FR2569931A1 - Elements piezoelectriques vibrants et transducteurs piezoelectriques electroacoustiques utilisant de tels elements - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES ELEMENTS PIEZOELECTRIQUES VIBRANTS ET DES TRANSDUCTEURS PIEZOELECTRIQUES ELECTRO-ACOUSTIQUES. UN ELEMENT VIBRANT PIEZOELECTRIQUE COMPORTE UNE PLAQUE PIEZOELECTRIQUE VIBRANTE1 ET UN POIDS8 RACCORDE A PROXIMITE DU CENTRE DE GRAVITE DE CETTE PLAQUE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE COUCHE VISCOELASTIQUE7, LA FORCE VIBRO-MOTRICE DE LADITE PLAQUE PIEZOELECTRIQUE VIBRANTE ETANT DELIVREE SUR LE POURTOUR EXTERIEUR9 DE CETTE PLAQUE. APPLICATION NOTAMMENT A DES HAUT-PARLEURS DE PETITE TAILLE, NOTAMMENT POUR DES POSTES RADIO.

Description

i

Eléments piézoélectriques vibrants et transducteurs piézoélec-

triques électroacoustiques utilisant de tels éléments

La présente invention concerne un élément piézoélectri-

que vibrant ou oscillant possédant une plaque (ou un diaphrag-

me) piézoélectrique vibrante, utilisée pour un transducteur

électroacoustique et un transducteur piézoélectrique électro-

acoustique, dans lequel un tel élément piézoélectrique vibrant

est utilisé.

Les céramiques comprennent de nombreux matériaux nou-

veaux dignes d'attention. Entre autres on s'intéresse mainte-

nant beaucoup & une plaque piézoélectrique vibrante (ou un dia-

phragme) formée en un matériau céramique fortement piézoélec-

trique ayant un effet piézoélectrique et qui présente une ac-

tion excellente de conversion électromécanique ou mécanoélec-

trique. Dans de nombreux cas, la plaque piézoélectrique vibran-

te connue comporte une seule tôle mince, sur une face ou sur les deux faces de laquelle se trouvent déposés, en couches, une

ou plusieurs feuilles piézoélectriques constituées par un élé.-

ment circulaire mince d'un diamètre de 20 à 30 mm et d'un ma-

tériau céramique fortement piézoélectrique, constitué par du zirconium, du titanate de plomb, etc, et une surface formant électrode ménagée sur la surface de ladite plaque de manière

à réaliser une polarisation. La figure 12, annexée à la présen-

te demande, est une vue en coupe montrant le déplacement de ba-

se d'une plaque piézoélectrique vibrante 1 possédant la struc-

ture a trois feuilles et désignée comme étant bimorphe. Lors-

qu'une tension de signal e est appliquée entre les surfaces for-

mant électrodes des feuilles piézoélectriques 2a et 2b et une tôle 3, il apparaît des contraintes de dilation/de contraction

dans les feuilles piézoélectriques 2a et 2b, dans des sens op-

posés, et ces contraintes sont à leur tour transformées en con-

traintes de cisaillement agissant entre ces feuilles et la tôle 3, ce qui fait apparaît une force vibro-motrice verticale F.

Si le bord extérieur est supporté par un support 4, alors l'é-

lément 1 est soumis à un mode de vibration de référence sembla-

2569931.

ble à une lentille convexe et selon lequel la partie centrale vibre avec

l'anmplitude maximale. Le son sortant produit par une telle force vibro-

motrice F peut être utilisé pour les générateurs acoustiques de vibreurs

piézoélectriques, d'appareils produisant des indicatifs musicaux ou mélo-

dieux, de sonneries d'alarme, etc. Sinon, corne cela est illustré sur la figure 13 annexée & la présente demande, la plaque piézoélectrique vibrante 1 peut être logée dans un boîtier 10 et peut être réunie en son centre au sonmnet d'un radiateur acoustique 5, prévu pour son entraînement, de manière à constituer ainsi un haut-parleur de petites dimensions, etc.

Comme cela est bien connu dans la technique, une céra-

mique piézoélectrique possède un module d'élasticité sensible-

ment comparable & celui du cristal de quartz (E = 83 x 10 (N/m2)).

La plaque piézoélectrique vibrante 1 obtenue par le dépôt en

couches superposées de ces éléments minces sur la tôle 3 pos-

sède des propriétés physiques exprimées sous la forme d'une per-

te interne réduite et d'un facteur Q élevé (sensibilité à la résonance). Pour ces raisons, cette plaque possède un pic de résonance accusé et sa fréquence de résonance f0 est en général située dans la gamme des hautes fréquences entre environ 2 et 5 kHz. Cependant, étant donné que la céramique est fragile et qu'il est difficile de la réaliser sous une forme mince, il est

dans la pratique difficile de réduire la fréquence de résonan-

ce f0, et ceci n'est pas économique.

L'observation du phénomène de vibration de la plaque

piézoélectrique vibrante 1 à proximité de la fréquence de ré-

sonance révèle que, comme cela est représenté sur la figure 14

annexée à la présente demande, elle présente une caractéristi-

que d'amplitude constante (d1) dans la zone de rigidité en cours de déplacement, sur le côté des bassesfréquences par rapport

au pic de résonance f01 et une caractéristique de vitesse cons-

tante (v1) dans la zone de déplacement à inertie sur le côté des hautes fréquences. On considère alors le déplacement d'un haut-parleur de petites dimensions, représenté sur la figure 13,sur la base d'un schéma équivalent représenté sur la figure 15 annexée à la présente

demande. Alors les impédances mécaniques z1 et z0 de la plaque piézoélec-

trique vibrante 1 et l'émetteur ou radiateur acoustique en for-

me de cône 5 forment ensemble un circuit série. En outre l'im-

pédance z1 est nettement supérieure à zO' C'est pour ces rai-

sons que la vitesse v0 de déplacement dans le radiateur acous-

tique de forme conique 5 est entièrement régie par z1 de sorte

que le détachement de l'émetteur 5 est semblable a celui illus-

tré sur la figure 14.

Conformément à la théorie acoustique, lorsque l'on dé-

sire qu'un émetteur ou radiateur acoustique rayonne une pres-

sion acoustique constante dans une certaine bande dans un es-

pace libre, il est en principe nécessaire que le radiateur a-

coustique vibre à une vitesse constante. C'est pourquoi, en se

référant aux caractéristiques de pression acoustiques de rayon-

nement du haut-parleur classique de petites dimensions de la

figure 13, on obtient une pression acoustique relativement é-

levée sur le côté des hautes fréquences par rapport à la fré-

quence de résonance fo, mais sur le côté des basses fréquences, la pression acoustique de sortie chute fortement en fonction de la fréquence. Comme cela a été mentionné précédemment, étant

donné que la fréquence de résonance f0 de la plaque piézoélec-

trique vibrante est comprise entre environ 2 et 5 kHz, la tona-

lité du son reproduit devient mauvaise. Ceci est dû au fait que la zone à haute fréquence seule fait l'objet de contraintes et que la zone des basses fréquences est déficiente. En outre,

étant donné que les feuilles piézoélectriques 2a et 2b possè-

dent un facteur de qualité Q élevé, la fréquence de résonance f0 est associée à un pic de résonance accusé, et il se produit des réponses irrégulières avec l'apparition fréquente de

déformations correspondant à des harmoniques élevés,et le ni-

veau de pression acoustique de sortie chute dans les gammes des moyennes fréquences et des basses fréquences. Le haut-parleur obtenu n'a aucune utilisation générale. Afin d'obvier à de tels

inconvénients, il a été proposé jusqu'alors d'une part de ré-

duire f0 moyennant l'utilisation d'une plaque piézoélectrique

vibrante spéciale de grandes dimensions et d'autre part d'ap-

pliquer une résine visco-élastique sur la surface des feuilles

piézoélectriques 2a et 2b ou au voisinage dusuppart 4, de maniè-

re à réduire le facteur Q. Cependant ceci ne constitue qu'un moyen inefficace et on s'attend à ce qu'il soit peu efficace, Ceci est dû au fait que z1 est trop élevée et que la fréquence de résonance f01 se trouve à proximité de la limite supérieure

de la gamme audible (3 à 5 kHz). Pour l'essentiel il n'est ab-

solument pas possible de commander librement cette fréquence

à l'aide de moyens classiques.

Un premier but de la présente invention est de fournir

un élément piézoélectrique vibrant agencé de manière à accroî-

tre une pression acoustique de sortie dans une zone à basse

fréquence, moyennant l'utilisation d'une plaque piézoélectri-

que vibrante normale, qui possède des dimensions relativement faibles et est d'une fabrication aisée, ce qui permet de donner

une allure plate de la variation de la pression acoustique.

Un second but de la présente invention consiste à four-

nir un transducteur de type piézoélectrique moyennant l'utili-

sation d'un tel élément piézoélectrique vibrant, qui possède un niveau de pression acoustique de sortie comparable à celui du transducteur à bobine mobile du type à aimant permanent, fournit des caractéristiques acoustiques satisfaisantes dans une zone de reproduction de la gamme acoustique audible, sans

l'apparition de pics nuisibles, possède une forme plate et min-

ce et un poids réduit.

Un troisième but de la présente invention est de four-

nir un haut-parleur piézoélectrique destiné à être utilisé dans

une gamme étendue et qui inclut une pluralité d'élements piézo-

électriques vibrants et un radiateur acoustique de type coni-

que sur la pointe duquel ces éléments sont raccordés par l'in-

termédiaire des connecteurs associés, de manière à réaliser une superposition réciproque des forces vibro-motrices, lesdites

forces étant obtenues par division de la gamme de reproduction.

Afin d'atteindre l'objectif indiqué précédemment, la présente invention fournit un élément piézoélectrique vibrant,

dans lequel un poids est raccordé à proximité du sens de gra-

vité de la plaque piézoélectrique vibrante au moyen d'une cou-

che visco-élastique, de telle sorte que la force vibro-motrice

ou l'oscillation de déplacement de ladite plaque piézoélectri-

que vibrante est prélevée principalement sur le bord extérieur

de ladite plaque.

Conformément à la présente invention, il est également

prévu un haut-parleur piézo-électrique comportant une plurali-

té d'éléments piézo électriques vibrants, qui sont raccordés les uns aux autres au niveau de leurs extrémités périphériques par l'intermédiaire de connecteurs, l'un desdits éléments étant raccordé sur son bord périphérique directement à un radiateur acoustique de manière à lui transmettre une force vibro-motrice principalement dans une zone a haute fréquence, tandis que les

autres éléments, qui en sont voisins, produisent une force vi-

bro-motrice apte à être répartie entre des zones à moyenne fré-

quence et à basse fréquence, en vue de leur excitation.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente

invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise

en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 est un schéma équivalent de l'élément pié-

zoélectrique vibrant conforme à la présente invention;

- la figure 2 est un schéma équivalent dans lequel l'im-

pédance variable z2 de la figure 1 est représentée sous la for-

me d'éléments parallèles ayant une masse d'inertie m2 et des ré-

sistances visco-élastiques c2 et r2; - la figure 3 est une vue représentant concrètement la structure de base de l'élément piézoélectrique conforme à la présente invention;

- la figure 4 est un schéma caractéristique de l'élé-

ment piézoélectrique représenté sur la figure 3; - les figures 5a a 5f sont des vues montrant plusieurs formes de réalisation des éléments piézoélectriques vibrants,

dans chacun desquels un poids 7 est raccordé à une plaque pié-

zoélectrique vibrante par l'intermédiaire d'une couche visco-

élastique

- les figures 6a et 6b sont des vues montrant les élé-

ments piézoélectriques vibrants conformes à la présente inven-

tion, dans lesquels un tampon est inséré entre un poids ou une plaque piézoélectrique vibrante et un organe de fixation;

- la figure 7 est une vue en plan de la plaque piézo-

électrique vibrante, dont la partie périphérique est munie in-

térieurement d'une pluralité de fentes de subdivision;

- les figures 8 à 10 sont des vues montrant des exem-

ples de transducteurs électroacoustiques, dans lesquels l'élé-

ment piézoélectrique vibrant est utilisé; -

- les figures lla et llb sont respectivement une vue en coupe et une vue en plan d'exemples d'autres transducteurs

électroacoustiques, dans lesquels l'élément piézoélectrique vi-

brant de la présente invention est utilisé; - la figure 12, dont il a déjà été fait mention, est

une vue type montrant le déplacement de base de la plaque pié-

zoélectrique vibrante; - la figure 13, dont il a déjà été fait mention, est

une vue montrant la structure d'un haut-parleur de petites di-

mensions, dans lequel la plaque piézoélectrique vibrante de la figure 12 est utilisée; - la figure 14, dont il a déjà été fait mention, est

une vue montrant les caractéristiques de la plaque piézoélec-

trique vibrante de la figure 12;

- la figure 15, dont il a déjà été fait mention, repré-

sente un schéma équivalent du haut-parleur de petites dimen-

sions, de la figure 13;

- la figure 16 est une vue montrant les caractéristi-

ques du haut-parleur de petites dimensions de la figure 13;

- la figure 17 est une vue en coupe montrant un haut-

parleur piézoélectrique réalisé avec une pluralité d'éléments piézoélectriques vibrants;

- les figures 18 et 19 sont des schémas caractéristi-

ques illustrant les tensions de signal appliquées aux éléments

piézoélectriques vibrants situés dans le haut-parleur piézo-

électrique de la figure 17, et la pression acoustique synthé-

tisée des éléments;

- la figure 20 est une vue montrant un exemple du cir-

cuit de raccordement servant à produire les tensions de signal

devant être appliqué aux éléments piézoélectriques vibrants si-

tués dans le haut-parleur piézoélectrique de la figure 17;

- la figure 21A est une vue en coupe de l'élément pié-

zoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration d'ondes stationnairesde cet élément et qui montre une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 21B est une vue en plan illustrant l'autre mode de vibration de l'élément de la figure 21A; - la figure 22 est une vue montrant la caractéristique

de réponse en fréquence de l'élément de la figure 21A, par rap-

port aux caractéristiques d'éléments classiques;

- la figure 23A est une vue en coupe de l'élément pié-

zoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration d'on-

desstationnaireset qui représente une autre forme de réalisa-

tion de la présente invention; - la figure 23B est une vue en plan de la face arrière de la forme de réalisation de la figure 23A; - la figure 24A est une vue en coupe du haut-parleur

de forme cônique de type piézoélectrique réalisé avec l'élé-

ment piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibra-

tion d'ondes stationnaires et qui présente une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 24B est une vue en plan de la face arrière de l'élément de la figure 24A;

- la figure 25A est une vue en coupe montrant l'élé-

ment piézoélectrique vibrant de l'art antérieur; - la figure 25B est une vue en plan illustrant le mode de vibration de la figure 25A; - la figure 26 est une vue montrant la caractéristique

de réponse, qui est fournie par l'onde stationnaire de l'élé-

ment piézoélectrique vibrant de la figure 25A; - les figures 27 à 29 sont des vues en perspective et une vue en coupe montrant les parties formant l'élément piézoélectrique vibrant conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention;

- la figure 30 est une vue en coupe de l'élément piézo-

électrique vibrant, qui représente une autre forme de réalisa-

tion de la présente invention; - les figures 31 et 32 sont des schémas équivalents de

l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30 et d'une par-

tie de ce dernier;

- la figure 33 est une vue en coupe montrant le haut-

parleur en forme de cône de type piézoélectrique réalisé en utilisant l'élément piézoélectrique vibrant de la figure 30; - les figures 34 et 35 sont respectivement une vue en

coupe illustrant le mode de vibration de l'élément piézoélec-

trique de la figure 30 et une vue montrant les caractéristiques de réponse en fréquence de cet élément; et - la figure 36 est une vue en coupe montrant l'élément

piézoélectrique vibrant conforme a une autre forme de réali-

sation de la présente invention.

Ci-après on va décrire les formes de réalisation pré-

férées de la présente invention.

La présente invention a été mise en oeuvre avec le mode de vibration (attitude) d'une plaque piézoélectrique vibrante (ou d'un diaphragme). La vitesse de l'amplitude de déplacement de la plaque 1 sur son pourtour extérieur prennent les valeurs minimales dans le mode en forme de lentille convexe et prennent

les valeurs maximales dans le mode en forme de lentille conca-

ve. On s'est assuré expérimentalement qu'un tel mode de vibra-

tion peut être aisément contrôlé à l'aide d'une impédance varia-

ble z2, de manière à appliquer une charge au niveau du centre

de gravité.

La figure 1 est un schéma équivalent du système vibrant

oscillant, dans lequel z2 est introduite conformément à la pré-

sente invention. Le symbole z2 est inséré entre les points et b définis entre z1 et z0, constituant une charge pour ce sys_

tème, et ce système est agencé de manière à maintenir une vi-

tesse v0 aussi constante que possible, ladite vitesse étant appliquée à la charge z0 sous l'action d'une force vibro-motrice F1 induite proportionnellement à une tension de signal appliquée

e, par suite de la variation séquentielle de la réactance cor-

respondant àa la fréquence vibratoire.

Comme cela est indiqué sur la figure 2, z2 est repro-

duite sous la forme d'éléments parallèles possédant une masse d'inertie m2 et des résistances visco-élastiques r1 et r2, et son impédance peut être en général définie par Z1 zC z0 z2,

bien que cette impédance soit variable en fonction des condi-

tions requises comme par exemple la gamme de fonctionnement, la sensibilité de conversion, etc.

Cette forme de réalisation est représentée sur la fi-

gure 3. En se référant à un élément piézoélectrique vibrant 10

conforme à la présente invention, ce dernier possède une struc-

ture très simple, selon laquelle un poids 8 (m2) possédant une masse d'inertie m2 est réunie au point du centre de gravité (ou

se trouve à proximité de ce point) d'une plaque piézoélectri-

que vibrante, par l'intermédiaire de couches visco-élastiques

7 (c2, r2) qui sont placées sur un diaphragme qui est consti-

tué en principe par un disque désigné comme étant de type bi-

morphe ou unimorphe et dans lequel les feuilles piézoélectri-

ques 2a et 2b sont superposées en couches sur les deux faces

d'une plaque métallique 3 ou sur une face de cette dernière.

On va maintenant considérer le déplacement du pour-

tour extérieur 9 provoqué par l'application d'une tension de signal e entre les surfaces des électrodes 2a, 2b et la plaque

métallique 3. Dans une plage à bassesfréquences(dont les fré-

quences ne sont pas supérieures à 500 Hz), la plaque piézoélec-

trique vibrante est maintenue fortement dans sa partie centra-

le et prend le type en forme de lentille concave, si bien que le pourtour extérieur 9 vibre avec l'amplitude maximale, étant donné que z2 se comporte comme la réactance de masse (m2 sur la figure 2). Dans une gamme de fréquences moyennes (allant de 500 kHz à 3 kHz), les réactances respectives des résistances visco-élastiques c2, r2 et la masse d'inertie m2 se rapprochent d'une même valeur, avec un léger accroissement de z2 et une sup- pression graduelle de la contrainte de retenue, de sorte que la ligne tangentielle de vibration se déplace vers le pourtour extérieur, ce qui fournit une amplitude de valeur moyenne. Dans une plage de hautes fréquences (non inférieures à 3 kHz), z2 se comporte principalement comme la résistance élastique c2 et la résistance visqueuse r2, ce qui entraîne une réduction considérable de la contrainte de retenue et permet le passage

du mode de vibration au mode en forme de lentille convexe.

A la fréquence de résonance f01' la résistance vis-

queuse r2.produitalors un effet de freinage empêchant effica-

cement la formation de tout pic de résonance. La figure 4 il-

lustre les modes de vibration et les variations de z2 au niveau de trois points singuliers f00, f'01 et f01, parmi lesquels f00 est la fréquence de résonance d'un radiateur acoustique, f' ai est la fréquence de résonance résultant de l'addition de m2 constituant z2 à m1 de la plaque piézoélectrique 1 (d'environ 1 kHz), et f01 est la fréquence de résonance du mode en forme de lentille convexe de la plaque piézoélectrique 1. La courbe z0 sur la figure 4 est une courbe d'impédance au niveau du

point d'entraînement du radiateur acoustique, et chute forte-

ment à partir d'une fréquence moyenne jusqu'à f00' Il en résul-

te que l'entrainemnet du radiateur est facilité, ce qui facili-

tel'obtention de la vitesse de vibration V0 et augmente la par-

tie constituant la gamme à basse fréquence. Le déplacement pré-

cédent permet de commander le mode vibratoire de l'élément pié-

zoélectrique vibrant 10 à l'aide de l'impédance variable z2

raccordée au voisinage du point correspondant au centre de gra-

vité de l'élément et d'atténuer de façon substantielle la vi-

tesse vibratoire V0 et la pression acoustique de rayonnement P0 du radiateur acoustique, qui doivent être présentes sur le

pourtour extérieur 9, comme représenté sur la figure 4.

Une autre caractéristique importante de l'élément pié-

* zoélectrique vibrant du disque conforme à la présente inven-

tion réside dans le fait que, contrairement au procédé classi-

que dans lequel une perte de résistance importante est intro- duite dans un circuit vibratoire de manière àa atténuer les pics

de résonance et de manière à obtenir des caractéristiques pla-

tes, le mode vibratoire est commandé sous l'action d'une réac-

tance mécanique possédant une impédance variable et qui varie en fonction de la fréquence, de manière à fournir une vitesse

vibratoire approximativement constante. Par conséquent, en rai-

son de l'existence de pertes très réduites du circuit, le ren-

dement du transducteur est accru à un degré extrême.

Sur la figure 3, le poids 8 peut être constitué par une bille de plomb aplatie possédant un poids de 1 à 5 grammes, qui peut être subdivisée en deux parties destinées à être placées

sur les deux faces de la plaque piézoélectrique vibrante 1, com-

me cela est indiqué par des lignes formées de tirets. Les cou-

ches visco-élastiques 7 (c2, r2) peuvent être également cons-

tituées par des mélanges de différents caoutchoucs synthétiques

possédant des propriétés visco-élastiques invariables, suffi-

santes pour soutenir de façon stable le poids 8 pendant le dé-

placement, comme par exemple du caoutchouc butyle, du caout-

chouc uréthane et du caoutchouc au silicone, avec des additifs permettant de régler la visco-élasticité, ou bien des feuilles

en matériau mousse constituées par de tels composants. En réa-

lité étant donné qu'il est difficile de mesurer la valeur de

la visco-élasticité dynamique de ces matériaux, leur caractè-

re approprié doit être évalué expérimentalement. De toutes manières il est souhaitable de choisir un matériau possédant

une dépendance réduite vis-à-vis de la température.

La figure 5(a) ou 5(b) représente la vue en coupe d'une autre forme de réalisation, ans laquelle le poids 8 est réuni par l'intermédiaire de la couche visco-élastique 7 à la plaque piézoélectrique vibrante 1 de l'élément piézoélectrique vibrant conforme à la présente invention. Comme cela est illustré sur la figure 5(a), le poids 8 peut être réalisé sous la forme d'un fuseau tronqué, lorsque l'on tient compte de la stabilité au déplacement et de l'adhérence de cette forme, et peut être monté sur une plaque métallique de type unimorphe. Comme cela est illustré sur la figure 5(e), le poids 8 peut posséder une

forme tronconique, ce qui accroît la surface de contact effec-

tive de la couche visco-élastique 7 et abaisse son centre de gravité et par conséquent accroît sa stabilité. Sinon la figure 5(c) montre une autre forme de réalisation dans laquelle le poids 8 est réalisé- sous la forme d'un anneau et est fixé en

position au moyen d'une couche visco-élastique 7 de forme sem-

blable, ladite forme de réalisation étant conçue de manière a

être appliquée à un poids relativement important. En se réfé-

rant à la figure 5(e), on voit que le poids 8 est subdivisé en une partie principale 8a et en une partie secondaire annulaire 8b, qui sont maintenues en position concentriquement à l'aide de couches viscoéladtiques 7a et 7b, de manière à empêcher l'apparition d'ondes stationnaires à l'extérieur de la partie principale 8a. En se référant à la figure 5(f), on voit que le

poids 8 et des couches visco-élastiques 7 sont disposés en cou-

ches alternées les uns sur les autres selon un mode subdivisé, de manière disperser l'effet de masse, ce qui permet le mode oscillatoire et, à obtenir une caractéristique de planéité dans

la gamme de déplacements. En se référant finalement à la figu-

re 5(f), on voit qu'un tube mince 3(a) est disposé verticale-

ment sur la plaque métallique 3 et que sur ce tube se trouve

monté un poids tubulaire 8c, alors qu'une couche visco-élasti-

que tubulaire 7c est insérée entre ce poids tubulaire et le tu-

be afin de mettre à profit la contrainte de glissement, de ma-

nière à faire face à une amplitude conséquente.

Si cela est nécessaire, on peut insérer des tampons a-

mortisseurs 16, 28 tels que ceux constitués par des mousses de caoutchouc uréthane à simple expansion, entre le poids 8 ou le diaphragme piézoélectrique 1 et un organe de fixation 18 tel qu'un cadre de hautparleur, comme cela est représenté sur

les figures 6(a) et 6(b), afin de supprimer les vibrations pa-

rasites. D'une manière gnéérale la plaque piézoélectrique 1 peut être réalisée sous la forme d'un anneau. Mais, conformément à la présente invention, la plaque piézoélectrique vibre selon le mode de base en forme de lentille concave, si bien qu'une contrainte de dilatation/contraction apparait principalement sur les bords extérieurs, ce qui empêche la déformation de ce diaphragme. Ceci est la cause d'un accroissement de f01 et par

conséquent de z l. A cet effet ce disque est réalisé par décou-

page avec l'aménagement d'un nombre approprié (6 à 8) de fentes radiales 24 dans son pourtour, tandis que la partie centrale 29,

dans laquelle un matériau visqueux est avantageusement intro-

duit, est conservée intacte. Ceci est efficace par le fait que, lors de laconstruction d'un appareillage de petites dimensions, tels que des microphones, des petits récepteurs, etc, grâce à l'application de la présente invention, z1 peut être réduite à

un degré extrême, ce qui entraîne des réductions des constan-

tes vibratoires du poids 8(m2) et des couches visco-élastiques

( 2' r2), ce qui conduit à des améliorations dans la sensibi-

lité de conversion et à une extension de la gamme de fonction-

nement. Dans ce cas les surfaces formant électrodes des fentes

2 sont raccordéess à la partie centrale 23 de sorte que la ré-

ception d'une tension de signal est aussi simple que dans le

cas d'un disque normal.

Ci-après, on va se référer maintenant à une forme de

réalisation du transducteur électroacoustique, dans lequel l'é-

lément piézoélectrique vibrant 10 conforme à la présente inven-

tion est utilisé. Sur la figure 8 on a représenté la forme de

réalisation la plus typique d'un tel transducteur. Un radia-

teur acoustique 11 (m2) possédant la forme d'un dôme est sup-

porté de façon à pouvoir osciller sur un bottier extérieur 14, par l'intermédiaie d'un bord annulaire ondulé (c0, r0), le bord extérieur de l'élément 10 étant réuni au niveau de la zone de jonction 13 entre cet élément 10 et ce bord 12. Une tension de signal e est alors appliquée à une borne en vue de réaliser

la commande. Préalablement, en tenant compte de la masse effec-

tive m2 de l'élément piézoélectrique vibrant 10, on détermine une compliance du bord (co0), et la fréquence de résonance fo0

du radiateur acoustique 11 en forme de dôme est fixée à envi-

ron 200 à 300 Hz. Dans le cas d'une ouverture supérieure à une

ouverture moyenne (50 à 100 mm), on peut insérer un tampon élas-

tique conformé 16 entre le poids 8 et la base du carter exté-

rieur 14, à des fins secondaires. Ceci correspond à c3, r8 sur la figure 8(a) et supprime une amplitude excessive du poids 8

m2 dans une gamme de basses fréquences, afin d'éliminer les vi-

brations parasites, ce qui apporte une contribution à la sta-

bilisation.

Cette forme de réalisation est préférable en tant que haut-

parleur étanche à la pluie et pour l'équipement extérieur d'in-

terphones, d'alarmes à synthèse sonore, et analogues.

La figure 9 représente une forme de réalisation simpli-

fiée, dans laquelle la plaque piézoélectrique vibrante est uti-

lisée directement en tant que radiateur sans avoir recours à un quelconque radiateur spécifique existant, ladite forme de réalisation étant principalement conçue pour être utilisée dans

des ensembles combinés d'émetteurs/récepteurs téléphoniques.

Etant donné que la gamme de transmissions pour les circuits té-

léphoniques est de l'ordre de 300 Hz à 3,5 kHz, cette gamme peut être formée de la manière suivante. Par exemple on fixe un bord annulaire ondulé 17 au bord extérieur 9 de la plaque métallique 3 de la plaque piézoélectrique vibrante de manière à obtenir une compliance pour co0 et une fréquence de résonance

faible f00 égale à environ 300 Hz. D'autre part la première fré-

quence de résonance f01 du mode en forme de lentille convexe de la plaque piézoélectrique vibrante 1 est déterminée comme étant égale à environ 3 kHz, avec un réglage précis réalisé à

l'aide d'un circuit acoustique monté au verso. Un filtre passe-

bas avec une fréquence d'environ 3,5 kHz est formé par la capa-

cité d'une chambre avant 20 et l'inertance d'une ouverture 19 ménagée dans un capuchon 18, de manière à supprimer les sondes harmoniques élevées inutiles. Un tampon en forme d'éponge 16 (r3) est introduit entre le poids 8 et la face inférieure du boîtier extérieur 14 et sert & régler la commande du type vi- tesse et à empêcher toute altération aux basses fréquences, qui sinon, pourrait se produire lorsque le contact d'écouteur avec

l'oreille n'est pas satisfaisant, ce qui améliore la netteté.

La forme de réalisation de la figure 9 peut être utilisée es-

sentiellement directement pour des microphones de téléphones.

Dans ce cas, on peut monter dans la chambre arrière 22 un am-

plificateur a circuits intégrés et un élément absorbant les sur-

tensions, afin d'accroître le niveau des appels. On comprendra

que ces éléments peuvent être montés extérieurement. Cette for-

me de réalisation est d'une fiabilité et d'une commodité d'uti-

lisation plus grandes et est moins bruyante, par rapport aux

récepteurs classiques au carbone.

La forme de réalisation de la figure 10 est en général

celle d'un.haut-parleur du type conique, dans lequel un radia-

teur acoustique de type conique 25 est formé par moulage d'une

feuille obtenue lors de la fabrication du papier ou bien for-

mé par une feuille plastique et réunis de façon à pouvoir os-

ciller à un cadre 27 par l'intermédiaire d'un bord annulaire ondulé 26. L'élément piézoélectrique vibrant est réuni, sur le bord extérieur 9, à la jonction 28 entre la partie supérieure du radiateur 25 et un dôme 29 et une tension de signal e est

appliquée à sa borne de manière à commander le radiateur 25.

Ce haut-parleur est utilisable de préférence dans des postes radio de poche de petites dimensions, des magnétophones du

type à cassettes, etc, dans le cas o une tension leur est ap-

pliquée par un petit transformateur auto-élévateur de faibles dimensions, étant donné qu'il peut être réalisé avec un poids léger et une forme mince d'un ordre de grandeur ne dépassant pas 10 mm. Le haut-parleur peut être également remplacé par des haut-parleurs du type à aimants permanents, dans le cas o il

souhaitable d'éviter toute fuite du flux magnétique.

Dans la forme de réalisation de la figure 11, un radia-

teur acoustique 30 est constitué par une plaque plane en forme de mousse semi-rigide constituée par de la mousse de styrène, etc. Le radiateur acoustique 30 peut posséder la forme rectan- gulaire (possédant un rapport longueur/largeur d'environ 4 à 3), l'extrémité marginale étant bloquée sur un cadre 32 par

l'intermédiaire d'un organe mou en forme de mousse 31. Le cen-

tre Q de l'élément piézoélectrique vibrant 10 est fixé en po-

sition en un emplacement donné sélectionné, pour lequel les distance Rjusqu'au niveau des bords d'extrémité du radiateur diffèrent de préférence suivant la direction angulaire, de

telle sorte que des ondes stationnaires apparaissant fréquem-

ment sur une fréquence spécifiques sont dispersées. On compren-

dra que l'élément piézoélectrique vibrant 10 est monté dans une ouverture du radiateur acoustique 30 et y est fixée sur son

pourtour. La sensibilité et la qualité acoustique de ce haut-

parleur simple sont inférieures à celles du haut-parleur de ty-

pe conique tel que représenté sur la figure 10. Cependant il convient mieux pour être utilisé dans un générateur acoustique

simple devant être monté dans des instruments de musique élec-

troniques ou dans des jouets.

Comme cela a été mentionné précédemment, l'élément pié-

zoélectrique vibrant selon les formes de réalisation de la pré-

sente invention possède un poids qui est réunit au voisinage

du centre de gravité d'une plaque piézoélectrique par l'inter-

médiaire d'une couche visco-élastique. Dans une gamme de sons graves, ce poids agit en tant que masse d'inertie, si bien que le diaphragme piézoélectrique est soumis à une forte contrainte

au niveau de sa partie centrale, et prend par conséquent le mo-

de en forme de lentille concave, les bords les plus extérieurs vibrant à une amplitude maximale, ce qui produit une pression

acoustique supérieure dans cette gamme. Dans une gamme de hau-

tes fréquences la présence de la couche visco-élastique contri-

bue à réduire la valeur de la contrainte appliquée a la partie

centrale de la plaque piézoélectrique, de sorte que la fréquen-

ce du signal augmente et que cette plaque est entraînée avec

la vitesse constante désirée. En outre la vibration est limi-

tée au niveau de la fréquence de résonance de la plaque piézo-

électrique, par la résistance visqueuse de la couche visco-élec-

trique, qui a pour effet que l'on obtient une pression acous-

tique de sortie plate, dans une gamme allant des basses fré-

quences aux fréquences élevées. A cela s'ajoute le fait que les pertes du circuit sont réduites ou limitées, de sorte que l'on

obtient une conversion électricité-son efficace.

On va maintenant expliquer d'autres formes de réalisa-

tion de l'invention en référence aux figures 17 à 20.

La figure 17 est une vue en coupe montrant un haut-par-

leur piézoélectrique constitué par une pluralité d'éléments pié-

zoélectriques vibrants conformes à la présente invention. Comme cela est illustré sur chacune des figures 17 à 20, les éléments piézoélectriques vibrants 51, 55 et 59 comportent chacun des poids 53, 57 et 61 qui sont réunis au voisinage du centre de gravité par l'intermédiaire de couches visco-élastiques 52, 56

et 60, de manière à former des éléments piézoélectriques vi-

brants composites du type à serrage central. L'élément médian 51 est réuni sur l'extrémité périphérique 63 directement à la partie supérieure 3 d'un radiateur acoustique du type en forme de cône 67 constitué par exemple par du papier. Le bord le plus

extérieur du radiateur 67 est réuni avec possibilité de pivo-

tement en 62 à un bord élastique ondulé 62 et est soutenu dans

sa totalité.

Les éléments piézoélectriques vibrants extérieurs 55 et 59 ont leurs extrémités périphériques respectives réunies d'un seul tenant au pourtour extérieur de l'élément médian 51 par l'intermédiaire des connecteurs associés 54 et 58. Le poids le plus en arrière 57 est monté lâche au centre dudit élément grâce à un connecteur visco-élastique 64, tandis que le poids

61 est réuni de façon lâche à 53 par l'intermédiaire d'un con-

necteur 65. Les éléments en forme de diaphragmnespiézoélectri-

ques respectifs, qui sont utilisés, peuvent être soit du type unimorphe, soit du type bimorphe. Cependant on notera que la forme de réalisation représentée est du type unimorphe, les forces électromotrices étant en phase. Les connecteurs 54 et 58 sont constitués en un matériau qui est élastique, possède une résistance visqueuse et une masse réduite et possèdent des pertes de transmission réduites dans différentes gammes. Sinon ces connecteurs peuvent être constitués par exemple par un caoutchouc synthétique tel que du caoutchouc au chloroprène,

du caoutchouc butyle, etc, et peuvent posséder une forme rec -

tangulaire ou une forme cylindrique. Un réseau circulaire d'en-

viron 6 à 8 de ces cylindres disposés et collés sur le bord pé-

riphérique de chaque élément piézoélectrique vibrant 55 ou 59,

à des intervalles réguliers. Le coefficient requis de transmis-

sion est déterminé en tenant compte de la dureté du caoutchouc ainsi que de la surface en coupe transversale, de la longueur

et du nombre des petits cylindres.

On suppose maintenant que des tensions de signal el, e2

e3 devant être appliquées aux éléments en forme de diaphragmes -

piézoélectriques 51, 55 et 59 sont réparties,comme cela est re-

présenté d'une manière générale sur la figure 18-, ce qui cor-

respond à des gammes subdivisées de fréquences, et le niveau de tension devant être appliqué est prédéterminé de manière qu'il satisfasse à la relation e1 < e2 <e3, en tenant compte

des pertes de transmission intermédiaire. Comme cela est repré-

senté d'une manière générale sur la figure 19, les éléments pié-

zoélectriques vibrants 51, 55 et 59 se partagent des gammes de

fréquences élevées, de fréquences moyennes et de basses fré-

quences, définies entre f1-f2, f2-f3 0 fc respectivement, ce qui a pour effet que l'on obtient des propriétés de pression acoustiques engénéral plates en tant que pression acoustique

de rayonnement p0,O et l'on obtient des améliorations de la sen-

sibilité de conversion. On notera que, dans le haut-parleur pié-

zoélectrique de type composite conforme à la présente invention,

les oscillations parasites apparaissant dans la plage des fré-

quences moyennes sont absorbées par les différents composants

résistifs possédant les impédances combinées K1 et K2 des con-

necteurs 64 et 65, à un degré tel que ces oscillations sont ré-

duites de façon substantielle.

Dans ce qui suit, on va maintenant se référer au pro- cessus servant à produire les tensions de signal el, e2 ete3 devant être appliquées aux éléments piézoélectriques vibrants

51, 65 et 69 représentés sur la figure 22. Etant donné que cha-

que élément piézoélectrique possède habituellement une capaci-

té d'environ 0,1 F et une réactance d'environ 15 k pour 1 kHz, l'impédance de z0 de la bobine primaire peut être adaptée de

manière à posséder la valeur de 8XL habituelle grâce à l'uti-

lisation d'un transformateur auto-élévateur T1 possédant un rap-

port d'enroulements égal a environ 1:10, comme cela est repré-

senté sur la figure 20, ce qui a pour effet que les tensions

de signal e1, e2 et e3 sont obtenues en tant que tensions se-

condaires par rapport à la tension primaire e0 du transforma-

teur auto-élévateur T1.

On va maintenant expliquer une autre forme de réalisa-

tion de la présente invention en référence aux figures 21 à 26.

La figure 21A est une vue en coupe montrant l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration en ondes stationnaires, et la figure 21B est une vue illustrant

le mode de vibration de cet élément.

Comme cela est représenté sur la figure 21A, le radia-

teur acoustique piézoélectrique est du type unimorphe, dans le-

quel une plaque piézoélectrique 101 est appliquée sur une feuil-

le métallique mince 102. Le radiateur acoustique piézoélectri-

que comporte un poids principal 104 fixé sur son axe central

A-A' par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique 103. In-

dépendamment du poids principal 104, un poids auxiliaire 108 est fixé par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique 107 sur l'axe excentré C-C' distant de l'axe A-A" d'une distance r1. Dans ce cas le poids auxiliaire 108 peut être fixé à la plaque piézoélectrique dans le même plan que le poids principal 104. Sinon il peut être fixé à la plaque piézoélectrique dans le plan situé à l'opposé du poids principal 104, comme cela est représenté sur la figure 21A. Si le poids auxiliaire 108 est fixé par l'intermédiaire de la couche visco-élastique 107 à la partie correspondant à la partie crête-à-crête de la vibration

en ondes stationnaires, l'excès de la vibration en ondes sta-

tionnaires est absorbé par la résistance visco-élastique de la

couche visco-élastique 107. La figure 22 représente des cour-

bes de réponse en fréquence en rapport avec une vitesse vl.Com-

me cela est visible avec la courbe en trait plein a, une vibra-

tion inutile en ondes stationnaires est atténuée de façon plus efficace que dans le cas de l'art antérieur représenté par une courbe formée de tirets b. De façon appropriée, la distance r1 entre l'axe central A-A' et l'axe excentré C-C' du radiateur

acoustique piézoélectrique est égale à environ 70-80 % du ra-

yon r0 de ce dernier, et la valeur du poids auxiliaire 108 est égale à environ la moitié de celle du poids principal 104,

c'est-à-dire habituellement à environ 1,2 gramme.

La figure 23A est une vue en coupe montrant l'élément piézoélectrique vibrant utilisé pour supprimer la vibration en

ondes stationnaires des éléments piézoélectriques vibrants con-

formément à une autre forme de réalisation de la présente in-

vention, et la figure 23B est une vue en plan montrant la face

arrière de cet élément.

Comme cela est représenté sur la figure 23A, sur la fa-

ce extérieure du radiateur piézoélectrique acoustique, un poids

principal 104 est fixé sur l'axe A-A' au moyen d'une couche vis-

co-élastique 103. Sur la face arrière, un poids de type annu-

laire 110 est fixé par l'intermédiaire d'une couche visco-élas-

tique 109 possédant une forme essentiellement similaire, ledit

poids possédant un rayon r2. Dans ce cas le poids de type an-

nulaire 110 peut être fixé à la plaque piézoélectrique vibrante dans le même plan que le poids principal 104. Sinon il peut

être fixé à la plaque piézoélectrique vibrante dans le plan op-

posé au poids principal 104, comme représenté sur la figure 23A.

Lorsque le rayon r2 du poids en forme d'anneau 110 est

choisi de telle sorte qu'il soit situé dans la partie corres-

pondant à la partie crête-à-crête de l'onde stationnaire f2 pos-

sédant la demi-longueur d'onde (>/2) représentée par une ligne formée de tirets sur la figure 23A, la vibration de référence f2 est transformée en f'2 par suite de l'effet d'absorption de la couche visco-élastique 109, si bien que la vitesse v1 de la

vibration de sortie sur l'extrémité extérieure 105 est accrue.

Il en résulte que le niveau du creux profond de f2 de la cour-

be a représentée sur la figure 22 s'abaisse. De façon similaire

un pic de f1 est abaissé. Lors du fonctionnement de longue du-

rée, la courbe a est aplatie et comme cela est représenté par

la courbe b sur la figure 22.

La figure 24A est une vue en coupe du haut-parleur à

cône de type piézoélectrique réalisé en utilisant l'élément pié-

zoélectrique vibrant employé pour supprimer la vibration d'on-

des stationnaires et qui représente une autre forme de réali-

sation de la présente invention, et la figure 24B est une vue

en plan de la face arrière de cet élément.

En se référant à la figure 24A, on voit que la partie d'extrémité extérieure 105 de l'élément piézoélectrique vibrant

de la présente invention, auquel le poids auxiliaire 108 repré-

senté sur la figure 21A est ajouté, est réuni au rebord du som-

met d'un radiateur acoustique du type en forme de cône 11, et une partie formant ouverture du radiateur 111 est soutenue et

fixée a une partie fixe 113 par l'intermédiaire d'un bord élas-

tique 112, ce qui réalise un haut-parleur de forme conique de type piézoélectrique. En principe le poids principal 104 peut être situé sur l'axe central A-A'. Mais dans certains cas il est préférable que le poids 104 soit disposé sur l'axe B-B', qui est légèrement excentré par rapport à l'axe central A-A',

* d'une valeur S, afin de réduire la vibration d'ondes station-

naires, qui est produite régulièrement. Lorsque S est en excès,

c'est une vibration non uniforme qui est au contraire induite.

Par conséquent il est préférable que S soit limitée au maximum à environ 2-3 mm. D'autre part si le poids auxiliaire 108 est

disposé sur un axe C-C' qui est proche de l'extrémité extérieu-

re 105 en étant à une distance r1 de l'axe A-A', la vibration

d' ondes stationnaires est réduite d'une manière plus effica-

ce par suite de l'effet synergique des poids principal et au-

xiliaire 104 et 108 qui sont légèrement excentrés l'un par rap-

port à l'autre.

Avec le haut-parleur en forme de cône du type piézo-

électrique ainsi réalisé, lorsqu'une tension de signal e est

appliquée entre la plaque piézoélectrique 101 et la feuille mé-

tallique mince 102, à partir de l'extérieur, il apparaît sur

l'extrémité extérieure 105 de la plaque piézoélectrique vibran-

te, une force vibromotrice F1 servant à entrainer le radiateur 111 à une vitesse v1, de sorte qu'une pression acoustique de

rayonnement P0 est produite dans la direction avant. Par con-

séquent il est possible de réaliser un haut-parleur en forme

de cône piézoélectrique possédant des caractéristiques amélio-

rées de sensibilité de conversion et de réponse en fréquence.

Comme cela a été mentionné précédemment, la présente invention fournit un procédé visant à supprimer la vibration d' ondes stationnaires de l'élément piézoélectrique vibrant, par le fait qu'un poids principal est fixé autour de la partie

centrale d'un radiateur acoustique piézoélectrique par l'inter-

médiaire d'une couche visco-élastique et qu'un poids auxiliaire est situé à l'intérieur de l'extrémité extérieure d'une plaque

piézoélectrique vibrante, ce qui produit un système de vibra-

tions dissymétrique. Par conséquent la vibration en ondes sta-

tionnaires apparaissant dans la plaque piézoélectrique vibrante

peut être réduite d'une manière plus efficace.

On va maintenant expliquer d'autres formes de réalisa-

tion de la présente invention en référence aux figures 27 à 36.

Les figures 27 à 29 inclusivement sont respectivement

des vues en perspective et une vue en coupe montrant des par-

ties constituant une autre forme de réalisation des éléments

piézoélectriques vibrants conformes à la présente invention.

La figure 27 représente un exemple d'un type unimorphe de ra-

diateurs acoustiques piézoélectriques 116, qui comporte une

feuille métallique mince 117, sur une face de laquelle est ap-

pliquée une plaque piézoélectrique 119 munie d'une électrode.

Le radiateur acoustique 116 comporte une petite ouverture 118

au voisinage de la partie centrale. En outre la partie inté-

rieure 120b du radiateur acoustique 116, voisine de la petite ouverture 118, comporte également une partie isolante allongée ne comportant aucune surface formant électrode, de manière à empêcher toute décharge le long de la surface sous l'effet d'une tension de signal appliquée. La figure 28 représente un siège-entretoise 121 agissant en tant qu'organe viscoélastique et qui est constitué en un matériau visco-élastique tel que du

caoutchouc mousse, par exemple du caoutchouc uréthane, possé-

dant une épaisseur d'environ 0,8 à 1 inm, et comporte sur ses

deux faces, des couches formant peau 123 (formées selon le pro-

cédé de moussage). La figure 29 représente un poids 124 du type en forme d'altère qui est formé par la réunion réciproque de

poids semicirculaires 125a et 125b de même valeur, par l'inter-

médiaire d'une tige de liaison 126. Par exemple ce poids pour-

rait être constitué par une bille de plomb possédant un poids

total d'environ 2 grammes.

En se référant à la figure 30, on y voit représentée une vue en coupe de l'élément piézoélectrique vibrant, qui est une forme de réalisation de la présente invention. Cet élément est constitué par les parties telles que représentées sur les

figures 27 à 29. En se référant à l'ordre de montage, deux siè-

ges-entretoises 121 sont disposés sur la petite ouverture 118

prévue au voisinage de la partie centrale du radiateur acous-

tique piézoélectrique 107 et sur les deux faces de ce dernier.

Ensuite on insère la tige de liaison 126, à laquelle l'un des

poids 125a est fixé, à travers les petites ouvertures 122 mé-

nagées dans les sièges-entretoises 121, et on l'introduit dans l'autre poids 125b de manière à raccorder étroitement les deux poids 125a et 125b au moyen de cette tige 126. On notera qu'un agent de liaison en forme de caoutchouc au silicone RTV liquide

est appliqué sur chacune des surfaces de jonction afin d'empê-

cher tout bruit de cliquetis,.et la tige de liaison 126 ne peut

pas venir en contact avec la petite ouverture 118.

Ci-après on va expliquer le fonctionnement de l'élément

piézoélectrique vibrant de la figure 30.

Lorsqu'une tension de signal e est appliquée entre la feuille métallique mince 117 et la plaque piézoélectrique 119, à partir de l'extérieur, il apparaît une force de dilatation/ 1o contraction correspondant à la tension e appliquée, dans la

plaque piézoélectrique 119, par suite de l'effet piézoélectri-

que, de sorte que cette force est transformée par rapport à la

feuille 117 en raison de la contrainte de cisaillement résul-

tante. Mais, conformément à la présente invention, en raison de l'impédance mécanique résultant de la.présence du poids 124

et des sièges-entretoises 121 constitués en un matériau visco-

élastique et ajoutés autour de la partie centrale du radiateur acoustique piézo-électrique 116 et retenus au voisinage de la

partie centrale de ce dernier, le radiateur acoustique piézo-

électrique est soumis à la vibration de référence conformément au mode de vibration en forme de lentille concave, comme cela est indiqué par une ligne formée de tirets sur la figure. Une

force vibro-motrice F1 est alors prélevée de l'extrémité exté-

rieure 127 du radiateur 116 qui vibre avec l'amplitude maxima-

le de manière à entrainer le système vibratoire à la vitesse v1* On va expliquer de façon plus claire le fonctionnement d'un tel système d'entraînement en se référant aux figures 31

et 32 montrant des schémas équivalents.

C'est-à-dire qu'une impédance Z1 (m1, c1, r1), qui re-

présente le radiateur acoustique piézoélectrique 116, forme un circuit série direct avec une impédance de contraintes Z2 (m2, c2, r2) incluant le poids 124 (m2) et les sièges-entretoises

(c2, r2), a une vitesse v en association avec la force vibro-

motrice F2 de Z1 est commandée par Z2. Etant donné que les élé-

ments internes comprennent des éléments parallèles-série com-

prenant une masse m2, une compliance c2 et une résistance vis-

queuse r2, comme représenté sur la figure 32, la réactance de la masse intervient en tant que partie principale dans la contrainte à laquelle est soumise le radiateur acoustique pié- zoélectrique 116 au voisinage de sa partie centrale, dans une gamme de basses fréquences, si bien que l'extrémité extérieure 127 du radiateur vibre avec une amplitude supérieure. Mais, dans les gammes à fréquences moyennes ou à hautes fréquences, le degré de ladite contrainte est réduit principalement par la compliance c2, avec pour effet que l'extrémité extérieure 127

vibre avec une amplitude plus faible. Par conséquent la vites-

se v1 est commandée en réponse à la fréquence de fonctionnement,

ce qui rend possible d'entraîner la charge Z0 raccordée aux bor-

nes x-y de Z2, a une vitesse de v0 approximativement constante.

La figure 33 est une vue en coupe du haut-parleur en forme de cône du type piézoélectrique constitué en utilisant

les éléments piézoélectriques vibrants tels que mentionnés pré-

cédemment. Dans le haut-parleur en forme de cône de type piézo- électrique représenté, l'extrémité extérieure 127 du radiateur acoustique

piézoélectrique 116 est réunie au rebord du sommet d'un radiateur acoustique en forme de cône 128 (m0) possédant

des dimensions appropriées et dont le bord extérieur est réu-

ni à un organe fixe 130 par l'intermédiaire d'un bord élasti-

que 129 (c0, r0). Si le radiateur acoustique du type en forme

de cône est alors entraîné à une vitesse constante vo0, une puis-

sance acoustique constante P0 est en principe irradiée vers l'a-

vant. Dans le schéma équivalent de la figure 31, on voit que l'impédance Z0 (mo0, c0, r0) du radiateur acoustique du type en

forme de cône 128 est raccordée aux bornes x et y de l'impé-

dance de contrainte Z2 (mi2, c2, r2).

La figure 34 est une vue en coupe illustrant le mode vibratoire de l'élément piézoélectrique vibrant de la figure

30. Dans l'élément piézoélectrique représenté, le radiateur a-

coustique piézoélectrique 116 est un produit stratifié consti-

tué par la plaque piézoélectrique 119 et la feuille métallique mince 117. Pour cette raison, il se produit une vibration en ondes stationnaires en plus de la vibration de référence, ce qui est dû au fait que ce qu'on appelle la sensibilité Q à la résonance est élevée. Par exemple une pluralité de vibrations d'articulations telles que fl à f3 représentées par la ligne formée de tirets sur la figure 34 apparaissent dans une gamme de basses fréquences et la réponse en fréquence obtenue de la

vitesse v1 de l'extrémité extérieure 127 du radiateur acousti-

que piézoélectrique 116 est représentée par une courbe en trait

plein sur la figure 35, de sorte que des caractéristiques si-

nusoidales remarquables avec un maximum et un minimum apparais-

sent d'une manière prédominante dans une gamme de basses fré-

quences. Par conséquent on peut ne pas préférer utiliser ce ra-

diateur à des haut-parleurs, étant donné que la réponse en fré-

quence est perturbée, avec une altération de la qualité sonore.

D'autre part il faut ici voir que les vibrations d' ondes sta-

tionnaires des articulations mentionnées ont un effet important sur des réductions de l'impédance dynamique du radiateur 116 et sur les accroissements de la sensibilité de conversion de ce dernier. Par conséquent les vibrations des articulations ne

devraient pas être supprimées de façon inconditionnelle. Con-

formément à la présente invention, la vibration d"ondes sta-

tionnaires est absorbée en fonction de l'action d'amortisse-

ment de la résistance visqueuse r2 des deux sièges-entretoises 121, comme cela est représenté sur la figure 30. Par conséquent le choix du matériau constituant les sièges-entretoises 121 est difficile. D'une manière appropriée, ce matériau possède une

résistance dynamique visqueuse et doit posséder un faible coef-

ficient de température et subir seulement une faible influence

de la part de variations de la température extérieure. Cepen-

dant il existe seulement un nombre limité de matériaux possé-

dant un coefficient stable de visco-élasticité. Comme résultat d'études expérimentales effectuées par le présent inventeur, il s'est avéré qu'un matériau satisfaisant est une masse sous forme de mousse d'un matériau synthétique à base de caoutchouc

butyle, possédant une épaisseur d'environ 0,8 a 1 mm et de mous-

ses fines insérées dans ce matériau. Un matériau plus satisfai-

sant est un matériau possédant une peau au niveau de sa surfa-

ce. Cependant même la masse en forme de mousse en caoutchouc

butyle mentionnée ci-dessus présente des caractéristiques vis-

co-élastiques insuffisantes dans les conditions sévères de tem-

pérature. La figure 36 est une vue en coupe montrant une autre

forme de réalisation de l'élément piézoélectrique vibrant con-

forme à la présente invention. Le radiateur acoustique piézo-

électrique représenté 116 possède une structure semblable à cel-

le de la figure 30. Le radiateur 116 comporte, autour de sa par-

tie centrale, une petite ouverture 118, des deux côtés de la-

quelle se trouvent empilés en couches deux sièges-entretoises en forme de cacoes 130a et 130b à base de caoutchouc, de manière

à définir ainsi deux petites chambres 132a et 132b. Les cham-

bres 132a et 132b peuvent communiquer l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un espace rétréci 134 défini par une tige 131 servant à relier deux poids l'un à l'autre d'un seul tenant, et par la circonférence de la petite ouverture 118. Chacune des chambres 132a et 132b est remplie par de l'huile au silicone 133 (possédant une viscosité dynamique égale à environ 1000 cP),

qui est une huile visqueuse: c'est pour cette raison que l'hui-

le au silicone 133 peut circuler en alternance entre les cham-

bres supérieure et inférieure 132a et 132b, en passant par l'es-

pace rétréci 134. Dans cette forme de réalisation, on utilise

la résistance visqueuse de cette huile lorsqu'elle s'écoule.

Il est alors possible d'obtenir à volonter la résistance vis-

queuse requise dans une gamme plus étendue, en commandant la

viscosité de l'huile au silicone 133 et l'espace rétréci 134.

En outre, étant donné que l'huile au silicone 133 est une subs-

tance stable comme cela est exprimé par sa viscosité dynamique, sa dépendance vis-a-vis de la température est comparable

à celle de l'eau pure. Par conséquent cette huile est plus sta-

ble, du point de vue de sa viscosité, que le caoutchouc butyle

mentionné précédemment, et résiste a des conditions extérieu-

res sévères de température.

Dans l'élément piézoélectrique vibrant selon la forme de réalisation qui a été mentionnée précédemment, deux poids

sont réunis l'un a l'autre par l'intermédiaire de couches visco-

électriques associées, au moyen d'une tige de liaison s'éten-

dant à travers une petite ouverture ménagée autour de la par-

tie centrale d'une plaque piézoélectrique vibrante de manière à appliquer une contrainte de retenue à la partie sensiblement

centrale de cette plaque. Par conséquent on obtient une vibra-

tion stable,même lorsque la température extérieure varie. En outre l'assemblage est suffisamment aisé pour que l'on puisse

fabriquer des produits hautement fiables à un coût réduit.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Elément piézoélectrique vibrant, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque piézoélectrique vibrante (1) et un poids (8) raccordé a proximité du centre de gravité de cette plaque par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique (7), et que la force vibro-motrice de ladite plaque piézoélectrique vibrante (1) est prélevée au niveau du bord extérieur de cette plaque. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce

que ladite couche visco-élastique (7) est constituée en un ma-

tériau se présentant sous la forme d'une fine mousse, comme par exemple du caoutchouc butyle, du caoutchouc uréthane et du

caoutchouc au silicone.

3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit poids (8) se compose d'un ensemble formé d'un poids principal de forme cylindrique (8a) et d'un poids secondaire

annulaire (8b).

4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit poids (8) est raccordé par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique (7) à un cylindre en forme de colonne

de faible hauteur disposée sur une plaque métallique (3) cons-

tituant ladite plaque piézoélectrique vibrante.

e Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque piézoélectrique vibrante (3) est réalisée

sous la forme d'un disque comportant, sur son pourtour exté-

rieur, un réseau de fins interstices radiaux (4), formés par découpage et qui sont remplis par un matériau visqueux, ce qui

réalise une subdivision du disque entre une pluralité d'élé-

ments très fins.

6. Haut-parleur piézoélectrique du type comportant une pluralité d'éléments piézoélectriques vibrants (51, 55 et 59),

caractérisé en ce que chacun des éléments piézoélectriques vi-

brants (51, 55, 59) comporte une plaque piézoélectrique vibran-

te et un poids (53, 57, 61) raccordé à proximité du centre de

gravité de la plaque par l'intermédiaire d'une couche visco-

élastique (52, 56, 60), la force vibro-motrice étant agencée de manière à être prélevée sur le bord desdites plaques, que lesdits éléments sont raccordés entre eux au niveau de leurs extrémités périphériques par l'intermédiaire de connecteurs (54, 58), que l'un desdits éléments (51) est raccordé sur son bord périphérique directement à un radiateur acoustique en forme de cône (67), de manière à lui appliquer une force vibro-motrice principalement dans la gamme des hautes fréquences, et que les autres éléments (55, 59) qui sont voisins de cet élément (61) produisent une force vibro-motrice apte à se répartir dans les gammes à fréquences moyennes et à basses fréquences en vue de

réaliser l'excitation dudit radiateur acoustique du type en for-

me de cône (67).

7. Haut-parleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que parmi ladite pluralité d'éléments piézoélectriques

vibrants (51, 55, 59), l'élément (51), qui est raccordé direc-

tement audit radiateur acoustique du type en forme de cône (67), est conçu principalement de manière à distribuer et exciter la gamme à hautes fréquences, tandis que les autres éléments (55, 59), qui lui sont adjacents, sont adaptés principalement pour

distribuer et exciter les gammes à fréquences moyennes et à bas-

ses fréquences.

8. Haut-parleur piézo-électrique, caractérisé en ce

qu'il comporte un élément piézo-électrique vibrant de telle sor-

te qu'un poids principal (104) est fixé au voisinage de la par-

tie centrale d'un radiateur acoustique piézoélectrique (101-

102) par l'intermédiaire d'une couche visco-élastique (103) de

telle sorte que ledit radiateur est maintenu autour de sa par-

tie centrale de manière à délivrer une force vibro-motrice au niveau de son extrémité extérieure, et qu'un poids auxiliaire (110) est situé à l'intérieur de l'extrémité extérieure dudit

radiateur et est fixé en place par l'intermédiaire d'une cou-

che visco-élastique (109).

9. Haut-parleur piézoélectrique selon la revendication

8, caractérisé en ce qu'un poids de type annulaire (110) cons-

tituant ledit poids auxiliaire est fixé d'une manière essen-

tiellement concentrique audit poids principal (104) par l'in-

termédiaire d'une couche visco-élastique (109).

10. Haut-parleur piézoélectrique, caractérisé en ce que deux poids (125a, 125b) sont réunis l'un à l'autre par l'inter-

médiaire de couches visco-élastiques associées (121) par l'in-

termédiaire d'une tige de raccordement (126) traversant une pe-

tite ouverture (118) formée au voisinage de la partie centrale d'un radiateur acoustique piézoélectrique (116), de sorte que

ledit radiateur est retenu autour de sa partie centrale de ma-

nière àa délivrer une force vibro-motrice sur son extrémité ex-

térieure.

11. Haut-parleur piézoélectrique selon la revendica-

tion 10, caractérisé en ce que ladite couche visco-élastique (121) utilisée est constituée par un organe formé d'un matériau mousse en caoutchouc synthétique comportant de fines mousses

en son intérieur.

12. Haut-parleur piézo-électrique selon la revendica-

tion 10, caractérisé en ce que deux sièges-entretoises en for-

me de coupes (130a, 130b), sont utilisés de manière à consti-

tuer lesdits organes visco-élastiques et sont appliqués en su-

perposition au niveau des deux côtés d'une petite ouverture (118) ménagée dans ledit radiateur (116) de manière à former

deux petites chambres (132a, 132b), qui sont à leur tour rem-

plies par une huile visqueuse, cette huile pouvant circuler a travers un espace (134) défini par ladite petite ouverture et ladite tige de liaison (126), ce qui permet d'utiliser la

résistance visqueuse obtenue pendant ledit écoulement.