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[5][_]
Generic
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metal
(60)
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cation
(5)
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Gene Or Protein
(15/ 33)
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Etre
(10)
[10][_]
Tre
(5)
[11][_]
Est-a
(4)
[12][_]
Cou
(2)
[13][_]
Tif
(2)
[14][_]
Tric
(1)
[15][_]
Memb
(1)
[16][_]
Lla
(1)
[17][_]
Rsi
(1)
[18][_]
Dars
(1)
[19][_]
Rela
(1)
[20][_]
Cvi
(1)
[21][_]
Aut
(1)
[22][_]
Rnc
(1)
[23][_]
Trou
(1)
[24][_]
Physical
(8/ 8)
[25][_]
3 volts
(1)
[26][_]
21,5 cm
(1)
[27][_]
2,5 cm
(1)
[28][_]
2 l
(1)
[29][_]
5067 Hz
(1)
[30][_]
30 d
(1)
[31][_]
3/5 dl
(1)
[32][_]
3 K
(1)
[33][_]
Polymer
(2/ 5)
[34][_]
Rayon
(4)
[35][_]
TEFLON
(1)
[36][_]
Molecule
(5/ 5)
[37][_]
dsta
(1)
[38][_]
nega
(1)
[39][_]
Bn
(1)
[40][_]
esen
(1)
[41][_]
Ce-
(1)
[42][_]
Organism
(3/ 3)
[43][_]
rusa
(1)
[44][_]
sages
(1)
[45][_]
propor
(1)
[46][_]
Company Reg No.
(1/ 1)
[47][_]
ce 137
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517161A1
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
D'EPAISSEUR VARIABLE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LES TRANSDUCTEURS ACOUSTIQUES.
UN TRANSDUCTEUR ACOUSTIQUE DESTINE A PRODUIRE UNE REPONSE FORTEMENT
DIRECTIONNELLE COMPREND UNE PLAQUE ARRIERE METALLISEE 130 QUI FAIT
FACE A LA SURFACE PLANE 134 D'UNE MEMBRANE A ELECTRET 132 CHARGEE DE
FACON ELECTROSTATIQUE. L'EPAISSEUR DE LA MEMBRANE A ELECTRET VARIE SUR
LA LONGUEUR DE CELLE-CI SELON UNE RELATION PREDETERMINEE. LA
SENSIBILITE DU TRANSDUCTEUR A ELECTRET VARIE EN FONCTION DIRECTE DE
L'EPAISSEUR DE LA MEMBRANE.
APPLICATION AUX MICROPHONES DIRECTIONNELS.
Description
_________________________________________________________________
La 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 FR 8026
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-
cise des microphones par rapport aux positions desirees entraine
une degradation notable de la caracteristique de reponse du re-
reau. Les prcllemes precites concernant une mise en place
imprecise des microphones 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 d'epaisseur uniforme qui est
placee parallelement a une surface plane d'une membrane a electret
chargee de facon electrostatique, l'epaisseur de la
membrane a electret variant selon une relation predeterminee.
la sensibilite du transducteur a electret en n'importe quel point de
celui-ci est directement proportionnelle a l'epaisseur
de la membrane a electret.
La membrane a electret peut etre placee directement sur la surface
metallisee rugueuse de la plaque arriere Selon une variante, la
membrane a electret peut 9 tre placee a une certaine distance
selectionnee par rapport a la plaque arriere, avec des elements
isolants intercales entre la membrane et la
plaque arriere pour definir un support de structure.
Selon un autre mode de realisation de l'invention, la membrane a
electret precitee peut 9 tre fixee sur la surface metallisee d'une
plaque arriere et une seconde membrane peut etre suspendue au-dessus
de la membrane a electret La surface
plane de la membrane a electret fait face a la seconde membra-
ne (lui est supportee au-dessus de la membrane a electret par des
elements isolants La seconde memrbrane est parallele a la surface
plane de la membrane a electreto L'invention sera mieux comprise a la
lecture de la
description qui va suivre de modes de realisation et en se
referant aux dessins annexes sur lesquels: La figure 1 montre un
transducteur a electret a 1 Q l'etat demonte;
La figure 2 montre une plaque arriere metallisee se-
lectivement qui est utilisee dans le transducteur a electret de la
figure 1; La figure 3 est une vue isometrique d'une partie du
transducteur a electret de la figure 1 a l'etat assemble; La figure 4
montre une representation agrandie du contact entre la membrane a
electret et la plaque arriere dans
3 2517161
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; Ia 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 qoui 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 TEFLON) 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-
4 - 2517161
pft 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: il-,) '/2 l W 2 /2 &#x003C;i V) ',&#x003C;L 3 (JV w = R L
f LI * avec: J 1 = fonction de Bessel de premiere espece; j = (-1)1/2;
n= L Er + (r 2 _ 1) 1/2; 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 constantes 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 plaque arriere 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
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 transducteur a electret
A 5067 Hz 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, darns chaque cas, le ou les
lobes lateraux sort au seuil 35 ou au-dessous de ce dernier.
Les lignes en pointilles representent la caracteristique de reponse
correspondante 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 -etal.
On va maintenant considerer brievement la figure 2
qui montre une wvue 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 18 La plaque arriere 18 peut Ctre en matie-
re pour plaetdeirozt, 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) De facon
similaire, un conducteur 25, en contact avec la couche de metal ( 12)
de la ae=_rane a electret ( 10), constitue un
conducteur electrique neutre (ou de masse) allant vers le con-
necteur precite (non represente) Par ce toyern, les signaux
acoustiques qui arrivent sur le transducteur a electret preci- te sont
convertis en signaun ele ctriq- es convenant pour une
transmission electrique.
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 su 3 r la rlaque arriere 18, de facon que la
couch'e de polymere 14 de la -membrane a electret 10 soit en ccrntact
direct avec la surface rugue use metallisee 16 de la placue arriere 'C
Les cotes lcngitud naux 27 et 29 de la 1 ? memb-rane a electret 10
sont respectivemecnt aplicues conre les cotes 41 et 43 de l'element de
su-nor de structure 28 par des P,l Coues de serrage 42 et 44
l'-use:-u-s vis de fixation 46, 48 maintiennent les claques de serrage
42 et 44 en place De faccon similaire, des plaquettes 50, 52 et des
vis de fixation 54, 56 mantien ent rigidement les ext-re-tes 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
etre 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 2517161
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 arttes naturel-
les qui etablissent un contact direct avec la membrane 10, ce
qui empeche un mouvement resonnant dans la membrane 10 preci-
tee Il est necessaire d'empecher 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 lla 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 preselectionne.
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 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 meme 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 2517161
variable du transducteur a electret en ce pointe 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 t (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:
Po Al o S(X) + &#x003C;Si S(x).
O ( p OAU 40 Slxl + v Sltx)l * ( 3) dans laquelle: (x) = sensibilite
du transducteur a electret a une distance x du centre de ce dernier
Cr(x) = distribution spatiale de charge; Sleff(X) = epaisseur
effective de l'espace d'air,
envisagee ci-apres de facon plus com Dle-
te;
Sl(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;
O -
A = 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; =
poermittivite de l'air; et
S(x) = epaisseur de la membrane a electret.
On calcule de facon theorique la caracteristique de reponse precitee
par la relation: k 1 Si xii W 44 x (Xe k i l X R(e) = ( 4) J O (x) 8 x
dans laquelle: i = longueur du transducteur a electret, du centre
jusqu'a une extremite; -1 = longueur du transducteur a electret du
centre jusqu'a l'autre extremite; (x) = sensibilite du transducteur a
electret a une distance quelconque x a partir de son centre; k =
nombre d'onde acoustique; et R(G) = reponse du transducteur a electret
pour un angle quelconque e 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 theorique, par la relation ( 4), est representee en
pointilles.
Comme l'indique la relation ( 3) ci-dessus, la sensi-
bilite du transducte-ur a electret est directement proportion-
nelle 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 O 20 et a la
diszribution spatiale de charge, c'est-a-dire a la
charge electrostaticque 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) precisee, 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
rayon, a une distance h 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.
Du fait du poids de la membrane a electret 84 et du fait des
vibrations produites par le son qui arrive sur la membrane 84,
la dsta ce de la membrane 84 par rapport a la polaque ar-
r-ere 72 presentera quelques variations insignifianteso 'es-ace d'air
reel correspond au volume d'air 86 entre la membrane a electret 84 et
la plaque arriere 72 Comme indiqu' precedemment, du fait;u'il n' a
qu'une deformation -rsi=nifiante de la membrane a electrei $t I l 1
eaisseur ou la
nrofor eur de l'espace d'air reel, 51, est praticuement cons-
tante L'espace d'air reel affecte le comportement electrique du
systeme I Piilae rusa ne a a elecuret a 4 est proche de la plaquoe
arriere 72, plus le signal de sortie produit par la
membrane elecret 84 est eleve.
L'espace d'air e-ecv est la somme du volume d'air ars la cavite
arriere As, du volnume d'air dars l'ensemble des cv.er- u-,zes b 2 et
de l'espace d'air ree' 86 'lepaisseu o-u la
urofondeu_ de l'espace d'air effectif est acnnee par la rela-
tion: h + ' +)
o 4 r 2 -
o dans laquelle: ho = profondeur du volume d'air dans la cavite
arriere 85; n = nomore d'ouvertures 2; h I dia+etre de chacune des
ouvertures 82; t = epaisseur de la plaque arriere 72; rayon = rayon du
cylindre 78; et
51 = epaisseur de l'espace d'air reel.
L'espace d'air effectif affecte le comportement me-
canioue 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 memes principes s'appliquent au transducteur a
electret rectiligne de la figure 1 o 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 transducteur. 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))1 ( 6) et hp = (K)-t ( 7) dans lesquelles:
w(x) designe la relation ( 1) precitee, et
K designe la relation ( 2) precitee.
-insi, la sensibilite en n'importe quel point le long du trans-
duc eur 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 neronures
de hauteur constante qui sont
dirigees dans le sens de la largeur de la plaque arriere.
La plaoue 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 arriereo 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 ccnnecteur 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
251716 1
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'EDeisseur de la plaque arriere 104 Cependant, l'eais-
seur de la membrane a electret 102 demeure constante sur toute
sa longueur Par ccnsqecuent, les hauteurs de l'ensemble de ti-
ges 108 -varient sur la longueur du transductevr a electret or Scite
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-
sertee) est suspendue au-dessus de la plaque arriere 104 Cet-
te secornde membrane est supportee par les tiges 108 precitees.
Pour chaque tznsducteur 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 precedcemment.
On va maintenant considerer les figures 11, 12 et 13 qui representent
trois modes de realisation distincts de
transducteurs a electret, obtenus chaque fois 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 plaque arriere, d'une maniere similaire
a celle des transducteurs a electret des figures 1 et 4, envi-
sages ci-dessuso Du fait eue l'inent-ion reside essentielle-
ment dans la plaque arriere, on ne decrira que cette derniere.
En considerant Llus particuiereent la figure 11,
on voit vune membrane a electret 121 et une placue arriere 116.
La er brane a electret 121 precitee est superposee directement s uz la
surface 118 de la plaque arriere, qui est naturellement
rugueuse Un ensemble de trous 120 de meme diametre sont per-
ces juscu'a diverses profondeurs dans la surface 118 de la rlaque
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
pratiquement 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'epaisse-vr de l'espace d'air effectif est directement propor-
tiornnelle a la profondeur des trous 120.
* Bn 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, S(x), est donnee par la
relation ( 3) precitee La caracteristique de reponse est cal-
culee, de facon theorique, par la relation ( 4) precitee La reponse
calculee par la relation ( 4) et la reponse reellement mesuree sont
pratiquement similaires-aux caracteristiques de
redonse rer 7 e,en ees sur la figure 5, envisagee ci-dessus.
La fig e 1 2 montre rune,em'cran electret 123 et une llacue arriere
122 comprenant Un ensemble d'ouvertures 124 qui perforent cette
plaque, et ces elements sont utiles a la realisation d'un autre
transducteur a electret Les diametres des ouvertures varient de facon
que le vclume d'air dans les ouvertures varie directement en
proportion des relations ( 1) et ( 2) precitees, c'est-a-dire que
l'epaisseur de l'espace d'air effective varie directement en
proportion des relations
( 1) et ( 2) precitees.
la figure 13 represente une zembrane a electret 127 et une tlaque arrl
ere 126 comcrenarnt un ensemble d'ouvertures 128 de eme diametre cvi
perforent la laue arriere 126 o On fait varier l'eaisseu de l'esnace
d'air effectif en faisant -5 -arier la ernsite des ouver-ures 126,
di'ectement ern prcport ort
des relations ( 1) et ( 2) recitees.
ans Jn aut-r oce doce realisation (non re esen'e):e l'is-ention, dar E
lequel l'espace d'ai 7 effectif varie sur lloaeur du ta cter a
elec-tret,la coauche de metal de la embrane a electret est placee ern
contact direct avec la couae:e ce meta 7 de la plaque arriere Une
seconde membrane est suspendue au-dessus de la membrane a electret
121, 123 ou 127, en etant supoortee par des elements isolants, tels
que les
elements 62 et 64 representes suz la fiure 6 Dans trois for-
mes distinctes ce ce mode de realisation, on fait varier l'e' aisseu 7
de l'esace d'air effectif en faisant varier le d-aetre, la densite ou
la cro:c deu_ des trcus dans la plaque
arr 4 ere, comme il est represente sur les figures 11, 12 et 13.
Selon une variante, les trcus des figures 11, 12 et 13 sont replaces
par des rainures (non representees) dont la largeur, la densite ou la
profondeur varie corformement aux relations ( 1) et ( 2)o 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 t 32 dont l'epaisseur 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 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, e (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
indiquees par les
caracteristiques de reponse de la figure 5, envisagee ci-des-
sus L'epaisseur, d, de la membrane a electret ( 132) est definie par
la relation: d 17 / f/( 12 /2 ' &#x003C; L/ d K'(_)/j(V d K '
L&#x003C; A¦ d'e la srcede lmr 4 ch-ar-ge-e de facooneecrsaie - re suz
la lon -ueur ccmforme_ment aux re 1 at or S ( 1) et ( 2)
re-citees L largu de la region ch-argee de -Facon elect-ros-
- atlicue ne co:rnc 'de donc pas avec la largeur du polyrmere la
caract Ieristique de reponse obtenue est pratiq Uement la meme
c'je precedemment.
La d istribut Lion de charge electtrost Latique decrite ci-dessus er,
relati- Jo N a ve c 11 e S fgur es 16 et J 17, concerne des crangs
desurfce ar crcecas, on peut obtenir la -reme r _ S t r ib Ut-ion de
chrarge en ceposanrt la chlarge electrostaticue
adif:rerentes rnrofcnd,eurs de la cccede pol-ymere de la mem-
b Drane a electret 10 de la figure 1 La charge electrostatique c a
n'importe quael point est donnee par la relation
( O
dans laquelle c-= densite de charge, E=permi ttivite du polymere
=Permittivite de l 'air environnant, 3/5 dl = 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
electrostatique negative comprise dans une region selectionnee varie
sur la longueur de la couche de
polymere conformement aux 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 charge la surface de polymere avec a la fois
des charges negatives et des charges
positives dans le but de former une frontiere nettement defi-
nie entre les deux regicns chargeeso Ainsi, la sensibilite en
n'importe quel point du trarsdu^etu est definie de facon plus
precise, du fait qu'elle depend directement de la charge elec-
trostatique en ce point La repcnse est fortement directionnel-
le et, comme on l'a montre precedemment en relation avec la
figure 5, elle comprend un lobe principal et un ensemble de lo-
bes secondaires au-dessous d'un seuil preselectionne.
Darns 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 peut remplacer la membrane a
electret par une membrane a laquelle est appliquee une polarisation
continue Ainsi, au lieu de deposer une charge electrcstatique sur la
membrane,
on lui applique en permanence une polarisation continue prove-
nant 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 c 8 te de la
plaque arriere.
De plus, la membrane ne doit pas etre placee direc-
tement sur la plaque arriere La membrane doit au contraire 9 tre
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 etre 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 princi-
pal et un ensemble de lobes secondaires qui se trouvent pra-
tiquement a un niveau de seuil predetermine, ce transducteur
comprenant une plaque arriere dont une surface est revetue d'une
couche de metal, caracterise en ce qu'il comporte une
membrane a electret ( 132) dont l'epaisseur varie sur la lon-
gueur de la membrane conformement a une relation predeterminee,
et une surface ( 134) de la membrane a electret ( 132) est pra-
tiquement plane et pratiquement parallele a la plaque arriere
( 130).
2 Transducteur acoustique selon la revendication 1,
caracterise en ce que l'epaisseur, d, de la membrane a elec-
tret ( 132) est definie par la relation: d a 1/ i 2 t 1 &#x003C; L (
1) l(j(/) t 3 K, K L&#x003C; i&#x003C; 1 dans laquelle: J 1 = fonction
de Bessel de premiere espece, j = (-1)1 /2, = En 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
l'epaisseur de la membrane est une constante K.
3 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 ou 2, caracterise en ce que la membrane a electret
( 132) comprend une couche de metal ( 142) et une couche de po-
lymere ( 136), l'epaisseur de la couche de polymere ( 136) varie le
long de la membrane selon la relation predeterminee, et l'epaisseur de
la couche de metal ( 142) est pratiquement uniforme.
4 Transducteur selon la reivendication 3, caracteri-
se en ce qu'une surface ( 134) de la couche de polymere ( 136) est
pratiquement plane et cette surface plane est pratiquement
rarallele a la plaque arriere ( 130).
Transducteur selon la revendication 4, caracteri- se en ce que la
distance entre la surface plane ( 134) de la
couche de polymere ( 136) et la plaque arriere ( 130) est prati-
quement uniforme sur la longueur et la largeur de la plaque arriere.
6 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 4 ou 5, caracterise en ce que la surface de polymere plane (
134) fait face a la surface de la plaque arriere ( 130) qui comporte
le rev Stement metallique ( 137)o
7 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 6, caracterise en ce que la membrane a electret
( 132) est chargee de facon electrostatique a une valeur pre-
determinee.
8 Transducteur selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 7, caracterise en ce qu'un premier conducteur ( 133)
partant de la membrane a electret ( 132) et un second conduc-
teur ( 131) partant du revetement metallique ( 137) situe sur la
plaque arriere ( 130) se terminent au niveau d'un connecteur
( 166), pour transmettre des signaux entre ces elements.
9 Transducteur selon l'une quelconque des revendica-
tions 1 a 8, caracterise en ce qu'une surface de la membrane a
electret ( 154) est fixee a la plaque arriere ( 150) de facon
que la couche de metal ( 158) de la membrane a electret se trou-
ve face au revetement metallique ( 152) de la plaque arriere;
et il existe une seconde membrane ( 168) qui comprend une cou-
che de polymere ( 170) et une couche de metal ( 167), et la se-
conde membrane ( 168) est suspendue au-dessus de la membrane a
lectret ( 154).
Transducteur selon la revendication 9, caracteri-
se en ce que la distance entre la surface plane ( 156)de la
couche de polymere ( 154) et la seconde membrane ( 168) est pra-
tiquement uniforme sur la longueur et la largeur de la seconde
membrane ( 168).
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