L'invention est relative aux transducteurs vibratoires servant à reproduire un son par la mise en vibration d'une paroi rigide. État de la technique

La demande de brevet WO0001264 décrit un système de communication dans lequel la reproduction du son est faite par la mise en vibration de la coque d'un casque de protection.

Dans certaines circonstances, l'utilisateur d'un tel casque pourrait souhaiter évoluer sans casque tout en continuant à communiquer, par exemple pour évoluer dans une zone étroite où le port du casque, sur la tête, à la main, ou accroché à la ceinture, est peu commode.

Bien que le transducteur acoustique équipant ce type de casque puisse être amovible, il n'est pas envisageable de le désolidariser temporairement de son casque pour avoir un objet moins encombrant à transporter tout en continuant à bénéficier de la communication. En effet, les transducteurs que l'on utilise dans ce type d'application sont des transducteurs vibratoires, à savoir des transducteurs qui transmettent une onde vibratoire à une paroi rigide qui est vecteur du son. Dès qu'ils sont désolidarisés de cette paroi rigide, ils produisent un son à peine audible.

Résumé de l'invention

On souhaite donc disposer d'un transducteur vibratoire qui, lorsqu'il est désolidarisé de sa paroi vecteur de son, produit néanmoins du son avec une bonne efficacité. On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un transducteur acoustique à base d'un haut-parleur comprenant une membrane suspendue par sa périphérie à un boîtier ; un piston solidaire d'une partie centrale de la membrane ; et un moteur agencé pour déplacer le piston, le moteur étant immobile par rapport au boîtier dans un mode haut-parleur du transducteur. Il possède un mode de fonctionnement vibratoire dans lequel le moteur est mobile par rapport au boîtier. Le sommet du piston forme un dôme du côté externe de la membrane, apte à transmettre à une paroi en appui sur le dôme les vibrations provoquées par le déplacement du moteur.

Selon un mode de réalisation, le transducteur comprend un mécanisme de verrouillage agencé pour solidariser le moteur au boîtier dans le mode haut- parleur, et désolidariser le moteur du boîtier dans le mode vibratoire.

Selon un mode de réalisation, le mécanisme de verrouillage est un système à électroaimant agencé pour attirer une partie du moteur contre une partie du boîtier, dans le mode haut-parleur.

Selon un mode de réalisation, le mécanisme de verrouillage comprend une lame à ressort bistable ayant une position de verrouillage mettant le moteur en appui sur une partie du boîtier.

Selon un mode de réalisation, le transducteur comprend deux pistons opposés, un premier des pistons étant solidaire de la membrane, et une masse mobile solidaire du deuxième piston. Le moteur est configuré pour déplacer les pistons en opposition de phase dans le mode haut-parleur, et déplacer les pistons en phase dans le mode vibratoire.

Selon un mode de réalisation, la masse mobile est en appui sur le fond du boîtier en mode vibratoire.

Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend une butée annulaire coaxiale au piston, agencée pour appuyer sur la membrane dans le mode vibratoire.

Selon un mode de réalisation, le dôme est muni d'un capteur de pression connecté pour mettre le transducteur en mode vibratoire lorsque la pression exercée par la paroi sur le dôme atteint un seuil.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : les figures 1A et 1 B représentent des vues en coupe schématiques d'un premier mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans un mode haut-parleur, et dans un mode vibratoire ; les figures 2A et 2B représentent des vues en coupe schématiques d'un deuxième mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans le mode haut-parleur et dans le mode vibratoire ; et les figures 3A et 3B représentent des vues en coupe schématiques d'un troisième mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans le mode haut-parleur et dans le mode vibratoire. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention

On propose ici un transducteur acoustique bi-mode basé sur une structure de haut-parleur. Dans un premier mode, le mode haut-parleur, le transducteur se comporte comme un haut-parleur classique et reproduit ainsi le son de manière autonome dans un volume réduit. Dans un deuxième mode, le mode vibratoire, la structure du haut-parleur est modifiée par une simple opération de manière à pouvoir transmettre des vibrations à une paroi rigide sur laquelle le transducteur est appliqué.

Les figures 1A et 1 B représentent des vues en coupe schématiques d'un premier mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans le mode haut-parleur et dans le mode vibratoire.

Comme on l'a indiqué précédemment, le transducteur est basé sur une structure de haut-parleur. Ainsi, il comprend une membrane 10 suspendue à sa périphérie sur un boîtier 12. La partie centrale de la membrane 10 est solidaire du sommet d'un piston 14. Un moteur 16 est agencé dans le boîtier 12 pour déplacer le piston 14 axialement en fonction d'un signal électrique représentatif du son à reproduire.

Dans un haut parleur de type électrodynamique, le moteur 16 comprend un aimant permanent définissant un entrefer annulaire dans lequel se déplace axialement la queue, tubulaire, du piston 14. Cette queue est munie d'un bobinage 14-1 qui est alimenté par le signal électrique à reproduire. Le piston 14 est suspendu au moteur 16 par une membrane annulaire souple 18, couramment désignée par le terme anglais « spider », qui maintient le piston dans l'axe de l'entrefer tout en lui laissant une liberté de déplacement axial.

La structure et le fonctionnement d'un haut-parleur étant bien connus de la technique, ils ne seront pas décrits plus en détail ici. Dans la figure 1 A, le transducteur est dans le mode haut-parleur, correspondant à une structure de haut-parleur classique. Dans ce mode, le moteur 16 est solidarisé au fond du boîtier 12 par l'intermédiaire d'un support tubulaire 20. Ainsi, le piston 14 se déplace par rapport au boîtier et fait osciller la membrane 10. Dans la figure 1 B, le transducteur est dans le mode vibratoire. Il est agencé pour faire vibrer une paroi rigide 22, par exemple une coque de casque de protection, contre laquelle est appliqué le sommet du piston 14. Ce sommet, configuré en dôme, est en un matériau de caractéristiques adaptées à la transmission de vibrations, plus rigide et résistant que le carton ou le feutre imprégné normalement utilisés dans un haut-parleur. La paroi 22 est par ailleurs en appui sur une butée annulaire souple 24 fixée sur le boîtier 12 à la périphérie de la membrane 10.

Dans cette configuration, le piston 14 est immobile par rapport au boîtier 12. Par contre le moteur 16 est, comme cela est représenté, désolidarisé du boîtier 12. Dans ce cas, le moteur 16 se met à osciller par rapport au boîtier 12 lors de la reproduction d'un signal acoustique. En oscillant, le moteur transmet des vibrations au piston 14 par l'intermédiaire de la membrane de suspension 18 et les forces électromagnétiques exercées entre l'aimant du moteur et le bobinage 14-1 du piston. Ces vibrations, transmises par le piston 14 à la paroi 22, produisent le son escompté.

On peut ajuster les caractéristiques du transducteur vibratoire ainsi constitué en jouant sur l'élasticité de la membrane de suspension 18 et la masse du moteur 16. Si on a besoin d'un amortissement, on peut prévoir un patin en mousse 26 fixé entre le moteur 16 et le fond du boîtier 12. Un tel patin peut également contribuer à maintenir le moteur 16 radialement, sans quoi le moteur serait maintenu seulement par la membrane de suspension 18.

Afin que l'efficacité vibratoire du transducteur soit préservée, on souhaite que la paroi 22 reste en permanence en contact avec le dôme du piston 14 et la butée annulaire 24. Le piston 14 est maintenu en contact avec la paroi 22 par le rappel élastique de la membrane 10, qui dépend de la distance d'enfoncement du piston par rapport à sa position d'origine, donc de la courbure de la paroi 22. Si la courbure de la paroi 10 est trop faible, il se peut que l'effort de rappel sur le piston 14 soit insuffisant pour le maintenir en appui sur la paroi 22, ce qui provoquerait des rebondissements du piston sur la paroi et des bruits parasites.

Pour pallier cela, dans ce mode de réalisation, le support tubulaire 20 est muni à son extrémité libre d'une butée annulaire souple 20-1 , sur laquelle la membrane 10 vient en appui dans le mode vibratoire. Cette butée n'interfère pas avec la membrane en mode haut-parleur (figure 1A). On augmente ainsi la raideur de la membrane 10 autour du piston 14. En rendant la hauteur du support 20 ajustable, on peut adapter la position de la butée 20-1 à la courbure de la paroi 22.

Avec cette configuration, pour passer le transducteur d'un mode à l'autre, il suffit de solidariser ou désolidariser le moteur 16 de son support 20. Cette opération peut être réalisée à l'aide d'un mécanisme de verrouillage mécanique, non représenté, actionné manuellement par un levier.

Les figures 1A et 1 B représentent un mode de réalisation plus évolué de mécanisme de verrouillage. Le support 20 est configuré en électroaimant et il est à cet effet en un matériau magnétique et entouré d'un bobinage 28. Il comprend un épaulement définissant avec un épaulement complémentaire du moteur 16 la position du moteur dans le mode haut-parleur. La partie formant l'épaulement du moteur 16 est également en un matériau magnétique, de préférence isolé magnétiquement de l'aimant du moteur. Par ailleurs, le dôme du piston 14 est muni d'un capteur de pression 30.

En mode haut-parleur, aucun objet n'est en appui sur le dôme 14. Le capteur 30 indique une pression nulle à un circuit de commande, non représenté. En réponse, le circuit de commande alimente le bobinage 28, ce qui provoque l'attraction des épaulements du moteur 16 et du support 20. Lorsqu'on applique une paroi sur le dôme 14 et qu'on enfonce le piston à encontre des efforts de rappel des membranes 10 et 18, le capteur 30 détecte une pression croissante. Lorsque cette pression atteint un seuil supérieur, le circuit de commande désactive l'électroaimant 28 qui libère le moteur 16. Le transducteur est alors en mode vibratoire. L'électroaimant sera de nouveau enclenché pour immobiliser le moteur lorsque la pression passe en dessous d'un seuil inférieur (comparaison à hystérésis).

Les figures 2A et 2B représentent des vues schématiques en coupe d'un deuxième mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans le mode haut-parleur et dans le mode vibratoire. Ces figures représentent en particulier un deuxième exemple de mécanisme de verrouillage permettant l'immobilisation ou la libération sélective du moteur 16 par rapport au boîtier 12. Les autres éléments représentés sont similaires à ceux des figures 1A et 1 B ; ils sont désignés par des mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau.

Le support 20 et le boîtier du moteur 16 ont la même configuration qu'aux figures 1A et 1 B, à savoir qu'ils ont des épaulements complémentaires définissant la position, fixe, du moteur dans le mode haut-parleur. A la figure 2A, dans le mode haut-parleur, une lame à ressort 32, montée de manière bistable dans le support 20, est dans une première position stable. Dans cette position, la lame à ressort est courbée vers le haut pour maintenir le moteur 16 en appui sur l'épaulement du support 20.

Pour passer le transducteur dans son mode vibratoire, on appuie sur le dôme du piston 14, selon la flèche F1 , de manière à inverser la courbure de la lame 32. Cet appui peut être exercé manuellement ou bien par l'application de la paroi à faire vibrer 22 (figure 2B).

A la figure 2B, la courbure de la lame 32 a été inversée et la lame se trouve dans sa deuxième position stable. Ainsi, le moteur 16 n'est plus maintenu contre le support 20 par la lame 32, et peut se déplacer librement axialement.

Afin de repasser le transducteur dans son mode haut-parleur, on prévoit, par exemple, un bouton poussoir 34 dans le fond du boîtier. Un appui sur ce bouton selon la flèche F2 inverse de nouveau la courbure de la lame 32, qui reprend sa première position stable de la figure 2A. Les figures 3A et 3B représentent des vues schématiques en coupe d'un troisième mode de réalisation de transducteur acoustique bi-mode, respectivement dans le mode haut-parleur et dans le mode vibratoire. Ces figures représentent en particulier un exemple de mécanisme de verrouillage du moteur qu'on qualifiera de « virtuel ». Il permet l'immobilisation ou la libération sélective du moteur par rapport au boîtier par inertie plutôt que par des éléments mécaniques. Les autres éléments représentés sont similaires à ceux des figures 1 A et 1 B ; ils sont désignés par des mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau.

Le moteur, désigné ici par 16', est un moteur double effet. Il est configuré pour déplacer le piston 14 ainsi qu'un deuxième piston 14b, coaxial au premier, agencé du côté opposé du moteur. Le sommet du piston 14b forme une masse mobile. Le piston 14b est, comme le piston 14, suspendu au moteur 16' par une membrane annulaire, et il comprend un bobinage agencé dans un entrefer du moteur.

A la figure 3A, en mode haut-parleur, le moteur 16' est relié au boîtier 12 seulement par l'intermédiaire de la membrane 10. Aucun autre élément mécanique ne le relie au boîtier. Le circuit de commande des bobinages des pistons 14 et 14b est configuré, dans ce mode, pour déplacer les pistons en opposition de phase, comme cela est représenté par des flèches. Dans ce cas, si la masse du piston 14b est égale à la somme des masses du piston 14 et de la membrane 10, le moteur 16' reste immobile par rapport au boîtier 12. On se trouve dans la même configuration que les figures 1A et 2A, avec un moteur 16' virtuellement solidaire du boîtier 12.

Il est bien entendu difficile, dans une production de série, de rendre égales les masses déplacées par les pistons 14 et 14b. Le système est néanmoins tolérant et fonctionne de façon satisfaisante même si les masses déplacées sont différentes. Un écart entre les masses entraîne que le moteur 16' présente des oscillations de faible amplitude par rapport au boîtier 12. Des écarts entre les coefficients de raideur des différentes membranes en jeu contribuent également au degré d'immobilité du moteur.

La figure 3B représente le transducteur dans son mode vibratoire. Une paroi convexe 22 a été appliquée sur le sommet du piston 14, enfonçant l'ensemble piston 14, moteur 16', et piston 14b à l'intérieur du boîtier 12 en faisant fléchir la membrane 10, jusqu'à ce que la paroi 22 repose sur la butée annulaire 24 à la périphérie de la membrane 10. On s'aperçoit qu'on n'a dû actionner aucun mécanisme de déverrouillage pour atteindre cette position ; en effet, le moteur 16' n'est à aucun moment solidaire, mécaniquement, du boîtier 12.

Si le moteur 16' est toujours alimenté pour déplacer les pistons 14 et 14b en opposition de phase, le piston 14 étant immobilisé par la surface 22, c'est le moteur 16' qui se déplace, comme cela est illustré par une flèche à double tête. Cela provoque des vibrations transmises à la paroi 22 par l'intermédiaire du piston 14, sa membrane de suspension 18, et les forces électromagnétiques dans l'entrefer du moteur.

Toutefois, le système tel que décrit n'est pas aussi efficace que celui des modes de réalisation précédents. En effet, le piston 14b se déplace dans le même sens que le moteur 16' par rapport au piston 14 et exerce des forces inertielles s'opposant au déplacement du moteur. Il en résulte un moins bon rendement vibratoire du transducteur que dans les modes de réalisation précédents. Afin d'améliorer le rendement du transducteur, il suffit, en mode vibratoire, de commander le moteur 16' pour qu'il actionne les pistons 14 et 14b en phase. Dans ces conditions, tandis que le moteur pousse l'un des pistons, il tire l'autre. Le piston 14 étant immobile, c'est toujours le moteur qui se déplace, mais l'inertie du piston 14b joue cette fois en faveur de l'amplitude oscillatoire du moteur 16'.

En dehors de la fréquence de résonance du piston 14b, définie par la masse du piston et du coefficient de raideur de la membrane annulaire le reliant au moteur, le piston 14b reste sensiblement immobile par rapport au boîtier 12. Afin d'éviter des oscillations parasites autour de la fréquence de résonance, le piston 14b est de préférence, comme cela est représenté, maintenu contre le fond du boîtier 12. On peut prévoir dans cette zone d'appui un patin souple 34 légèrement adhérent, favorisant le maintien du piston 14b dans cette position. En choisissant l'épaisseur et la souplesse du patin 34, ou en rendant la hauteur du patin réglable, comme la hauteur du support 20, le transducteur pourra être adapté à différentes courbures de la paroi 22.

Pour passer le transducteur d'un mode à l'autre, il suffit de commuter la phase des signaux de commande de l'un des pistons. Pour cela, on peut prévoir, comme pour le mode de réalisation des figures 1A et 1 B, un capteur de pression 30 intégré dans le sommet du piston 14. Lorsque la pression détectée par ce capteur atteint un seuil supérieur, le circuit de commande passe le transducteur dans son mode vibratoire (pistons commandés en phase). Lorsque la pression passe en dessous d'un seuil inférieur, le circuit de commande passe le transducteur dans son mode haut-parleur (pistons commandés en opposition de phase).