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[5][_]
Generic
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[6][_]
METAL
(93)
[7][_]
cation
(1)
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Gene Or Protein
(7/ 22)
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Etre
(6)
[10][_]
Est-a
(5)
[11][_]
Tre
(4)
[12][_]
Tric
(2)
[13][_]
Rela
(2)
[14][_]
Tif
(2)
[15][_]
Cou
(1)
[16][_]
Physical
(8/ 8)
[17][_]
3 volts
(1)
[18][_]
21,5 cm
(1)
[19][_]
2,5 cm
(1)
[20][_]
2 l
(1)
[21][_]
1/2 l
(1)
[22][_]
5067 Hz
(1)
[23][_]
30 d
(1)
[24][_]
11 l
(1)
[25][_]
Polymer
(2/ 5)
[26][_]
Rayon
(4)
[27][_]
TEFLON
(1)
[28][_]
Molecule
(5/ 5)
[29][_]
DES
(1)
[30][_]
nega
(1)
[31][_]
rofon
(1)
[32][_]
constan
(1)
[33][_]
Ce-
(1)
[34][_]
Organism
(2/ 2)
[35][_]
sages
(1)
[36][_]
propor
(1)
[37][_]
Company Reg No.
(1/ 1)
[38][_]
ce 137
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517158A1
Family ID 2400323
Probable Assignee Bell Telephone Laboratories Inc A Corp Of Ny
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title TRANSDUCTEUR A ELECTRET COMPORTANT UNE PLAQUE ARRIERE
METALLISEE SELECTIVEMENT
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LES TRANSDUCTEURS ACOUSTIQUES.
UN TRANSDUCTEUR A ELECTRET COMPREND NOTAMMENT UNE MEMBRANE A ELECTRET
10 SUPERPOSEE DIRECTEMENT SUR UNE SURFACE RUGUEUSE 16 D'UNE PLAQUE
ARRIERE 18 QUI EST METALLISEE SELECTIVEMENT. LA METALLISATION
SELECTIVE EST OBTENUE PAR LE DEPOT D'UNE COUCHE DE METAL MINCE 20 DONT
LE CONTOUR EST DEFINI PAR UNE RELATION PREDETERMINEE. LA SENSIBILITE
DU TRANSDUCTEUR EN TOUT POINT DE CE DERNIER EST DIRECTEMENT
PROPORTIONNELLE A LA LARGEUR DE LA COUCHE DE METAL SUR LA PLAQUE
ARRIERE. LA CARACTERISTIQUE DE REPONSE DU TRANSDUCTEUR COMPREND UN
LOBE PRINCIPAL ET DES LOBES SECONDAIRES INFERIEURS A UN SEUIL
PREDETERMINE.
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-
1 C cise 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 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'tun
seuil predetermine, de facon tres similaire au reseau de micr O-
phones decrit ci-dessus.
Conformement au mode de realisation de l'invention qui est considere a
titre d'exemple, un transducteur a electret
comprend unemembrane a electret superposee sur une plaque ar-
riere metallisee selectivement La membrane a electret, qui comprend
une couche de metal et une couche de polymere chargee de facon
electrostatique, est placee en contact direct avec la
surface metallisee selectivement de la plaque arriere La me-
tallisation selective est obtenue par depot d'un metal sur une surface
rugueuse de la plaque arriere,
La largeur de la couche metallisee varie sur la lon-
gueur de la plaque arriere selon une relation predeterminee.
La sensibilite du transducteur a electret en n'importe quel
point sur sa longueur est directement proportionnelle a la lar-
geur en ce point La largeur de la couche de metal est syme-
tric par rapport au centre de la plaque arriere la largeur
de la couche de metal est constante au-dela d'une distance de-
terminee empiriquement, par rapport au centre de la plaque ar-
riere, des deux c 8 tes de cette derniere.
Conformement au mode de realisation prefere de l'in-
vention mentionne precedemment, la couche de metal de la mem-
brane a electret a cependant une largeur uniforme sur toute sa
longueur. Conformement a un autre mode de realisation de l'in-
vention, la couche metallisee precitee de la plaque arriere a
une largeur uniforme sur toute la longueur de la plaque arrie-
re Cependant, la couche de metal de la membrane a electret a
une largeur qui varie conformement a la relation precitee.
Dans un autre mode de realisation, la largeur de la ceuche de metal de
l'electret comme la largeur de la couche metallisee de la plaque
arriere varient sur leurs longueurs respectives. Conformement a encore
un autre mode de realisation de l'invention, une seconde membrane,
comprenant une couche de metal et une couche de polymere, est
suspendue au-dessus du transducteur precite On obtient dans ce mode de
realisation au moins deux combinaisons separees Dans mune combinaison,
la largeur de la couche de metal de la seconde membrane suspendue
varie conformement a la relation precitee, tandis que la lar-
geur des couches de metal de la membrane a electret superposee demeure
constante On obtient l'autre combinaison en maintenant
constante la largeur de la couche de metal de la seconde mem-
brane suspendue et en faisant varier la largeur de la couche de metal
en contact avec la membrane a electret superposee et avec
la plaque arriere.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la
description qui va suivre de modes de realisation et en se re-
ferant aux dessins annexes sur lesquels: La figure 1 montre un
transducteur a electret a 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 montre 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 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 elactret 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 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-
pot d'une couche ( 20) de metal sur la surface naturellement rugueuse
16 de la plaque arriere 18, de facon aue la largeur, w, de la couche
de metal varie sur la longueur de la plaque arriere 18 conformement a
la relation: Jllj V (j_), ')/2 l W = Jilj (a-1-) &#x003C;L (l_ 42)1/2
Jlii)ti l W = L &#x003C;K,L lEl 1 ( 21 avec: J 1 = fonction de Bessel
de premiere espece; j = (-1)12; F= lnl r + (r 2 _ 1)1/2 l; 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 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, 56, 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
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 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 18 la plaque arriere 18 peut etre en matie-
re pour piettedeeicuit, 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 fa-cn
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 signaux-
acoustiques qui arrivent sur le transducteur a electret preci- te sont
convertis en signaux electriques convenant pour une
transmission electrique.
Ia 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 polymere 14 de la membrane a electret 10 soit en contact
direct avec la surface rugueuse metallisee 16 de la plaque arriere 18
Les cotes longitudinaux 27 et 29 de la membrane a electret 10 sont
respectivement appliques contre les cotes 41 et 43 de l'element de
support de structure 28 par des plaques 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 maintiernnent 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
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.
Ia 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 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 empeche 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 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, bu 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
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) preciteeso
La sensibilite v (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 cr(x)S eff(x) S (x) w(x) (x) -= p OU l 4 o
S(x) + 4stc X) ( 3) dans laquelle 51 e 6 (x) = sensibilite du
transducteur a electret a une distance x du centre de ce dernier;
(r(x) = distribution spatiale de charge; eff(x) = epaisseur effective
de l'espace d'air,
envisagee ci-apres de facon plus comple-
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; Po =pression
atmospherique;
A = aire de la surface plane 16 du transduc-
teur a electret sur la figure 2, envisa-
gee ci-dessus; &#x003C;= permittivite de la membrane a electret; =
permittivite de l'air; et
S(x) = epaisseur de la membrane a electret.
On calcule reponse precitee par de facon theorique la caracteristique
de la relation: R(e) 1 ()ej kx Sin SD J 1 (x)dx ( 4) dans laquelle: 1
= longueur du transducteur a electret, du centre jusqu'a une
extremite; -l = longueur du transducteur a electret du centre jusqu'a
l'autre extremite; 6 (x) = sensibilite du transducteur a electret a
une distance quelconque x a partir de son centre; k = nombre d'onde
acoustique; et R(e) = reponse du transducteur a electret pour un angle
queleonque 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 transducteur 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 et a la
distribution spatiale de charge, c'est-a-dire a la
charge electrostatique sur la membrane a electret La sensibi-
lite du transducteur 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-
fectif.
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-
o
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 sonmmet 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 distance 51 de la membrane 84 par rapport a la plaque ar-
riere 72 presentera quelques variations insignifianteso L'espace d'air
reel correspond au volume d'air 86 entre la membrane a electret 84 et
la plaque arriere 72 Comme indique precedemment, du fait qu'il n'y a
qu'une deformation insignifiante de la membrane a electret 84,
l'epaisseur ou la
profondeur de l'espace d'air reel, Si, est pratiquement cons-
tante L'espace d'air reel affecte le comportement electrique du
systeme Plus la membrane a electret 84 est proche de la plaque arriere
72, plus le signal de sortie produit par la
membrane a electret 84 est eleve.
L'espace d'air effectif est la somme du volume d'air dans la cavite
arriere 88, du volume d'air dans l'ensemble des ouvertures 82 et de
l'espace d'air reel 860 L'epaisseur ou la
profondeur de l'espace d'air effectif est dcnnee par la rela-
tion: h 2 n hi 1 t h + + 2 1 ( 5) 4 r dans laquelle: h O = profondeur
du volume d'air dans la cavite arriere 88; n = nombre d'ouvertures 82;
h 1 = diametre de chacune des ouvertures 82; t = epaisseur de la
plaque arriere 72; rayon = rayon du cylindre 78; et
Si = epaisseur de l'espace d'air reel.
L'espace d'air effectif affecte le comportement me-
canique 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 i 11
espace d'air effectif, les m Cmes 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 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)) o ( 6) et hp = (K 11 l( 7 dans lesquelles:
w(x) designe la relation ( 1) precitee, et K designe la relation ( 2)
precitee,
Ainsi, 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 m 4 me 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 mdme largeur que la plaque arriere Selon une varian-
te, la plaque arriere est entierement en metal Lia membrane a electret
92 comporte une couche de metal 91 et une couche de polymere 98,
chargee de facon electrostatique 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 seconde membrane est supportee par les tiges 108 precitees.
Pour chaquetransducteur 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 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-dessus Du fait que l'invention reside essentielle-
ment dans la plaque arriere, on ne decrira que cette derniere.
En considerant plus particulierement 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 plaque arriere, qui est naturellement
* rugueuse Un ensemble de trous 120 de meme 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
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'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, A(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
sontpratiquement similaires aux caracteristiques de
reponse representees sur la figure 5, envisagee ci-dessus.
zb figure 12 montre une membrane a electret 123 et une plaque 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 volume 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.
Ia figure 13 represente une membrane a electret 127 et une plaque
arriere 126 comprenant un ensemble d'ouvertures 128 de meme diametre
qui perforent la plaque arriere 126 o On fait varier l'epaisseur de
l'espace d'air effectif en faisant varier la densite des ouvertures
126, directement en prcportion
des relations ( 1) et ( 2) precitees.
Dans un autre mode de realisation (non represente) de l'invention,
dans lequel l'espace d'air effectif varie sur la longueur du
transducteur a electret, la couche de metal de la membrane a electret
est placee en contact direct avec la couche de metal de la plaque
arriere Une seconde membrane est suspendue au-dessus de la membrane a
electret 121, 123 ou 127, en etant supportee par des elements
isolants, tels que les
elements 62 et 64 representes sur la figure 6 Dans trois for-
mes distinctes de ce mode de realisation, on fait varier l'epaisseur
de l'espace d'air effectif en faisant varier le diametre, la densite
ou la rofon Ideur des trous dans la plaque
arriere, comme il est represente sur les figures 11, 12 et 13.
Selon une variante, les trous des figures 11, 12 et 13 sont remplaces
par des rainures (non representees) dont la largeur, la densite ou la
profondeur -Tarie 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 eom-
prenant mune plaque arriere 130 d'epaisseur uniforme et une membrane
aelectret 132 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, O (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. 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
longueur 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 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 electret 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.
La sensibilite, c'est-a-dire U(x) du transducteur
a electret de la figure 15, exprimee par la relation ( 3) pre-
citee, en n'importe quel 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 o
On obtient un autre mode de realisation d'un trans-
ducteur a electret en faisan-t 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-
demment, en proportion directe des relations ( 1) et ( 2) pre-
citeeso 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-
tret 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 Ia' sensibilite, X (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-
treto 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).
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
o 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
uniformemrenrt sur une largeur selectionnee, comme sur la figure 6
envisagee ci-dessus, et la charge varie sur la longueur de la surface
de polymere 14 Cependant, la largeur de la surface de polymere 14
chargee de facon electrostatique varie sur la longueur conformement
aux relations ( 1) et ( 2)
precitees La largeur de la region chargee de facon electros-
tatique ne coincide donc pas avec la largeur du polymereo Ia
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 m 9 me 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 a
n'importe quel point est domnee par la relation: o 10) dl T-d 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 qlui 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, contrairsmant 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 delu regiono cbargeeso Ainsi, la sensibilite en i 5
n'importe quel point du transdutevr est definie de facon plus
precise, du fait qu'elle depend directement de la charge elec-
trostatique en ce point La reponse 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.
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 peut remplacer la membrane a
electret par une membrane a laquelle est appliquee une polarisation
continue Ainsi, au lieu de deposer une charge electrostatique 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-9 tre 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 4 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 arribre 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 Ctre apportees au
dispositif decrit et represente, sans sortir du cadre de l'inventiono
Claims
_________________________________________________________________
REVENDIOATIONS
1 Transducteur acoustique ayant un diagramme de re-
ponse directionnel qui comprend un lobe principal et un ensem-
ble de lobes secondaires situes pratiquement a un niveau de seuil
predetermine, caracterise en ce qu'il comporte une mem- brane a
electret ( 10) superposee sur une plaque arriere ( 18), une partie au
moins ( 16) de la plaque arriere faisant face a
la membrane a electret est rev 9 tue d'un metal ( 20) et la sen-
sibilite du transducteur acoustique sur la longueur de la mem-
brane a electret ( 10) est reglee pour faire en sorte que les lobes
seccndaires soient inferieurs ou egaux au niveau de seuil. 2
Transducteur acoustique selon la revendication 1, caracterise en ce
que la sensibilite est reglee en donnant a
la largeur, w, de la surface de metal ( 20) de la plaque arrie-
re ( 18) une valeur definie par la relation:
( 1- 2)1/ ' (J 1/ 1
w L dans laquelle: J 1 = fonction de Bessel de premiere espece, j =
(-1) 1/2 t = ln r +(r 2-1)1/2) r = rapport de l'amplitude du lobe
principal au niveau de seuil des lobes secondaires, g = distance
normalisee de n'importe quel point sur la plaque arriere, par rapport
au centre de la plaque arriere; et I = distance normalisee sur la
plaque arriere
au-dela de laquelle la largeur du rev 9 te-
ment metallique est une constante, Ko Transducteur acoustique selon
l'une quelconque
des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que la largeur de
la surface metallique ( 20) est pratiquement la meme a des dis-
tances egales, de part et d'autre d'une ligne mediane paralle-
le au plus petit c 8 te de la plaque arriere ( 18), et les dis-
tances des deux bords de la surface metallique ( 20), de part et
d'autre d'une seconde ligne mediane, parallele au plus
grand c 6 te de la plaque arriere, sont pratiquement les memes.
4 Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 3, caracterise en ce que la membrane a
electret ( 10) est placee en contact direct avec la plaque ar-
riere ( 18), et la surface ( 16) de cette plaque arriere est rugueuseo
Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 4, caracterise en ce que la membrane
a electret ( 10) comprend une premiere couche metallique ( 12)
et une seconde couche de polymere a electret ( 14), la premie-
re couche et la seconde couches etant de forme rectangulaireo 6
Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 5, caracterise en ce que la membrane
a electret ( 10) est cbargee de facon electrostatique a une va-
leur predeterminee.
7 Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 6, caracterise en ce qu'un premier
conducteur ( 25) partant de la membrane a electret ( 10) et un second
conducteur ( 24) partant de la surface de metal ( 20) de la plaque
arriere se terminent au niveau d'un connecteur, pour
transmettre les signaux entre ces elements.
8 Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 7, caracterise en ce que la plaque
arriere ( 18) consiste en une plaquette de circuit isolee et la
surface de metal ( 20) est formee par revetement selectif d'une
face de la plaquette de circuit isolee, la largeur de la sur-
face rev 9 tue selectivement varie sur lalongueur de la plaquet-
te de circuit isolee, et un element en metal ( 28) supporte la
plaquette de circuit isolee.
9 Transducteur acoustique selon la revendication 1, caracterise en ce
que la membrane a electret comprende une couche de metal ( 12) et une
couche de polymere ( 14), la couche de polymere est en contact avec la
surface de metal ( 20) de la plaque arriere ( 18), et la largeur de la
couche de metal ( 12) de la membrane a electret varie de point en
point conformement a une relation predeterminee, sur une partie au
moins de la
longueur de la membrane a electret, pour definir les lobes se-
condaireso Transducteur acoustique selon la revendication 1,
caracterise en ce que la membrane e electret ( 10) comprend une couche
de polymere ( 14) et une couche de metal ( 12), la membrane a electret
est fixee sur la plaque arriere ( 18) de facon que la couche de metal
( 12) de la membrane a electret
se trouve face au revetement metallique ( 20) de la plaque ar-
riere, une seconde membrane ( 66) est suspendue au-dessus de la
membrane a electret ( 10), la seconde membrane a electret
( 66) comprend une seconde couche de polymere ( 70) et une troi-
sieme couche de metal ( 68), et la largeur de la couche de me-
tal ( 68) de la seconde membrane varie sur la longueur de cette
derniere. 11 Transducteur acoustique selon l'une quelccnque
des revendications 9 ou 10, caracterise en ce que la couche de
metal ( 12) de la membrane a electret est fixee sur la surface de
metal ( 20) de la plaque arriere ( 18), et la largeur des
deux couches de metal ( 12, 20) varie conformement a une rela-
tion predeterminee sur la longueur de la plaque arriere.
12 Transducteur acoustique selon l'une quelconque
des revendications 1 a 11, caracterise en ce que la plaque
arriere ( 18) est metallique, la membrane a electret est sus-
pendue au-dessus de la plaque arriere, et une couche de metal de la
membrane est chargee en permanence par une polarisation
a courant continu.
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