee par evapora-
tion ou par un autre procede approprie, sur la surface 16 de
la plaque arriere 180 La plaque arriere 18 peut 8 tre en matie-
re pour plqettedecimuit, souvent traversee par des trous, ou
en une autre matiere non conductrice de l'electricite.
La largeur de la couche de metal 20 est definie par les relations ( 1)
et ( 2) precitees A des points situes sur la longueur de la couche de
metal 20, equidistants du centre et situes de part et d'autre du
centre, la largeur de la couche
de metal est la meme Au-dela d'une longueur normalisee prede-
terminee, L, de la couche de metal 20, la largeur demeure une
constante, K, a chaque extremite de la couche de metal 20.
En retournant a la figure 1, on voit qu'une broche
de metal 24, en contact avec la couche de metal 20 sur la sur-
face 16 de la plaque arriere 18, constitue un conducteur elec-
tric positif allant vers un connecteur (non represente)o De
6 2517159
facon similaire, un conducteur 25, en contact avec la couche de metal
( 12) de la membrane a electret ( 10), constitue un
conducteur electrique neutre (ou de masse) allant vers le con-
necteur precite (non represente) Par ce moyen, les signau acoustiques
qui arrivent sur le transducteur a electret preci- te sont convertis
en signaux electriques convenant pour une
transmission electriaue.
La broche 24 precitee s'adapte dans l'orifice 26 d'un element de
structure 28, en laiton dans une application,
destine a supporter la plaque arriere 18 La membrane a elec-
tret 10 est superposee sur la plaque arriere 18, de facon que la
couche de poltere 14 de la membrane a electret 10 soit en ccntact
direct avec la surface rugueuse metallisee 16 de la plaque arriere 18
Les cotes longitudinaux 27 et 29 de Ia mebrane a electret 10 sont
respectivement appliques contre les cotes 41 et 4, de 'elerlent de
suyort de structure 28 par des claques de serrage 42 et 44 Plusieurs
vis de fixation 46, 48 maintiennent les plaques de serrage 42 et 44 en
place De facon similaire, des plaquettes 50, 52 et des vis de fixation
54, 56 maintiennent rigidement les extremites 57, 59 de la
membrane a electret 10 contre l'element de support de struc-
ture 28.
Le transducteur a electret assemble peut etre suppor-
te verticalement en faisant glisser l'extremite 57 dans un piedestal
(non represente) Dans une autre configuration, le transducteur a
electret peut etre suspendu a un plafond par l'extremite 57 ou 59, ou
par les deux extremites 57 et 59 Dans encore une autre configuration,
le transducteur a electret peut
9 tre place sur un mur Dans chaque cas, le transducteur a elec-
tret est positionne d'une maniere telle que le lobe principal
de la figure 5 couvre un emplacement vise.
La figure 3 montre une vue isometrique d'une partie
du transducteur a electret assemble On utilise les memes re-
ferences que sur les figures 1 et 2 pour faciliter l'identifi-
cation.
On va maintenant considerer la figure 4 qui montre une representation
agrandie du contact entre la membrane a electret 10 et la plaque
arriere 18 de la figure 1 La couche
7 2517159
de polymere 14 de la membrane a electret 10 est en contact
direct avec la surface rugueuse 16 de la plaque arriere 18.
Du fait de la rugosite naturelle de la surface 16 de la pla-
que arriere 18, il y a sur celle-ci plusieurs aretes naturel-
les qui etablissent un contact direct avec la membrane 10, ce
qui emp 9 che un mouvement resonnant dans la membrane 10 preci-
tee Il est necessaire d'empocher un mouvement resonnant pour eviter
des pics spectraux dans la caracteristique de reponse en frequence du
transducteur a electret La surface inegale 16 etablit l'espace d'air
necessaire entre la plaque arriere
18 et la membrane a electret 10.
On va maintenant considerer la figure 6 qui repre-
sente un autre mode de realisation de l'invention La membra-
ne a electret 10, comprenant la couche de polymere 14 et la
couche de metal 12, est en contact direct avec la plaque ar-
riere 18, comprenant une surface rugueuse metallisee 16 En outre, la
couche de metal 12 est en contact direct avec la couche metallisee 16
le couche de polymere 14 est chargee de facon electrostatique a un
niveau de tension preselectionneo Une seconde membrane 66, comprenant
une couche de
metal 68 et une couche de polymere 70, est suspendue au-des-
sus de la membrane a electret 10 o Au point de vue structurel, deux
entretoises d'extremite isolees 62 et 64 separent la couche de
polymere 70 de la seconde membrane 66 par rapport a la couche de
polymere 14 de la membrane a electret 10 Deux variantes sont
possibles, consistant a faire varier soit la largeur des couches de
metal 16 et 12, soit la largeur de la
couche de metal 68, conformement aux relations ( 1) et ( 2) pre-
citees, tout en maintenant constante la largeur des couches
de metal restantes,sur la totalite de la longueur des couches.
Dans chaque cas, la caracteristique de reponse obtenue est
pratiquement la m Cme que la caracteristique de reponse preci-
tee: un lobe principal et un ensemble de lobes secondaires a un niveau
de seuil predetermine,'ou au-dessous de ce niveau, comme sur la figure
5 consideree precedemment
Comme indique precedemment, la sensibilite du trans-
ducteur a electret en n'importe quel point sur sa longueur est
directement proportionnelle a la largeur de la couche de metal
8 2517159
variable du transducteur a electret en ce point La largeur de la
couche de metal variable du transducteur a electret est donnee
conformement a l'invention par les relations ( 1) et ( 2) precitees La
sensibilite #X(x) du transducteur a n'importe quelle distance du
centre du transducteur a electret, sur la longueur de ce dernier, est
donnee par la relation: 4 Ta(x)l S efffx)S x)Sw(x) po; lOS (Xl +
-&#x003C;s 1 (Xl 3 dans laquelle X(x) = sensibilite du transducteur a
electret a une distance x du centre de ce dernier; or(x) =
distribution spatiale de charge; ff(X) = epaisseur effective de
l'espace d'air,
envisagee ci-apres de facon plus comple-
te;
51 (X) = epaisseur reelle de l'espace d'air, envi-
sagee ci-apres de facon plus complete; w(x) = largeur de la couche de
metal, donnee par les relations ( 1) et ( 2) precitees; = pression
atmospherique; ( 31 Au A So(x) s(x) On caleul reponse precitee pa
= aire de la surface plane 16 du transduc-
teur a electret sur la figure 2, envisa-
gee ci-dessus; = permittivite de la membrane a electret; =
permittivite de l'air; et
= epaisseur de la membrane a electret.
Le de facon theorique la caracteristique de r la relation: -1 Xlxejkx
si n Sdx Aoe) = -1 l (). ( 4) dans laquelle: 1 = longueur du
transducteur a electret, du centre jusqu'a une extremite; 51 E
9 2517159
-1 = longueur du transducteur a electret du centre jusqu'a l'autre
extremite; (x) = sensibilite du transducteur a electret a une distance
quelccnque x a partir de son centre; k = nombre d'onde acoustique; et
R(e) = reponse du transducteur a electret pour un angle quelconque 6
defini par l'angle entre une onde acoustique incidente et la surface
du transducteur.
En retournant a la figure 5, on note que la caracte-
ristique de reponse reellement mesuree est representee par des lignes
continues 30, 32 40 La caracteristique de reponse correspondante
calculee de facon heorie, par la relation
( 4)e est representee en pointilles.
Comme l'indicque la relation ( 3) ci-dessus la sensi-
bilite du transducteur electret est directement proportion-
nelie a la largeur de la couche de metal, a l'epaisseur de la membrane
a electret, a l'epaisseur de l'espace d'air effectif et a la
distribution spatiale de charge, c'est-a-dire a la
charge electrostatique sur la membrane a electret La sensibi-
lite du traneducteur a electret est egalement inversement pro-
portionnelle a l'epaisseur de l'espace d'air reel Ainsi, en faisant
varier un par un les parametres precites, conformement a la relation (
1) precitee, on obtient la caracteristique de
reponse desiree, representee sur la figure 5.
On va maintenant considerer la figure 7 qui repre-
sente un dispositif utile a la comprehension des termes men-
tionnes precedemment: espace d'air reel et espace d'air ef-
fectifo Une plaque arriere 72 ayant une epaisseur uniforme, t, repose
sur un rebord 74 usine dans un cylindre 78 de rayon
ro, a une distance ho de la surface inferieure 80 de ce der-
nier La plaque arriere 78 est perforee par un ensemble d'ou-
vertures 82 ayant chacune un diametre h 1 Une membrane a elec-
tret 84, d'epaisseur S, repose au sommet du cylindre 78, a une
distance 51 de la surface superieure de la plaque arriere 72 e Du fait
du poids de la membrane a electret 84 et du fait des
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vibrations produites par le son oui arrive sur la membrane 84,
la distance 51 de la membrane 8 ' oar raort a la laque ar-
riere 72 presentera quelques variations i-nsignifiantes.
L'espace d'air reel corresor:d au volume d'air 56 entre la membrane a
electret 84 et la placue arr-ere 72 Comme indique precedem=ent, du
fait qu'il n'y a au'une deforma:ion insignifiante de la membrane a
electret 84, l'epaisseur ou la
profondeur de l'espace d'air reel, 51, est ratiquee cons-
tante L'espace d'air reel affecte le comportement elec:ricue du
systeme Plus la membrane a electret 84 est proche de la plaque arriere
72, -lus le signal de sortie ro dit na" r la
membrane a electret 84 est eleve.
espace d'air e Lfecuti L est la somme du volume a'air dans la caiete
arriere 88 du volume d' ar dans ' ensem s uvert es 82 et de l'es'ace
d'air reel 6 L'veaisseuz ou la
urofondeur de l'espace d'aer e _ectif est an e ar laz rela-
tion z:hz'
D'2 ( 5
h-a o 2 O dans laquelle ho = -ro fondeur du vol-me d'air dans la
cavite artiere 88; n = hombre d'ouverturoes 82; h = dameetre de
chacune des ouvertures 82; t = epasseur de la plaque arriere 72; r O =
rayon du cylindre 78; et
51 = epaisseur de l'espace d'air reel.
L'espace d'air effectif affecte le comportement me-
canicue du transducteur a electret Plus l'espace d'air effec-
tif est grand, plus la deviation de la membrane a electret 84,
pour la meme pression acoustique incidente sur elle, est elevee.
Ainsi, l'espace d'air effectif determine la raideur mecanique du
transducteur a electret mais n'affecte pas les proprietes electriques
de ce transducteuro Bien que la figure 7 montre un cylindre 88 pour
expliquer la signification des termes: espace d'air reel et 1 1 espace
d'air effectif, les m 9 mes principes s'appliquent au
transducteur a electret rectiligne de la figure 1.
On va maintenant considerer la figure 8 qui montre
un transducteur a electret fabrique en faisant varier l'epais-
seur de l'espace d'air reel sur la longueur de ce transducteuro La
variation precitee de l'epaisseur de l'espace d'air reel
est obtenue par l'utilisation d'un ensemble de tiges 90 desti-
nees a separer la membrane a electret 92 par rapport a la pla-
que arriere 94 Les tiges de l'ensemble de tiges 90 ont des hauteurs hp
sur la longueur du transducteur a electret qui sont determinees par
les relations hp = (w (x)) ( 6) et hp = () ( 7) dans lesquelles: w(x)
designe la relation ( 1) precitee, et
K designe la relation ( 2) precitee.
airsi, la sensibilite en n'importe quel point le long du trans-
ducteur a electret est inversement proportionnelle a la hauteur des
tiges en ce point A n'importe quel point sur la plaque arriere 94, les
tiges ont la meme hauteur sur la largeur de la plaque arriere 94 en ce
point Selon une variante, les tiges sont remplacees par des nervures
de hauteur constante qui sont
dirigees dans le sens de la largeur de la plaque arriere.
la plaque arriere 94 comporte, sur sa surface 96 faisant face a la
membrane a electret 92, une couche de metal
mince de meme largeur que la plaque arriere Selon une varian-
te, la plaque arriere est entierement en metal La membrane a electret
92 comporte une couche de metal 91 et une couche de polymere 98,
chargee de facon electrostatiqueo La couche de
polymere 98 fait face a la plaque arriere Un conducteur nega-
tif 97 partant de la surface de metal 91 de la membrane a electret 92
et un conducteur positif 99 partant de la surface de metal 96 de la
plaque arriere 94 se terminent au niveau
d'un connecteur 100.
La figure 9 montre une vue isometrique d'une partie du transducteur a
electret de la figure 8, montrant les details des tiges 90 sur la
plaque arriere 94, avec une partie de la
membrane a electret 92 arrachee.
Dans un autre mode de realisation de l'invention, la couche de metal
91 de la membrane a electret 92 est fixee sur la couche de metal de la
plaque arriere 96, de facon que les deux couches de metal soient en
contact direct Une seconde
membrane (non representee) est suspendue au-dessus de la mem-
brane a electret 92, et les deux membranes sont separees par
les tiges 90 precitees.
On va maintenant considerer la figure 10 qui repre-
sente un autre mode de realisation d'un transducteur a elec-
tret obtenu en faisant varier l'epaisseur de l'espace d'air reel
L'epaisseur de l'espace-d'air reel entre la membrane a electret 102 et
la plaque arriere 104 est obtenue en faisant
varier l'epaisseur de la plaque arriere 104 Cependant, l'pais-
seur de la membrane a electret 102 demeure constante sur toute
sa longueur Par consequent, les hauteurs de l'ensemble de ti-
ges 108 varient sur la longueur du transducteur a electret precite Les
tiges 108 procurent un support structural pour la membrane a electret
102 L'epaisseur de la plaque arriere 104 varie sur la longueur du
transducteur a electret conformement
aux relations ( 6) et ( 7) precitees, c'est-a-dire que la sen-
sibilite du transducteur a electret en n'importe quel point de
celui-ci est inversement proportionnelle a l'epaisseur de la
plaque arriere en ce point.
La surface 110 de la plaque arriere 104 est revetue d'une couche de
metal qui s'etend sur toute la largeur de la plaque arriere 104 Selon
une variante, la plaque arriere 104 est entierement en metal La
membrane a electret 102 comprend
deux couches: une couche de metal 101 et une couche de poly-
mere 112, chargee de facon electrostatique Un conducteur neu-
tre (ou de masse) 111, partant de la surface de metal 101 de
la membrane a electret 102, et un conducteur positif 113 par-
tant de la surface de metal 110 de la plaque arriere 104 se terminent
au niveau d'un connecteur 114 Selon une variante, la couche de metal
101 de la membrane a electret 102 est fixee a la surface de metal 110
de la plaque arriere 104 de facon que les deux couches de me-
tal soient en contact direct Une seconde membrane (non repre-
sentee) est suspendue au-dessus de la plaque arriere 104 Cet-
te secornde membrane est supportee par les tiges 108 precitees.
Pour chaque tzsducteur a electret represente sur les
figures 8, 9 et 10, la reponse obtenue est pratiquement simi-
laire a la caracteristique de reponse de la figure 5, envisa-
gee precedemment.
On va maintenant considerer les figures 11, 12 et 13 qui representent
trois modes de realisation distincts de
transducteurs a electret, obtenus chaque lois en faisant va-
rier l'epaisseur de l'espace d'air effectif Dans chacun des trois
modes de realisation precites, une membrane a electret est superposee
sur une placue arriere, d'ule maniere similaire
a celle des transducteurs a electret des figures 1 et 4, envi-
sages ci-dessuso Du fai que l'invention reside essentielle-
ment dans la rlague arrere, on ne decrira cue cette derniere.
En considerant -lus uarticuliere ent la figure 11,
on voit une membrane a electret 121 et une plaque arriere 116.
La membrane a electret 121 precitee est superposee directement sur la
surface 118 de la' plaoue arriere, qui est naturellement
rugueuse Un ensemble de trous 120 de m Sme diametre sont per-
ces jusqu'a diverses profondeurs dans la surface 118 de la plaque
arriere 116 Du fait que la membrane a electret 121 precitee est placee
directement sur la surface 118, l'epaisseur de l'espace d'air reel est
pratiouement constante sur toute la
longueur de la plaque arriere 116 Par consequent, en se repor-
tant a la relation ( 5) indiquee precedemment, on voit que
* l'epaisseur de l'espace d'air effectif est directement propor-
tionnelle a la profondeur des trous 120.
En faisant varier les profondeurs des trous 120 pre-
cites, l'epaisseur de l'espace d'air effectif est donnee par les
relations ( 1) et ( 2) precitees La sensibilite, A (x), a n'importe
quel point le long du transducteur a electret,est directement
proportionnelle a l'epaisseur de l'espace d'air effectif a ce point La
sensibilite, P(x), est donnee par la
relation ( 3) precitee La caracteristique de reponse est cal-
culee, de facon theorique, par la relation ( 4) preciteeo La reponse
calculee par la relation ( 4) et la reponse reellement mesuree sont
pratiquement similaires aux caracteristiques de
reponse representees sur la figure 5, envisagee ci-dessus.
La figure 12 montre une membrane a electret 123 et une plaque arriere
122 comprenant un ensemble d'ouvrertures 124 qui perforent cette
tplaque, et ces elegments sont utiles a la realisation d'un autre
transducteur a electret Les diametres des ouvertures varient de facon
que le vclue d'air dans les ouvertures varie directement en proportion
des relations ( 1) et ( 2) precitees, c'est-a-dire que l'epaisseur de
l'esnace d'air effective varie directement en proportion des relations
0 ( 1) et ( 2) precitees.
a figure 13 reresente une membrane a electret 127 et une plaue arri re
126 com-renant un ensemble 'ouvertures 28 de e diameqtre oui er-oorent
la rlacue arriere 126 On -ait varier l '= -isseu -e l'espace d'air
eenec_ e fasan arr la densite es c s- ertues 126, iecte-et r rc or ior
des _rela tions ( 1) e ( 2) recitees.
Dan E a r aosvde oe e= realisaion (non represen*te) d^e l'ietion, dans
le e' l'espace d'air effectif varie sur d c-ge u trnsuce-r a electret,
la couch_-e _e metal _e la membrne a elec-ret est placee en contact
direct avec la couche de -etal de la pla^ue arriere Une seconde
membrane est susendue au-dessus de la membrane a electret 121, 123 ou
127, en etant S _or-ee -ar des elements isolants, tels que les
elee 7 erts 62 et 64 '-erenes sur la figure 6 Dans trois for-
mes distinctes de ce mode de realisation, on fait varier eaisseur de
l'espace d'air effectif en faisan L varier le diametre, la densite ou
la cordeur des trcus dans la claaue arriere, comme il est repr-sen-e
sur les figures 11, 12 et 13.
Selon une variante, les trous des figures 11, 12 et 13 sont remplaces
par des rainumes (non representees) dont la largeur, la densite ou la
prcfondeur varie conformement aux relations ( 1) et ( 2) Ces rainures
s'etendent parallelement a la largeur
de la plaque arriere.
La figure 14 montre un transducteur a electret com-
prenant une plaque arriere 130 d'epaisseur uniforme et une membrane a
electret 132 dont l'epaisseu-r varie directement en proportion des
relations ( 1) et ( 2) precitees la membrane a electret 132 comprend
une couche de polymere 136 et une couche de metal 142 superposee sur
la couche de polymere La couche
de polymere 136 comporte une surface plane 134 qui est direc-
tement superposee sur une surface naturellement rugueuse 138 de la
plaque arriere 130 La surface 138 de la plaque arriere 130 porte un
revetement consistant en une couche de metal min- ce 137 o Un
conducteur neutre (ou de masse) 133 partant de la couche de metal 142
et un conducteur positif 131 partant de la couche de metal sur la
surface 138 de la plaque arriere 130
se terminent au niveau d'un connecteur 140.
La sensibilite, v(x), du transducteur a electret de la figure 14,
donnee par la relation ( 3) precitee, est en n'importe quel point
directement proportionnelle a l'epaisseur de la membrane a electret
132 en ce point La reponse calculee de facon theorique a partir de la
relation ( 4) precitee et la reponse mesuree sont pratiquement celles
indiaquees par les
caracteristiques de reponse de la figure 5, envisagee ci-des-
sus. La figure 15 montre un autre mode de realisation de l'invention
dans lequel l'epaisseur de la membrane a electret 154 varie sur la
lorngueur du transducteur conformement aux relations ( 1) et ( 2) La
couche de metal 158 de la membrane a electret 154 est en contact
direct avec la surface de metal 152 de la plaque arriere 150
L'epaisseur (tb) de la plaque arriere 150 est determinee par les
relations: tb = 1 w(x) ( 8) tb = 1 ( 9) Une seconde membrane 168,
comprenant une couche de
metal 167 et une couche de polymere 170, est suspendue au-des-
sus de la membrane a electret 154, en etant supportee par des elements
isolants 162 et 164 o la distance entre la seconde
membrane 168 et la surface de polymere de la membrane a elec-
tret 156 est pratiquement constante sur toute la longueur et
la largeur du transducteur a elec 6 tret Un conducteur electri-
que neutre (ou de masse) 153 est fixe sur la surface de metal 167 de
la seconde membrane 168 et un conducteur positif 155
est fixe sur les couches de metal 158 et 152 qui sont en con-
tact Les conducteurs electriques 153 et 155 se terminent au niveau
d'un connecteur 166 o La sensibilite, c'est-a-dire v(x) du
transducteur
a electret de la figure 15, exprimee par la relation ( 5) pre-
citee, en n'importe auel point sur la longueur du transduc-
teur a electret, est directement proportionnelle a l'epais-
seur de la membrane a electret 154 en ce point Ia caracte-
ristique de reponse est pratiquement identique a celle repre-
sentee sur la figure 5.
On obtient un autre mode de realisation d'un trans-
ducteur a electret en faisant varier la charge electrostati-
que, par des procedes connus, sur la couche de polymere 14
de la membrane a electret 10 de la figure 4, envisagee prece-
de Tment, en proportion directe des relations ( 1) et ( 2) pre-
citees Cependant, la largeur de la couche de metal, sur la
surface rugueuse 16 de la plaque arriere 18, demeure constan-
te sur toute la longueur de cette plaque arriere Ainsi, au lieu de
faire varier la largeur de la couche de metal 20, on peut faire varier
la charge electrostatique sur la couche de
polymere 14 Selon une variante, on place la membrane a elec-
fret 10 en contact direct avec la plaque arriere 18, comme le
montre la figure 6, et on place une seconde membrane 66 au-
dessus de la membrane a electret o La sensibilite, (x), du
transducteur a electret, donnee par la relation ( 3) precitee,
en n'importe quel point du transducteur, est directement pro-
portionnelle a la charge electrostatique en ce point La re-
ponse du transducteur a electret envisage ci-dessus est pra-
tiquement similaire a la caracteristique de reponse qui est
representee sur la figure 5, envisagee precedemment.
Comme indique precedemment, on sait comment proce-
der pour charger de facon electrostatique une membrane a elec-
tret Un tel procede est decrit dans un article intitule "Research in
polymer Electrets" par G M Sessler et J E West, publie par la Society
of Photographic Scientists and Engineers, the Second International
Conference on Electrophotography,
pages 162-166 ( 1974).
L Ia figure 16 represente une distribution de charge electrostatique
sur la surface de polymere 14 d'une membrane a electret 10 de la
figure 1 La charge electrostatique est repartie uniformement sur toute
la largeur de la surface 14 de la membrane a electret Cependant, la
densite de charge varie sur la longueur de la membrane a electret
conformement aux relations ( 1) et ( 2) precitees En outre, la
sensibilite
du transducteur a electret, en n'importe quel point de celui-
ci, est directement proportionnelle a la charge electrostati- que sur
la membrane a electret en ce point De plus, comme l'indique la
relation ( 4) ci-dessus, la caracteristique de reponse, representee
sur la figure 5 envisagee precedemment,
depend de la sensibilite du transducteur a electret.
La figure 17 montre une surface de polymere telle que la surface de
polymere 14 de la membrane a electret 10
de la figure 1 envisagee ci-dessus, chargee de facon electros-
tatique par un autre procede La charge electrostatique est repartie
uniformement sur une largeur selectionnee, comme sur la figure 6
envisagee ci-dessus, et la charge varie sur la longueur de la su-face
de polymere 14 Cependant, la largeur de la surface de polymere 14
chargee de facon electrostatique varie sur la longuetu conformeent aux
relations ( 1) et ( 2)
preciteeso La large^r^ de la region chargee de facon electros-
tatique nrie coincide donc pas avec la largeur du polymere La
caracteristique de reponse obtenue est pratiquement la meme
que precedemment.
La distribution de charge electrostatique decrite ci-dessus en
relation avec les figures 16 et 17, concerne des charges de surface
Dans chaque cas, on peut obtenir la meme distribution de charge en
deposant la charge electrostatique
a differentes profondeurs de la couche de polymere de la mem-
brane a electret 10 de la figure 1 La charge electrostatique ia
n'importe quel point est donnee par la relation:
V (
dl 8 dans laquelle: = densite de charge, = permittivite du polymere so
= permittivite de l'air environnant, d 1 = profondeur de la charge
electrostatique, d.= epaisseur de la couche de polymere, et
V = tension electrostatique.
On va maintenant considerer la figure 18 qui montre encore un autre
procede pour charger la surface de polymere consideree precedemment de
la membrane a electret Comme sur la figure 17, une charge
electrostaticque negative comprise dans une region selectionnee varie
sur la longueur de la couche de
polymere conformement a-ux relations ( 1) et ( 2) precitees Ce-
pendant, contrairement a la figure 17, sur la figure 18 les espaces de
la surface de polymere qui n'etaient pas charges sont maintenant
charges positivement On chiarge la surface de polymere avec a la fois
des charges negatives et des charges
positives dans le but de former u-e _rcntiere netterent defi-
rie entre les deux: regcis crargeees Ainsi, l ' seni lie en he 'Les
n'imorte uel poinest d rarsd e et d e facon plus
r-ecise, du fait u'elle a-eend directement de la charge elec-
cstatioee N ce _oint _a rcrse est cer directiornel-
le et, come on l'a o e receden e -m 'elat on avec la
fgvre 5, elle comu-renrd un loe pri -1 c-al et -nr ensemble de lo-
bes secondaires au-dessous d'u seuil oreselec'tonne.
Dans trois des modes de realisation precedents dans lesquels on fait
varier la largeur de metal, on fait varier l'espace d'air reel ou on
fait varier l'espace d'air effectif, on pelaut re-_mplacer la membra-
ne a electret car une membrane a lacuelle est applicuee -une
polarisation Continue Ainsi, au lieu de deposer -une c:hare
electrcstatiqcue sur la membrane,
on lui aptlique en zerman-ence une polarisation continue prove-
narint d'une source de tension continue externe On peut en ou-
tre utiliser deux membranes distinctes: une membrane compre-
nant une couche de metal et une couche de polymere, ou une membrane
entierement en metal Cependant, lorsqu'on utilise une membrane
comprenant une couche de polymere et une couche de metal, la couche de
metal doit etre placee du cote de la
plaque arriere.
De plus, la membrane ne doit pas etre placee direc-
tement sur la plaque arriere La membrane doit au contraire etre
suspendue sur la plaque arriere, comme par l'utilisation d'entretoises
isolantes telles que les elements 62, 64 sur la
figure 6.
Les conducteurs qui partent de la couche de metal de
la membrane et de la couche de metal de la plaque arriere peu-
vent etre permutes au niveau du branchement au connecteur.
Autrement dit la polarite des conducteurs n'a pas d'importance. Il va
de soi que de nombreuses modifications peuvent 9 tre apportees au
dispositif decrit et represente, sans sortir
du cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Transducteur acoustique destine a produire un
diagramme de reponse directionnel comprenant un lobe prin-
cipal et un ensemble de lobes secondaires situes pratiquement a un
niveau de seuil predetermine, comprenant une plaque ar- riere et une
membrane a electret, caracterise en ce que la
charge electrostatique sur la membrane a electret ( 10) presen-
te une variation spatiale proportionnellement a une relation
predeterminee.
2 Transducteur selon la revendication 1, caracte-
rise en ce que la relation predeterminee de la charge electros-
tatique est definie par: (l _ 2/2 i L)&#x003C; K ' te A¦ 4 A¦
&#x003C;L avec: tions 1 o arriere ( tions 1 a comprend et la cou, de
la pla J 1 = fonction de Bessel de premiere espece, j = (-1)1/2 l= in
r +(r 2-1)1/2, r rapport de l'amplitude du lobe principal au niveau de
seuil des lobes secondaires, distance normalisee de n'importe quel
point sur la plaque arriere, par rapport au centre de la plaque
arriere; et
L = Longueur normalisee de la plaque arriere au-
dela de laquelle la charge electrostatique est une constante, K.
3 Transducteur selon l'une quelconque des revendica-
u 2, caracterise en ce qu'une surface de la plaque
18) porte un revetement metallique( 20).
4 Transducteur selon l'une quelconque des revendica-
3, caracterise en ce que la membrane a electret ( 10) une couche de
metal ( 12) et une couche de polymere ( 14), che de polymere fait face
a la surface metallique ( 20) que arriereo Transducteur selon la
revendication 4, caracterise
en ce que la charge electrostatique est repartie sur la lon-
gueur de la couche de polymere ( 14) selon la relation prede-
terminee.
6 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 4 ou 5, caracterise en ce que la charge electrostati- que en
n'importe quel point sur la longueur de la couche de
polymere ( 14) est uniforme sur la largeur de la couche de po-
lymere en ce point.
7 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 4 ou 5, caracterise en ce que la charge electrostati-
que en n'importe quel point sur la longueur de la couche de polymere (
14) n'est pas uniforme sur toute la largeur de la
couche de polymere en ce point.
S Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 4 a 7, caracterise en ce que la charge electrostatique
en n'importe quel point sur la longueur de la couche de poly-
mere ( 14) est pratiquement la m 9 me a des distances egales de part
et d'autre d'une ligne mediane parallele au plus petit
cote de la couche de polymere.
9 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 8, caracterise en ce que la membrane a electret est fixee
a la plaque arriere ( 18) de facon que la couche de
metal ( 12) de la membrane a electret se trouve face au rev C-
tement metallique ( 20) de la plaque arriere ( 18), et une se-
conde membrane ( 66) comprenant une couche de polymere ( 70) et
une couche de metal ( 68) est suspendue au-dessus de la membra-
ne a electret.
Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 4 a 8, caracterise en ce que la membrane a electret
est superposee directement sur la plaque arriere, une premie-
re region de la couche de polymere est chargee de facon elec-
trostatique avec une charge negative, la largeur de la premie-
re region varie sur la longueur de la couche de polymere et le
reste de la couche de polymere est charge de facon electrosta-
tic avec une charge positive.
? ?
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