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EP0118356A1 - Electro-acoustic transducer with piezo-electric diaphragm - Google Patents

Electro-acoustic transducer with piezo-electric diaphragm Download PDF

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Publication number
EP0118356A1
EP0118356A1 EP84400394A EP84400394A EP0118356A1 EP 0118356 A1 EP0118356 A1 EP 0118356A1 EP 84400394 A EP84400394 A EP 84400394A EP 84400394 A EP84400394 A EP 84400394A EP 0118356 A1 EP0118356 A1 EP 0118356A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diaphragm
transducer
transducer according
spacer
printed circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP84400394A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Ravinet
Christian Claudepierre
Denis Guillou
François Micheron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0118356A1 publication Critical patent/EP0118356A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/02Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H04R1/04Structural association of microphone with electric circuitry therefor
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/06Arranging circuit leads; Relieving strain on circuit leads
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    • H04R1/20Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
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    • H04R2499/10General applications
    • H04R2499/11Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006Interconnection of transducer parts

Definitions

  • Figure 1 is a meridian sectional view of a microphone capsule with piezoelectric plate according to the prior art. It is formed by a housing comprising an upper metal part 2 which fits into a housing bottom 11 provided with insulated connection terminals 6.
  • a piezoelectric plate 3 provided with metallizations 4 and 5 is embedded frusto-conically between the edge of the upper part 2 of the housing and a metal ring 8 with trapezoidal section.
  • the ring 8 is pressed against the plate 3 by an insulating washer 9 resting on an elastic blocking piece 10 which enters a circular slot in the upper part 2 of the housing.
  • a pad 1 of sound absorbing material is housed in the central recess of the upper part 2 of the housing. This buffer is wedged between the part 9 and a printed circuit board 7 on which are arranged the electronic components of an electrical circuit impedance adapter.
  • Such methods can be used as damping means in an overhead transducer, but also make it possible to extend the invention to the encapsulation of underwater piezoelectric transducers.
  • filling the cavities adjacent to the diaphragm with an appropriate material can ensure one or more of the following functions: sealing, adaptation of acoustic impedance, resistance of the diaphragm to the action of high hydrostatic pressures.

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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
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Abstract

L'invention se rapporte aux transducteurs électroacoustiques à diaphragme piézoélectrique et à son procédé de fabrication. L'invention a pour objet de réaliser en grande série des transducteurs avec un minimum d'éléments qui permettent d'assurer les fonctions d'encastrement du diaphragme (30), de connectique, de blindage, de filtrage acoustique et de protection contre l'humidité et les poussières. L'invention s'applique notamment à la réalisation de combinés téléphoniques.The invention relates to electroacoustic transducers with piezoelectric diaphragm and to its manufacturing process. The object of the invention is to produce transducers in large series with a minimum of elements which make it possible to ensure the functions of embedding the diaphragm (30), of connectors, of shielding, of acoustic filtering and of protection against humidity and dust. The invention is particularly applicable to the production of telephone handsets.

Description

La présente invention se rapporte aux transducteurs électroacoustiques permettant de convertir une pression acoustique en une tension électrique. Elle concerne plus particulièrement les microphones dans lesquels la conversion d'une vibration acoustique en tension électrique est assurée par un élément vibrant en polymère piézoélectrique.The present invention relates to electroacoustic transducers for converting sound pressure into electrical voltage. It relates more particularly to microphones in which the conversion of an acoustic vibration into an electrical voltage is ensured by a vibrating element made of piezoelectric polymer.

Un transducteur de ce type a été décrit dans une demande de brevet déposée par la Demanderesse le 11 Août 1981 et portant le numéro national 81.15 506. Ce transducteur utilise une structure élastique en forme de plaque encastrée présentant au moins une incurvation et recouverte sur ses deux faces d'électrodes reliées à un circuit électrique adaptateur d'impédance. Il est composé d'un ensemble d'éléments agencés selon un principe original qui lui confère d'excellentes qualités. Cependant, le nombre relativement grand de ces éléments et leur mode d'assemblage ne satisfont pas à une fabrication de ces transducteurs en grande série, à haute cadence et à faible coût.A transducer of this type has been described in a patent application filed by the Applicant on August 11, 1981 and bearing the national number 81.15 506. This transducer uses an elastic structure in the form of a recessed plate having at least one curvature and covered on its two electrode faces connected to an electrical impedance adapter circuit. It is composed of a set of elements arranged according to an original principle which gives it excellent qualities. However, the relatively large number of these elements and their method of assembly do not satisfy a mass production of these transducers, at high speed and at low cost.

Afin de pallier ces inconvénients, l'invention propose un transducteur électroacoustique réalisé avec un minimum d'éléments et qui permettent la combinaison de moyens assurant les fonctions d'encastrement de l'élément vibrant, de connectique interne et externe, de blindage, de filtrage acoustique et de protection contre l'humidité et les poussières.In order to overcome these drawbacks, the invention proposes an electroacoustic transducer produced with a minimum of elements and which allow the combination of means ensuring the functions of embedding the vibrating element, internal and external connectors, shielding, filtering. acoustic and protection against humidity and dust.

L'invention a donc pour objet un transducteur électroacoustique dont l'élément vibrant est constitué par un diaphragme piézoélectrique soumis à la pression acoustique sur l'une au moins de ses faces, les faces de ladite structure étant munies d'électrodes formant condensateur reliées à un circuit électrique disposé sur un circuit imprimé, ledit diaphragme et ledit circuit électrique étant enfermés dans un boîtier, ledit transducteur comprenant des moyens d'encastrement dudit diaphragme, des moyens de connexions électriques desdites électrodes audit circuit électrique et au moins un filtre acoustique passe-bas, caractérisé en ce que ledit boîtier est constitué par un corps de forme tubulaire dont le fond est une paroi percée correspondant à la face avant du transducteur, ledit corps coopérant avec une entretoise pour assurer l'encastrement du diaphragme, ledit corps coopérant avec ledit circuit imprimé pour assurer la fermeture du transducteur et le positionnement de l'entretoise, les moyens de connexions électrique sétant assurés par le corps et l'entretoise, ladite paroi et le diaphragme définissant un espace constituant ledit filtre.The invention therefore relates to an electroacoustic transducer whose vibrating element consists of a piezoelectric diaphragm subjected to acoustic pressure on at least one of its faces, the faces of said structure being provided with electrodes forming a capacitor connected to an electrical circuit disposed on a printed circuit, said diaphragm and said electrical circuit being enclosed in a housing, said transducer comprising means for embedding said diaphragm, means for electrical connections of said electrodes to said electrical circuit and at least one pass acoustic filter bottom, characterized in that said housing is constituted by a tubular body whose bottom is a perforated wall corresponding to the front face of the transducer, said body cooperating with a spacer to ensure the embedding of the diaphragm, said body cooperating with said printed circuit to ensure the closing of the transducer and the positioning of the spacer, the electrical connection means being provided by the body and the spacer, said wall and the diaphragm defining a space constituting said filter.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel transducteur, caractérisé en ce que son assemblage est maintenu par la liaison mécanique du corps et du circuit imprimé, cette liaison assurant le pressage de l'entretoise sur le diaphragme.The invention also relates to a method of manufacturing such a transducer, characterized in that its assembly is maintained by the mechanical connection of the body and the printed circuit, this connection ensuring the pressing of the spacer on the diaphragm.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles :

  • - la figure 1 est une vue en coupe méridienne d'une capsule microphonique de type connu ;
  • - la figure 2 est une vue de principe en coupe méridienne d'une capsule selon l'invention ;
  • - la figure 3 est une vue en coupe méridienne d'une capsule microphonique selon l'invention ;
  • - la figure 4 est une vue en perspective d'une chemise isolante ;
  • - la figure 5 est un diagramme explicatif ;
  • - la figure 6 est une vue en coupe d'un emporte-pièce ;
  • - la figure 7 est une vue d'un dispositif de bouterollage ;
  • - les figures 8 et 9 sont des vues en coupe méridienne de capsules microphoniques selon l'invention ;
  • - la figure 10 est un schéma électrique d'un préamplificateur microphonique ;
  • - les figures 11 et 12 sont des diagrammes explicatifs.
The invention will be better understood and other advantages will appear from the following description and the appended figures, among which:
  • - Figure 1 is a meridian sectional view of a microphonic capsule of known type;
  • - Figure 2 is a principle view in meridian section of a capsule according to the invention;
  • - Figure 3 is a meridian sectional view of a microphone capsule according to the invention;
  • - Figure 4 is a perspective view of an insulating jacket;
  • - Figure 5 is an explanatory diagram;
  • - Figure 6 is a sectional view of a cookie cutter;
  • - Figure 7 is a view of a locking device;
  • - Figures 8 and 9 are views in meridian section of microphone capsules according to the invention;
  • - Figure 10 is an electrical diagram of a microphone preamplifier;
  • - Figures 11 and 12 are explanatory diagrams.

La figure 1 est une vue en coupe méridienne d'une capsule microphonique à plaque piézoélectrique selon l'art connu. Elle est formée d'un boîtier comprenant une partie supérieure 2 en métal qui s'emboîte dans un fond de boîtier 11 muni de bornes de raccordement isolées 6. Une plaque piézoélectrique 3 munie de métallisations 4 et 5 est encastrée tronconiquement entre le rebord de la partie supérieure 2 du boîtier et un anneau métallique 8 à section trapézoïdale. L'anneau 8 est pressé contre la plaque 3 par une rondelle isolante 9 reposant sur une pièce élastique de blocage 10 qui pénètre dans une fente circulaire de la partie supérieure 2 du boîtier. Un tampon 1 de matière absorbante acoustique est logé dans l'évidement central de la partie supérieure 2 du boîtier. Ce tampon est coincé entre la pièce 9 et une plaquette 7 de circuit imprimé sur laquelle sont agencés les composants électroniques d'un circuit électriaue adaptateur d'impédance.Figure 1 is a meridian sectional view of a microphone capsule with piezoelectric plate according to the prior art. It is formed by a housing comprising an upper metal part 2 which fits into a housing bottom 11 provided with insulated connection terminals 6. A piezoelectric plate 3 provided with metallizations 4 and 5 is embedded frusto-conically between the edge of the upper part 2 of the housing and a metal ring 8 with trapezoidal section. The ring 8 is pressed against the plate 3 by an insulating washer 9 resting on an elastic blocking piece 10 which enters a circular slot in the upper part 2 of the housing. A pad 1 of sound absorbing material is housed in the central recess of the upper part 2 of the housing. This buffer is wedged between the part 9 and a printed circuit board 7 on which are arranged the electronic components of an electrical circuit impedance adapter.

La capsule microphonique selon l'invention doit satisfaire aux exigences suivantes :

  • - le diaphragme piézoélectrique muni d'électrodes sur ses deux faces doit être serré dans un encastrement qui lui impose une forme plane ou bombée :
  • - les contacts pris sur ces électrodes doivent être reliés à des circuits électroniques implantés dans la capsule ;
  • - la capsule doit être enfermée dans une enveloppe conductrice assurant son blindage ;
  • - la capsule doit intégrer les composants acoustiques tels que cavités ou orifices qui contribuent à la mise en forme de la réponse en fréquence ;
  • - la capsule doit être pourvue de moyens de liaison électrique avec des circuits extérieurs de traitement du signal ;
  • - le procédé de fabrication de la capsule doit être compatible avec les contraintes des techniques d'assemblage automatique pour une cadence d'au moins 1000 capsules à l'heure.
The microphone capsule according to the invention must meet the following requirements:
  • - the piezoelectric diaphragm provided with electrodes on its two faces must be clamped in a recess which imposes on it a flat or curved shape:
  • - the contacts made on these electrodes must be connected to electronic circuits implanted in the capsule;
  • - the capsule must be enclosed in a conductive envelope ensuring its shielding;
  • - the capsule must integrate the acoustic components such as cavities or orifices which contribute to the shaping of the frequency response;
  • - The capsule must be provided with means of electrical connection with external signal processing circuits;
  • - the capsule manufacturing process must be compatible with the constraints of automatic assembly techniques for a rate of at least 1000 capsules per hour.

La figure 2 est une vue de principe en coupe méridienne d'une capsule selon l'invention. Le diaphragme piézoélectrique 20 est représenté plan et à encastrement également plan. Il pourrait aussi bien se présenter sous une autre forme, par exemple bombée, et maintenu par un encastrement non plan ou pincé entre des couteaux. En plus du diaphragme, la capsule comporte quatre autres pièces qui assurent de manière combinée les diverses fonctions mécaniques, acoustiques et électriques précédemment mentionnées. Le diaphragme 20 est serré entre le corps 21 et l'entretoise 22. .Il est recouvert sur ses deux faces de métallisations servant d'électrodes. L'encastrement assure également la prise de contact entre les électrodes du diaphragme et les pièces métalliques 21 et 22. Les pièces 21 et 22, par exemple en aluminium, en plus de leur fonction de blindage, assurent la liaison électrique entre le diaphragme et le circuit imprimé double face 23. La chemise annulaire 24 assure l'isolement du corps 21 par rapport à l'entretoise 22. Le circuit imprimé 23 peut supporter sur sa face interne des composants électroniques soudés constituant un préamplificateur et sur sa face externe, des broches permettant de connecter la capsule à un câble de raccordement. Le diaphragme et le circuit électronique interne se trouvent ainsi complètement blindés par l'enveloppe équipotentielle constituée par l'électrode externe du diaphragme, le corps 21 et la face externe du circuit imprimé 23.Figure 2 is a principle view in meridian section of a capsule according to the invention. The piezoelectric diaphragm 20 is shown planar and also recessed planar. It could also be in another form, for example curved, and maintained by a non-planar or pinched recess between knives. In addition to the diaphragm, the capsule has four other parts which combine the various mechanical, acoustic and electrical functions previously mentioned. The diaphragm 20 is clamped between the body 21 and the spacer 22. It is covered on its two faces with metallizations serving as electrodes. The embedding also ensures contact between the electrodes of the diaphragm and the metal parts 21 and 22. The parts 21 and 22, for example of aluminum, in addition to their shielding function, provide the electrical connection between the diaphragm and the double sided printed circuit 23. The annular jacket 24 insulates the body 21 from the spacer 22. The printed circuit 23 can support on its internal face soldered electronic components constituting a preamplifier and on its external face, pins making it possible to connect the capsule to a connection cable. The diaphragm and the internal electronic circuit are thus completely shielded by the equipotential envelope constituted by the external electrode of the diaphragm, the body 21 and the external face of the printed circuit 23.

Comme l'indique la figure 2, le corps 21 et l'entretoise 22 peuvent être utilisés avantageusement pour délimiter de part et d'autre du diaphragme des cavités et des parois percées d'orifices de manière à synthétiser des composants acoustiques propres à régulariser la courbe de réponse du microphone. Ces composants acoustiques sont matérialisés par la paroi 25 du corps 21, cette paroi étant percée de trous 26, et par la paroi 27 de l'entretoise 22, cette paroi étant percée du trou 28. Dans le cas où le diaphragme est réalisé en polymère piézoélectrique les pièces 21 et 22 peuvent présenter un profil d'encastrement propre à pallier les effets mécaniques dus aux variations importantes de température.As shown in FIG. 2, the body 21 and the spacer 22 can be used advantageously to delimit cavities and walls pierced with orifices on either side of the diaphragm so as to synthesize acoustic components capable of regularizing the microphone response curve. These acoustic components are materialized by the wall 25 of the body 21, this wall being pierced with holes 26, and by the wall 27 of the spacer 22, this wall being pierced with the hole 28. In the case where the diaphragm is made of polymer piezoelectric parts 21 and 22 may have a suitable mounting profile to overcome the mechanical effects due to significant temperature variations.

L'assemblage de la capsule décrite à la figure 2 est grandement facilité par le fait que la symétrie de révolution est partout conservée : le positionnement relatif des différentes pièces constituant la capsule est ainsi simplement assuré par leur empilement et leur concentricité. Le corps 21 a initialement, dans sa partie inférieure, la géométrie tubulaire indiquée en pointillés. L'ordre des opérations d'assemblage est le suivant : le corps reçoit d'abord la chemise isolante annulaire 24 qui permet ensuite le centrage du diaphragme 20 et de l'entretoise 22. Le circuit imprimé 23 avec ses composants soudés est ensuite mis en place, les composants se trouvant à l'intérieur de la capsule. Le serrage de l'empilement et de l'encastrement s'effectue par sertissage du corps 21 sur la face externe du circuit imprimé.The assembly of the capsule described in FIG. 2 is greatly facilitated by the fact that the symmetry of revolution is everywhere preserved: the relative positioning of the different parts constituting the capsule is thus simply ensured by their stacking and their concentricity. The body 21 initially has, in its lower part, the tubular geometry indicated in dotted lines. The order of assembly operations is as follows: the body first receives the annular insulating jacket 24 which then allows the centering of the diaphragm 20 and the spacer 22. The printed circuit 23 with its soldered components is then put in components inside the capsule. The tightening of the stack and of the embedding is carried out by crimping the body 21 on the external face of the printed circuit.

Les pièces métalliques 21 et 22 se prêtent à une réalisation industrielle selon la technique connue sous le nom de filage par choc. Cette technique est couramment employée pour fabriquer des tubes du genre tubes de comprimés pharmaceutiques. A cette fin, il est avantageux de réaliser ces pièces en aluminium et de leur faire subir un traitement chimique anti-corrosion. La chemise isolante 24 sera de préférence réalisée dans une matière plastique à faible constante diélectrique de manière à réduire au minimum la capacité parasite entre le corps et l'entretoise. Elle peut être obtenue par tronçonnage d'un tube extrudé ou encore par injection et moulage.The metal parts 21 and 22 are suitable for industrial production according to the technique known under the name of impact spinning. This technique is commonly used to manufacture tubes of the pharmaceutical tablet tube type. To this end, it is advantageous to produce these aluminum parts and to subject them to an anti-chemical treatment. corrosion. The insulating jacket 24 will preferably be made of a plastic material with a low dielectric constant so as to minimize the parasitic capacitance between the body and the spacer. It can be obtained by cutting an extruded tube or by injection and molding.

Le circuit imprimé 23 peut être du type cuivre-époxy ou cuivre sur résine synthétique, les pistes du circuit étant obtenues par gravure chimique ou sérigraphie. En plus des perçages nécessaires à l'implantation des composants, ou broches de connectique externe, un orifice supplémentaire de faible diamètre (environ 0,5 mm par exemple) peut y être prévu de manière à assurer une fuite égalisatrice de pression statique entre les deux faces du diaphragme. Il est à noter que la notion de circuit imprimé double face doit être ici comprise dans son sens le plus large, et qu'elle peut être étendue à toute structure consistant en un substrat isolant entre deux systèmes d'électrodes de géométrie adaptée à la connectique voulue. A ce titre, l'électrode externe peut être constituée d'un clinquant métallique plaqué sur la face nue d'un circuit imprimé simple face et fixé par le sertissage du corps. Par microdécoupe suivie d'un pliage à 90°, ce clinquant peut être directement muni des ergots assurant la liaison avec la face cuivrée et gravée du circuit, ou de languettes jouant le rôle de broches de connectique externe. Un circuit imprimé souple (du type feuillard de cuivre sur film de polymère de marque déposée Terphane par exemple) plaqué sur un substrat isolant peut être utilisé en face interne du circuit imprimé. L'intérêt de ces variantes réside principalement dans le fait qu'elles conduisent à un sous- ensemble moins coûteux qu'un véritable circuit imprimé double face.The printed circuit 23 can be of the copper-epoxy or copper on synthetic resin type, the tracks of the circuit being obtained by chemical etching or screen printing. In addition to the holes required to install the components, or pins for external connectors, an additional orifice of small diameter (around 0.5 mm for example) can be provided in order to ensure a static pressure equalizing leak between the two diaphragm faces. It should be noted that the concept of a double-sided printed circuit must be understood here in its broadest sense, and that it can be extended to any structure consisting of an insulating substrate between two electrode systems of geometry adapted to the connectors. wanted. As such, the external electrode may consist of a metal foil plated on the bare face of a single-sided printed circuit and fixed by crimping the body. By micro-cutting followed by a 90 ° folding, this foil can be directly provided with lugs ensuring the connection with the copper-plated and engraved face of the circuit, or with tongues playing the role of pins of external connectors. A flexible printed circuit (of the copper strip type on a polymer film of the trademark Terphane for example) plated on an insulating substrate can be used on the internal face of the printed circuit. The advantage of these variants lies mainly in the fact that they lead to a less expensive sub-assembly than a real double-sided printed circuit.

La figure 3 est un exemple de réalisation d'une capsule microphonique selon l'invention. La capsule utilise un diaphragme piézoélectrique 30, par exemple en polyfluorure de vinylidène (PVF2), dont les faces principales sont pourvues d'électrodes qui peuvent consister soit en une couche de polymère chargé de particules conductrices, soit en un dépôt métallique (de préférence du type tricouche, par exemple chrome-aluminium-chrome). On peut également utiliser un diaphragme réalisé en alliages de polymères ou en copolymères de PVF2. Le corps 31 comprend une paroi 32 qui comporte les composants acoustiques contribuant à la mise en forme de la courbe de réponse de la capsule. Ceux-ci sont disposés du côté face avant de la capsule. Ils jouent le double rôle de filtrage passe-bas et d'amortissement de la résonance du diaphragme, par une combinaison appropriée de cavités et d'orifices et mettant en oeuvre une résistance acoustique sous la forme d'une région operculée et micropercée 33 de la paroi 32. La cavité 37 délimitée par cette paroi et le diaphragme devant être de très petit volume, la concavité du diaphragme est tournée de telle sorte qu'une augmentation de sa flèche par dilatation thermique n'entraîne pas le risque d'un contact avec cette paroi. Un film 34 en polymère, très mince et acoustiquement transparent (par exemple en téréphtalate de polyéthylène pour condensateur, d'épaisseur 6 micromètres) protège le microphone contre l'introduction de poussières ou de gouttelettes et empêche le colmatage de la résistance acoustique micropercée. Ce film est pincé à sa périphérie dans un épaulement du corps 31 par une coupelle emboutie 35 rentrée à force. Cette coupelle est percée d'orifices 36 et délimite une nouvelle cavité 38 qui constitue un deuxième filtre passe-bas, placé en amont de celui lié à la résistance micropercée. Il contribue également à assurer la coupure de la réponse du microphone au-delà de 5 kHz. La capsule comprend encore l'entretoise métallique 40, le circuit imprimé double face 41 et la chemise isolante 39.Figure 3 is an exemplary embodiment of a microphone capsule according to the invention. The capsule uses a piezoelectric diaphragm 30, for example made of polyvinylidene fluoride (PVF 2 ), the main faces of which are provided with electrodes which may consist either of a layer of polymer charged with conductive particles, or of a metallic deposit (preferably three-layer type, for example chrome-aluminum-chrome). It is also possible to use a diaphragm made of polymer alloys or of PVF 2 copolymers. The body 31 comprises a wall 32 which comprises the acoustic components contributing to the shaping of the curve capsule response. These are arranged on the front side of the capsule. They play the double role of low-pass filtering and damping of the resonance of the diaphragm, by an appropriate combination of cavities and orifices and implementing an acoustic resistance in the form of a sealed and micro-pierced region 33 of the wall 32. The cavity 37 delimited by this wall and the diaphragm having to be of very small volume, the concavity of the diaphragm is rotated so that an increase in its deflection by thermal expansion does not entail the risk of contact with this wall. A film 34 of polymer, very thin and acoustically transparent (for example polyethylene terephthalate for capacitor, thickness 6 micrometers) protects the microphone against the introduction of dust or droplets and prevents clogging of the microperforated acoustic resistance. This film is pinched at its periphery in a shoulder of the body 31 by a stamped cup 35 forced in. This cup is pierced with orifices 36 and delimits a new cavity 38 which constitutes a second low-pass filter, placed upstream of that linked to the micro-pierced resistance. It also helps to cut off the microphone response beyond 5 kHz. The capsule also includes the metal spacer 40, the double-sided printed circuit 41 and the insulating jacket 39.

La figure 4 est une vue en perspective de la chemise isolante. Sa surface latérale possède un profil qui, par ses évidements, permet de réduire d'environ 50 % la capacité parasite entre le corps 31 et l'entretoise 40. On remarque sur la figure 4 des évidements extérieurs 45 qui alternent avec des évidements intérieurs 46. D'autres formes sont envisageables, avec les mêmes avantages. De manière générale, on retiendra pour cette pièce l'intérêt d'une forme crénelée qui, tout en assurant le centrage du diaphragme et de l'entretoise à l'assemblage, donne lieu à une faible capacité parasite grâce aux couches d'air qu'elle introduit entre corps et entretoise.Figure 4 is a perspective view of the insulating jacket. Its lateral surface has a profile which, by its recesses, makes it possible to reduce by approximately 50% the parasitic capacity between the body 31 and the spacer 40. We note on FIG. 4 external recesses 45 which alternate with internal recesses 46 Other forms are possible, with the same advantages. In general, we will retain for this part the advantage of a crenellated shape which, while ensuring the centering of the diaphragm and the spacer to the assembly, gives rise to a low parasitic capacity thanks to the layers of air that 'it introduces between body and spacer.

Un autre détail de conception de ce microphone concerne la réalisation de la fuite égalisatrice de pression statique à l'arrière du diaphragme. Au lieu de percer un orifice traversant de part en part le circuit imprimé, il est possible de réaliser des fuites capillaires radiales rompant l'étanchéité des serrages de l'entretoise et du corps serti sur le circuit imprimé. La gravure sur les deux faces du circuit est telle que des passages d'air sont créés dans l'épaisseur de la couche de cuivre du circuit imprimé. La cavité arrière du microphone est ainsi reliée à la pression atmosphérique. Ces fuites capillaires présentent une impédance acoustique suffisamment élevée pour ne pas perturber la réponse du microphone même en basse fréquence. De la même façon on peut, par des ruptures d'étanchéités entre les différentes parties de l'assemblage, assurer une mise à la pression atmosphérique sous haute impédance acoustique de la cavité 38.Another design detail of this microphone relates to the realization of the static pressure equalizing leak at the rear of the diaphragm. Instead of drilling an orifice passing right through the printed circuit, it is possible to produce radial capillary leaks breaking the tightness of the clamps of the spacer and of the body crimped on the printed circuit. The etching on both sides of the circuit is such that air passages are created in the thickness of the copper layer of the printed circuit. The rear cavity of the microphone is thus connected to atmospheric pressure. These capillary leaks have a sufficiently high acoustic impedance so as not to disturb the response of the microphone even at low frequency. In the same way, it is possible, by rupturing seals between the different parts of the assembly, to ensure that the cavity 38 is brought to atmospheric pressure under high acoustic impedance.

L'assemblage de la capsule microphonique décrite à la figure 3 comporte deux aspects : la mise en forme du diaphragme non plan et l'assemblage par sertissage.The assembly of the microphone capsule described in FIG. 3 has two aspects: the shaping of the non-planar diaphragm and the assembly by crimping.

Une première manière de mettre en forme de dôme le diaphragme de PVF 2 consiste à empiler un diaphragme plan, issu par exemple d'une découpe par emporte-pièce, avec les autres pièces du montage et à effectuer le sertissage du corps, comme décrit plus loin. Le type de diaphragme employé dans ce microphone est suffisamment épais, donc présente une rigidité à la flexion suffisamment élevée,_pour que le serrage de l'encastrement tronconique engendre une forme en dôme sans point anguleux. Cette déformation est extrêmement difficile à analyser et à modéliser car il s'agit d'un problème de mécanique hyperstatique. Afin d'obtenir le profil associé à des valeurs convenables de la sensibilité microphonique et de la fréquence du premier mode de résonance du diaphragme, il est donc nécessaire de procéder expérimentalement en étudiant plusieurs montages différant par exemple par l'épaisseur du diaphragme et l'angle d'encastrement. A titre indicatif, on peut noter qu'un diaphragme de PVF 2 de 200 micromètres d'épaisseur mis en forme selon ce procédé dans la capsule représentée à la figure 3, présente son premier mode de résonance à une fréquence comprise entre 3600 et 4400 Hz, ce qui s'avère bien adapté à l'application téléphonique.A first way to dome the diaphragm of PVF 2 is to stack a flat diaphragm, for example from a die cut, with the other parts of the assembly and to crimp the body, as described more far. The type of diaphragm used in this microphone is sufficiently thick, therefore has a sufficiently high flexural rigidity, _for that the tightening of the frustoconical recess generates a dome shape without angular point. This deformation is extremely difficult to analyze and model because it is a problem of hyperstatic mechanics. In order to obtain the profile associated with suitable values of the microphone sensitivity and the frequency of the first resonance mode of the diaphragm, it is therefore necessary to proceed experimentally by studying several arrangements differing for example by the thickness of the diaphragm and the installation angle. As an indication, it can be noted that a PVF 2 diaphragm 200 micrometers thick formed according to this process in the capsule shown in FIG. 3, presents its first mode of resonance at a frequency between 3600 and 4400 Hz , which turns out to be well suited to the telephone application.

Lors du serrage par sertissage, les limites élastiques de matériau ne sont dépassées qu'à la périphérie de l'encastrement ou le polymère doit épouser le profil anguleux de la zone d'ancrage. Il en résulte que, si le diaphragme est ensuite démonté, seule cette région conserve sa forme, la partie centrale du dôme perdant de sa flèche pour se rapprocher d'une géométrie plane. Ceci montre qu'il est nécessaire de stabiliser la forme du dôme encastré en relaxant les contraintes dont il est le siège. De ce point de vue, un traitement thermique approprié consiste à placer le microphone complètement assemblé dans une enceinte à 90° C pendant une heure.When tightening by crimping, the elastic limits of the material are only exceeded at the periphery of the fitting or the polymer must conform to the angular profile of the anchoring zone. As a result, if the diaphragm is then removed, only this region retains its shape, the central part of the dome losing its arrow to approach a plane geometry. This shows that it is necessary to stabilize the shape of the recessed dome by relaxing the constraints of which it is the seat. From this point of view, an appropriate heat treatment consists in placing the completely assembled microphone in an enclosure at 90 ° C. for one hour.

Ce procédé de mise en forme de diaphragme et d'assemblage de la capsule microphonique avait déjà été décrit dans ses grandes lignes dans la demande de brevet citée plus haut. Ce procédé est particulièrement avantageux par sa simplicité. Il connaît cependant des limitations. En effet, si l'angle d'encastrement est augmenté au-delà d'une certaine valeur, environ 7°, il en résulte non pas une augmentation de la flèche du dôme mais une forme très asphérique en assiette. Ce procédé ne permet donc pas l'obtention de formes sphériques ou asphériques très bombées, c'est-à-dire dont le rapport flèche sur diamètre excède 0,03.This diaphragm shaping process and assembly of the microphone capsule had already been described in broad outline in the patent application cited above. This process is particularly advantageous by its simplicity. However, it has limitations. Indeed, if the embedding angle is increased beyond a certain value, about 7 °, this does not result in an increase in the arrow of the dome but a very aspherical shape in attitude. This process therefore does not make it possible to obtain very convex spherical or aspherical shapes, that is to say those whose arrow to diameter ratio exceeds 0.03.

Un bombage important du diaphragme est cependant avantageux si l'on désire une grande stabilité de la sensibilité microphonique pour un fonctionnement à des températures inférieures à la température ambiante. En effet, en raison de la forte dilatation différentielle entre diaphragme en polymère et pièces d'encastrement métalliques, une diminution de la température entraîne une contraction radiale du diaphragme se traduisant d'abord par une diminution de sa flèche, puis par l'apparition d'une tension radiale lorsque la géométrie du diaphragme devient voisine du plan. Dans cette seconde phase, la sensibilité du microphone chute brutalement. On conçoit que cette situation se rencontre à une température d'autant plus basse que le diaphragme est initialement plus bombé, car la flèche initiale détermine la provision de longueur d'arc que le diaphragme peut absorber en se rapprochant du plan corde, avant que sa contraction ne commence à le raidir.A significant bending of the diaphragm is however advantageous if it is desired to have a high stability of the microphone sensitivity for operation at temperatures below ambient temperature. In fact, due to the large differential expansion between the polymer diaphragm and metal mounting parts, a decrease in temperature results in a radial contraction of the diaphragm, first resulting in a decrease in its deflection, then in the appearance of 'a radial tension when the geometry of the diaphragm becomes close to the plane. In this second phase, the microphone sensitivity drops suddenly. It is understood that this situation is encountered at a temperature all the lower that the diaphragm is initially more domed, because the initial arrow determines the provision of arc length that the diaphragm can absorb by approaching the chord plane, before its contraction doesn't start to stiffen it.

La figure 5 est un diagramme explicatif qui montre l'influence du rapport flèche sur diamètre sur la sensibilité microphonique en fonction de la température. Le diagramme porte en abscisses la température T en degrés Celsius et en ordonnées la sensibilité S en décibels, en fonction du paramètre

Figure imgb0001
à 20° (H représentant la flèche et D le diamètre de la partie du diaphragme non encastrée). La courbe 50 a été tracée pour
Figure imgb0002
= 0,020, la courbe 51 pour
Figure imgb0003
= 0,024, la courbe 52 pour
Figure imgb0004
= 0,027 et la courbe 53 pour
Figure imgb0005
= 0,039. D'après ce diagramme, on constate que le rapport
Figure imgb0006
doit être d'au moins 0,04 pour que l'écart entre les sensibilités à - 20° C et + 20° C soit inférieur à 3 dB. Les conditions de mise en forme du diaphragme et d'encastrement doivent être telles que le rapport
Figure imgb0007
soit au moins égal à 0,04 à la température ambiante. Il existe plusieurs façons d'y parvenir.FIG. 5 is an explanatory diagram which shows the influence of the arrow on diameter ratio on the microphone sensitivity as a function of the temperature. The diagram has the temperature T in degrees Celsius on the abscissa and the sensitivity S in decibels on the ordinate, depending on the parameter.
Figure imgb0001
at 20 ° (H representing the arrow and D the diameter of the part of the diaphragm not embedded). Curve 50 has been plotted for
Figure imgb0002
= 0.020, the curve 51 for
Figure imgb0003
= 0.024, the curve 52 for
Figure imgb0004
= 0.027 and the curve 53 for
Figure imgb0005
= 0.039. According to this diagram, we finds that the report
Figure imgb0006
must be at least 0.04 so that the difference between the sensitivities at - 20 ° C and + 20 ° C is less than 3 dB. The diaphragm forming and embedding conditions must be such that the ratio
Figure imgb0007
or at least 0.04 at room temperature. There are many ways to do this.

Le diaphragme peut être rentré en force dans la chemise. Il est d'abord découpé à un diamètre supérieur d'une fraction de pour cent du diamètre intérieur de la chemise. L'insertion du diaphragme dans la chemise provoque donc son bombage, sa concavité étant dirigée par pression du corps de la capsule sur l'entretoise. Après serrage, la flèche du diaphragme est supérieure à la flèche que l'on obtiendrait avec un diaphragme rentrant juste libre dans la chemise.The diaphragm can be forced into the shirt. It is first cut to a diameter greater than a fraction of a percent of the inner diameter of the jacket. The insertion of the diaphragm into the jacket therefore causes its bending, its concavity being directed by pressure from the body of the capsule on the spacer. After tightening, the arrow of the diaphragm is greater than the arrow that one would obtain with a diaphragm returning just free in the shirt.

Une autre méthode est le sertissage à froid qui revient à traiter le problème par la cause qui l'a engendré, à savoir la dilatation différentielle entre encastrement et diaphragme. Elle consiste simplement à serrer le diaphragme par sertissage à une température inférieure à la température ambiante. Lors du retour à la température ambiante, l'effet inverse de celui décrit précédemment se produit, le diaphragme se dilatant pour acquérir une flèche supérieure à celle résultant de la mise en forme par simple encastrement. En ce qui concerne la capsule représentée à la figure 3, une température de sertissage légèrement supérieure à 0° C, afin d'éviter le givrage, s'avère appropriée pour obtenir par la suite une sensibilité microphonique stable à + 0,5 dB entre - 5 et + 35° C et réduite d'environ 3 dB à - 20° C. La mise en oeuvre de cette méthode suppose que le banc de sertissage automatique de la capsule soit enfermé dans une cabine maintenue à la température de sertissage et que les capsules pré-assemblées et prêtes à être serties y séjournent pendant un temps suffisant à leur mise en condition thermique.Another method is cold crimping, which amounts to treating the problem by the cause that caused it, namely the differential expansion between the embedding and the diaphragm. It simply involves tightening the diaphragm by crimping at a temperature below room temperature. When returning to room temperature, the opposite effect to that described above occurs, the diaphragm expanding to acquire a deflection greater than that resulting from shaping by simple embedding. With regard to the capsule shown in FIG. 3, a crimping temperature slightly higher than 0 ° C., in order to avoid icing, proves to be suitable for subsequently obtaining a stable microphone sensitivity at + 0.5 dB between - 5 and + 35 ° C and reduced by approximately 3 dB at - 20 ° C. The implementation of this method supposes that the automatic crimping bench of the capsule is enclosed in a cabin maintained at the crimping temperature and that the capsules, pre-assembled and ready to be crimped, remain there for a time sufficient to heat them up.

Un dernier moyen d'obtenir les formes voulues consiste à insérer dans le montage un diaphragme préformé non plan. On peut pour ce faire procéder d'abord à une découpe du diaphragme selon un disque non plan puis le thermoformer dans un moule de géométrie adaptée avant de le sertir dans son encastrement. Ce procédé a l'inconvénient d'introduire une opération supplémentaire entre la découpe du diaphragme et l'assemblage de la capsule. Cette opération de préformage peut être intégrée à la découpe à l'aide d'un outillage tel que celui représenté à la figure 6. Cette figure montre un emporte-pièce dont le poinçon de formage 60 chauffant et sphérique dans le cas considéré est susceptible d'imposer la forme désirée à un film de polymère piézoélectrique par l'intermédiaire de la matrice 61. Le poinçon de formage 60 est solidaire du poinçon de découpe 62 grâce à la vis 63. Le presse-flanc 64 empêche le glissement du film lors de l'opération. La découpe s'effectue après l'opération de formage. Le presse-flanc a par exemple la forme d'une paraboloïde dans sa partie en contact avec le film. Il peut être constitué par un matériau connu sous la marque déposée ELADIP. A la différence du thermoformage d'un disque préalablement découpé, ce procédé implique que le film subit un sur-étirement qu'il importe de rendre irréversible de manière à assurer ultérieurement la stabilité de forme du diaphragme encastré. Ceci impose que le thermoformage avant découpe soit effectué à une température élevée (90 à 100° ), par ailleurs compatible avec le traitement thermique de stabilisation du matériau sous forme de bande ou de plaques préalablement effectué à 110-120° C.A final way of obtaining the desired shapes is to insert a non-planar preformed diaphragm into the assembly. To do this, we can first cut the diaphragm from a non-flat disc and then thermoform it in a mold of suitable geometry before crimping it into its recess. This process has the disadvantage of introducing an additional operation between cutting the diaphragm and assembling the capsule. This preforming operation can be integrated into the cut using a tool such as that shown in Figure 6. This figure shows a cookie cutter whose forming punch 60 heating and spherical in the case considered is likely to 'Impose the desired shape on a piezoelectric polymer film through the matrix 61. The forming punch 60 is integral with the cutting punch 62 thanks to the screw 63. The sidewall 64 prevents the film from sliding during the operation. Cutting takes place after the forming operation. The sidewall press, for example, has the shape of a paraboloid in its part in contact with the film. It can be made of a material known under the registered trademark ELADIP. Unlike the thermoforming of a previously cut disc, this process implies that the film undergoes an over-stretching which it is important to make irreversible so as to subsequently ensure the shape stability of the embedded diaphragm. This requires that the thermoforming before cutting is carried out at a high temperature (90 to 100 °), moreover compatible with the heat treatment for stabilizing the material in the form of a strip or of plates previously carried out at 110-120 ° C.

Une technique adaptée au sertissage du corps de la capsule après préassemblage des pièces par simple empilement consiste en un bouterollage rotatif à l'aide de l'outillage représenté à la figure 7 dont l'axe principal est confondu avec celui de la capsule. Il comprend un mandrin 70 qui entraîne en rotation le corps 71 de l'outil qui supporte la bouterolle 72. L'axe de la bouterolle ne se confond pas avec l'axe principal de l'outil. La capsule dont le corps 74 seul est visible est placée dans un support 75 sur une butée 76. La vitesse de rotation du mandrin est de l'ordre de quelques centaines de tours par minute. La bouterolle est également entraînée en rotation et est progressivement abaissée. Elle aborde tangentiellement la lèvre verticale dJ corps de la capsule selon l'une de ses génératrices pour lui faire épouser ur. profil arrondi. L'axe de rotation 73 de la bouterolle décrit un cône autour de l'axe principal de l'outil. En une dizaine de tours, la lèvre est finalement complètement rabattue et serre l'empilement des pièces par appui sur 1: circuit imprimé. L'opération complète s'effectue en quelques secondes, compris l'insertion de la capsule préassemblée dans le support et so- éjection après sertissage.A technique suitable for crimping the body of the capsule after pre-assembly of the parts by simple stacking consists of a rotary rolling using the tool shown in FIG. 7, the main axis of which coincides with that of the capsule. It comprises a mandrel 70 which rotates the body 71 of the tool which supports the chuck 72. The axis of the chuck does not coincide with the main axis of the tool. The capsule whose body 74 alone is visible is placed in a support 75 on a stop 76. The rotation speed of the mandrel is of the order of a few hundred revolutions per minute. The dowel is also rotated and gradually lowered. It addresses tangentially vertical lip J body of the capsule according to one of its generating lines to make it conform ur. rounded profile. The axis of rotation 73 of the dowel describes a cone around the main axis of the tool. In about ten turns, the lip is finally completely folded down and tightens the stack of parts by pressing 1: printed circuit. The complete operation is carried out in a few seconds, including the insertion of the preassembled capsule into the support and ejection after crimping.

Dans la description générale de la capsule tout comme dans l'exemple de réalisation, le corps et l'entretoise sont exécutés en métal. Ce choix de matériau, bien que très bien adapté aux fonctions que ces pièces assurent et à leurs procédés de fabrication, n'est pas limitatif. En effet, la même structure générale de transducteur peut être adoptée tout en réalisant ces pièces ou l'une au moins de ces pièces, en matière plastique. Le choix du matériau approprié est tout d'abord guidé par l'exigence d'une très bonne tenue mécanique et thermique. Notamment, une excellente résistance au fluage est nécessaire pour assurer une bonne stabilité de l'empilement des pièces après serrage. Ceci conduit à choisir un matériau possédant une température de transition vitreuse très supérieure à la température la plus élevée à laquelle peut être exposé le transducteur.In the general description of the capsule as in the embodiment, the body and the spacer are made of metal. This choice of material, although very well suited to the functions that these parts provide and to their manufacturing processes, is not limiting. Indeed, the same general transducer structure can be adopted while making these parts or at least one of these parts, made of plastic. The choice of the appropriate material is first of all guided by the requirement of very good mechanical and thermal resistance. In particular, excellent creep resistance is necessary to ensure good stability of the stack of parts after tightening. This leads to choosing a material having a glass transition temperature much higher than the highest temperature to which the transducer can be exposed.

Dans le cas où le corps et l'entretoise de la capsule sont en plastique, le problème de leur conductibilité électrique peut être envisagé de deux manières. Une conductibilité volumique peut être obtenue grâce à une. charge de ces pièces par du noir de carbone. La conductibilité de matériaux ainsi chargés est très faible devant celle des métaux mais est suffisante dans l'application aux microphones. En effet, l'impédance d'entrée du préamplificateur étant de l'ordre de quelques 106 n , des résistances de l'ordre de 10 à 100 k2 placées en série avec le diaphragme sont parfaitement tolérables. Si une plus grande conductivité est exigée, comme dans le cas d'un transducteur émetteur, une conduction de surface est également envisageable par l'intermédiaire d'un revêtement des pièces en question. Le choix du matériau les constituant est alors guidé par son aptitude à recevoir un revêtement conducteur. Le revêtement peut être réalisé par vernissage, par métallisation sous vide ou encore par voie chimique. Par un procédé de masquage on peut éviter de métalliser la surface latérale externe de l'entretoise. Il est alors possible de supprimer la chemise isolante et ainsi réduire encore la capacité parasite entre le corps et l'entretoise. La surface extérieure du corps de la capsule peut être revêtue d'une couche conductrice servant de blindage.In the case where the body and the spacer of the capsule are made of plastic, the problem of their electrical conductivity can be considered in two ways. A volume conductivity can be obtained thanks to a. charge of these parts with carbon black. The conductivity of materials thus charged is very low compared to that of metals but is sufficient in the application to microphones. Indeed, the input impedance of the preamplifier being of the order of a few 10 6 n, resistances of the order of 10 to 100 k2 placed in series with the diaphragm are perfectly tolerable. If higher conductivity is required, as in the case of an emitting transducer, surface conduction is also possible by coating the parts in question. The choice of the material constituting them is then guided by its ability to receive a conductive coating. The coating can be produced by varnishing, by vacuum metallization or even chemically. By a masking process it is possible to avoid metallizing the external lateral surface of the spacer. It is then possible to remove the insulating jacket and thus further reduce the parasitic capacity between the body and the spacer. The outer surface of the capsule body can be coated with a conductive layer serving as a shield.

Le procédé d'assemblage de la capsule par bouterollage peut être maintenu si on emploie une matière plastique forgeable. Toutefois, ce procédé de serrage et d'assemblage est généralement mieux adapté aux métaux qu'aux matières plastiques. La figure 8 est une vue en coupe méridienne d'une capsule à corps et entretoise en matière plastique moulée dont le sertissage est réalisé par molletage. On remarque sur cette figure un corps 80 comprenant une paroi 81 percée de trous 82. Le diaphragme 83 est serré à sa périphérie entre le corps 80 et l'entretoise 84. Le circuit imprimé 85 est plaqué contre l'entretoise par la pièce métallique 86 jouant le rôle d'électrode externe pour le circuit imprimé. La pièce 86, obtenue par exemple par filage, est sertie par molletage sur le corps comme l'indique la flèche sur la figure 8. Le corps et l'entretoise reçoivent des revêtements conducteurs superficiels 87 et 88 qui assurent les liaisons électriques entre les faces du diaphragme et le circuit imprimé, soit directement soit par l'intermédiaire de la pièce métallique 86. Le sertissage a pour effet d'une part d'engendrer un serrage diamétral assurant le contact du revêtement conducteur 88 sur l'épaulement 89 de la pièce 86, d'autre part de serrer axialement l'empilement et d'assurer un encastrement efficace du diaphragme. D'autres moyens d'assemblage de la capsule sont possibles en mettant à profit l'aptitude des matières plastiques au collage ou à la soudure, notamment par ultrasons.The method of assembling the capsule by bolting can be maintained if a forgeable plastic is used. However, this tightening and assembly process is generally better suited to metals than plastics. FIG. 8 is a view in meridian section of a capsule with a molded plastic body and spacer, the crimping being carried out by knurling. Note in this figure a body 80 comprising a wall 81 pierced with holes 82. The diaphragm 83 is clamped at its periphery between the body 80 and the spacer 84. The printed circuit 85 is pressed against the spacer by the metal part 86 playing the role of external electrode for the printed circuit. The piece 86, obtained for example by spinning, is crimped on the body as indicated by the arrow in FIG. 8. The body and the spacer receive surface conductive coatings 87 and 88 which provide the electrical connections between the faces of the diaphragm and the printed circuit, either directly or by means of the metal part 86. The crimping has the effect on the one hand of generating a diametrical tightening ensuring the contact of the conductive coating 88 on the shoulder 89 of the part 86, on the other hand to tighten the stack axially and to ensure effective embedding of the diaphragm. Other means of assembling the capsule are possible by taking advantage of the ability of plastics to bond or weld, in particular by ultrasound.

A titre d'exemple de matériaux plastiques qui satisfont aux différents critères de tenue mécanique et thermique, d'aptitude à recevoir une charge conductrice ou un revêtement conducteur, on peut citer les polycarbonates de phénylène (renforcés ou non) et les polyoxydes de phénylènes modifiés au moyen de polystyrène ou de polyacrylonitrile. Pour fabriquer à partir de ces matériaux le corps et l'entretoise, on peut utiliser des techniques de moulage ou d'injection. L'emploi de matériaux plastiques est particulièrement bien adapté aux cas où il est impératif de réduire au maximum la dilatation différentielle entre le diaphragme et ses mors d'encastrement.By way of example of plastic materials which satisfy the various criteria of mechanical and thermal resistance, of ability to receive a conductive filler or a conductive coating, mention may be made of phenylene polycarbonates (reinforced or not) and polyphenylene oxide modified using polystyrene or polyacrylonitrile. To make the body and the spacer from these materials, molding or injection techniques can be used. The use of plastic materials is particularly well suited to cases where it is imperative to minimize the differential expansion between the diaphragm and its jaws.

Des transducteurs émetteurs à diaphragme piézoélectriques tels que : écouteurs, haut-parleurs ou vibrateurs peuvent être également conçus selon la structure faisant l'objet de la présente invention. Le circuit imprimé peut y jouer un simple rôle de support de connectique, mais peut aussi porter des composants électroniques comme dans le cas des microphones, afin si nécessaire d'intégrer à la capsule un amplificateur ou un générateur de signaux. Les composants acoustiques faisant monolithiquement partie du corps ou de l'entretoise peuvent être adaptés à l'application considérée notamment sous la forme de résonateurs ou de pavillons.Piezoelectric diaphragm emitting transducers such as: headphones, speakers or vibrators can also be designed according to the structure which is the subject of the present invention. The printed circuit can play a simple role of connection support there, but can also carry electronic components as in the case of microphones, so if necessary to integrate into the capsule an amplifier or a signal generator. The acoustic components which are monolithically part of the body or spacer can be adapted to the application considered in particular in the form of resonators or pavilions.

La capsule faisant l'objet de l'invention se prête très bien à la mise en oeuvre de matériaux visco-élastiques en contact avec le diaphragme afin de réaliser des moyens acoustiques de filtrage et d'amortissement. Ces matériaux peuvent remplir les cavités définies par le corps et l'entretoise. Un coussin de mousse ou d'élastomère peut par exemple être assemblé avec les autres pièces. On peut également envisager d'injecter dans les cavités après assemblage une dose d'une résine subissant une forte expansion de volume à la polymérisation par exemple une mousse de la marque déposée RHODORSIL.The capsule which is the subject of the invention lends itself very well to the use of visco-elastic materials in contact with the diaphragm in order to produce acoustic filtering and damping means. These materials can fill the cavities defined by the body and the spacer. A foam or elastomer cushion can for example be assembled with the other parts. One can also consider injecting into the cavities after assembly a dose of a resin undergoing a large expansion of volume upon polymerization, for example a foam of the registered trademark RHODORSIL.

De tels procédés peuvent être employés comme moyens d'amortissement dans un transducteur aérien, mais permettent en outre d'étendre l'invention à l'encapsulation de transducteurs piézoélectriques sous-marins. Dans de tels dispositifs, le remplissage des cavités adjacentes au diaphragme par un matériau approprié (résine de polyuréthane par exemple) peut assurer l'une ou plusieurs des fonctions suivantes : étanchéité, adaptation d'impédance acoustique, résistance du diaphragme à l'action de fortes pressions hydrostatiques.Such methods can be used as damping means in an overhead transducer, but also make it possible to extend the invention to the encapsulation of underwater piezoelectric transducers. In such devices, filling the cavities adjacent to the diaphragm with an appropriate material (polyurethane resin for example) can ensure one or more of the following functions: sealing, adaptation of acoustic impedance, resistance of the diaphragm to the action of high hydrostatic pressures.

La figure 9 est une vue en coupe méridienne d'une capsule microphonique selon une variante de l'invention. Elle diffère de la capsule représentée à la figure 3 par la présence d'une bague située vers l'avant de la capsule. Elle comprend un corps 90, une bague d'encastrement avant 91, une entretoise 92, une chemise isolante 93, un circuit imprimé 94 supportant des composants électroniques et sur lequel sont fixées des cosses de sortie telles que 95. Le diaphragme 96 est encastré entre la bague 91 et l'entretoise. Un film protecteur 97 est maintenu entre le corps 90 et la bague 91. Le corps est percé sur la face avant de la capsule de trous 98. Il est préserti par molletage suivant une circonférence 99 sur la bague d'encastrement. Ce présertissage contribue au serrage du film protecteur et à assurer la liaison électrique entre l'électrode située sur la face avant du diaphragme et la face arrière du circuit imprimé. L'entretoise assure la liaison électrique entre l'électrode située sur la face arrière du diaphragme et la face interne du circuit imprimé. Le corps, la bague et l'entretoise doivent donc être conducteurs électriquement. La mise en forme de la réponse en fréquence est assurée par les cavités et orifices pratiqués dans la bague 91. Ce dispositif permet une réalisation mécanique plus facile du corps par rapport à la figure 3, la bague d'encastrement possède ses angles vifs mieux faits et le film protecteur est mieux fixé.Figure 9 is a meridian sectional view of a microphone capsule according to a variant of the invention. It differs from the capsule shown in Figure 3 by the presence of a ring located towards the front of the capsule. It comprises a body 90, a front embedding ring 91, a spacer 92, an insulating jacket 93, a printed circuit 94 supporting electronic components and on which are fixed output terminals such as 95. The diaphragm 96 is embedded between the ring 91 and the spacer. A protective film 97 is held between the body 90 and the ring 91. The body is pierced on the front face of the capsule of holes 98. It is pre-formed by knurling along a circumference 99 on the embedding ring. This pre-tightening contributes to the tightening of the protective film and to ensuring the electrical connection between the electrode situated on the front face of the diaphragm and the rear face of the printed circuit. The spacer provides the electrical connection between the electrode located on the rear face of the diaphragm and the internal face of the printed circuit. The body, the ring and the spacer must therefore be electrically conductive. The frequency response is shaped by the cavities and orifices made in the ring 91. This device allows an easier mechanical production of the body compared to FIG. 3, the embedding ring has its sharp angles better made and the protective film is better fixed.

La figure 10 est un schéma possible du préamplificateur du microphone. Le circuit 100 correspond à la capsule microphonique. La tension Ve délivrée par le diaphragme est symbolisée par le générateur de tension 101, Ca représente sa capacité active (environ 83 pF), Cp la capacité parasite de la capsule (environ 64 pF). Le circuit 102 est un montage DARLINGTON se présentant sous la forme d'un microboîtier. R1 est une résistance d'une dizaine de mégohms, R est une résistance ajustable. Le circuit 100 est relié par un câble de raccordement à un poste de traitement du signal comprenant un circuit d'alimentation 103 et un circuit de transmission 104. Le circuit 103 permet d'alimenter en tension continue (+ V, - V) le circuit 100 par l'intermédiaire des résistances Ra (environ 3 k Ω). Il permet également de transmettre le signal venant de la capsule par l'intermédiaire des capacités de liaison C au circuit de transmission 104 dont on n'a représenté que l'impédance d'entrée Ze. Ze est généralement de l'ordre de 100 à 200 Q .Figure 10 is a possible diagram of the microphone preamplifier. Circuit 100 corresponds to the microphone capsule. The voltage Ve delivered by the diaphragm is symbolized by the voltage generator 101, Ca represents its active capacity (approximately 83 pF), Cp the parasitic capacity of the capsule (approximately 64 pF). Circuit 102 is a DARLINGTON assembly in the form of a micro-housing. R 1 is a resistance of ten megohms, R is an adjustable resistance. The circuit 100 is connected by a connection cable to a signal processing station comprising a supply circuit 103 and a transmission circuit 104. The circuit 103 makes it possible to supply direct voltage (+ V, - V) to the circuit 100 via Ra resistors (approximately 3 k Ω). It also makes it possible to transmit the signal coming from the capsule via the connection capacitors C to the transmission circuit 104 of which only the input impedance Ze has been shown. Ze is generally in the range of 100 to 200 Q.

La résistance R peut être ajustée de l'extérieur de la capsule par un trou pratiqué dans le circuit imprimé. Ce réglage peut se faire par faisceau laser.The resistance R can be adjusted from the outside of the capsule by a hole made in the printed circuit. This adjustment can be made by laser beam.

La réponse en fréquence du préamplificateur est fonction des valeurs données à la résistance R et à l'impédance Ze. La figure 11 est un diagramme montrant l'influence de la résistance R sur le gain du préamplificateur Gv =

Figure imgb0008
(Vs étant sa tension de sortie) en fonction de la fréquence f. Cette figure a été tracée en prenant Ze = 200 Ω et pour quatre valeurs de R : R = 100 Q (courbe 110), R = 200 Ω (courbe 111), R = 300 Ω (courbe 112), R = 400 Q (courbe 113). L'étalonnage de l'axe des ordonnées a été réalisé en prenant pour origine des décibels Gy = 0,43. Au vu de la figure 11, on constate que le gain Gv diminue lorsque R augmente.The frequency response of the preamplifier is a function of the values given to the resistance R and to the impedance Ze. FIG. 11 is a diagram showing the influence of the resistance R on the gain of the preamplifier Gv =
Figure imgb0008
(Vs being its output voltage) as a function of frequency f. This figure was drawn by taking Ze = 200 Ω and for four values of R: R = 100 Q (curve 110), R = 200 Ω (curve 111), R = 300 Ω (curve 112), R = 400 Q ( curve 113). The calibration of the ordinate axis was carried out taking decibels Gy = 0.43 as an origin. In view of Figure 11, we see that the gain Gv decreases when R increases.

Le coefficient de température de la résistance R peut être avantageusement choisi pour procurer une compensation de la variation de sensibilité du diaphragme avec la température.The temperature coefficient of resistance R can advantageously be chosen to provide compensation for the variation in sensitivity of the diaphragm with temperature.

La figure 12 est un diagramme donnant l'allure du gain Gv en fonction de la fréquence f avec pour paramètre l'impédance d'entrée Ze. Cette figure a été tracée pour R = 200 Ω et pour trois valeurs de Ze : Ze = 100 n (courbe 120), Ze = 200 Q (courbe 121) et Ze = 430 Ω (courbe 122). L'étalonnage de l'axe des ordonnées a été réalisé en prenant pour origine des décibels Gv = 0,43. Au vu de la figure 12,on constate que le gain Gv augmente lorsque Ze augmente. Les courbes des figures 11 et 12 indiquent la possibilité d'un compromis entre le gain de la capsule avec son préamplificateur et la fréquence de coupure basse du système microphonique.FIG. 12 is a diagram giving the shape of the gain Gv as a function of the frequency f with the input impedance Ze as a parameter. This figure has been plotted for R = 200 Ω and for three values of Ze: Ze = 100 n (curve 120), Ze = 200 Q (curve 121) and Ze = 430 Ω (curve 122). The calibration of the ordinate axis was carried out taking Gv = 0.43 decibels as an origin. In view of Figure 12, we see that the gain Gv increases when Ze increases. The curves in FIGS. 11 and 12 indicate the possibility of a compromise between the gain of the capsule with its preamplifier and the low cut-off frequency of the microphone system.

Il entre dans le cadre de l'invention d'appliquer la structure de la capsule microphonique au cas le plus général : microphones à diaphragme piézoélectrique polymère ou minéral plan ou non plan, encastré ou maintenu par tout autre moyen de fixation entre des mors. L'invention est également applicable aux cas de transducteurs fonctionnant en émetteurs.It is within the scope of the invention to apply the structure of the microphone capsule to the most general case: microphones with planar or non-planar piezoelectric polymer or mineral diaphragm, embedded or held by any other means of attachment between jaws. The invention is also applicable to cases of transducers operating as transmitters.

Claims (31)

1. Transducteur électroacoustique dont l'élément vibrant est constitué par un diaphragme piézoélectrique soumis à la pression acoustique sur l'une au moins de ses faces, les faces de ladite structure étant munies d'électrodes formant condensateur reliées à un circuit électrique disposé sur un circuit imprimé, ledit diaphragme et ledit circuit électrique étant enfermés dans un boîtier, ledit transducteur comprenant des moyens d'encastrement dudit diaphragme, des moyens de connexions électriques desdites électrodes audit circuit électrique et au moins un filtre acoustique passe-bas, caractérisé en ce que ledit boîtier est constitué par un corps de forme tubulaire dont le fond est une paroi percée correspondant à la face avant du transducteur, ledit corps coopérant avec une entretoise pour assurer l'encastrement du diaphragme, ledit corps coopérant avec ledit circuit imprimé pour assurer la fermeture du transducteur et le positionnement de l'entretoise, les moyens de connexions électriques étant assurés par le corps et l'entretoise, ladite paroi et le diaphragme définissant un espace constituant ledit filtre.1. Electroacoustic transducer, the vibrating element of which consists of a piezoelectric diaphragm subjected to acoustic pressure on at least one of its faces, the faces of said structure being provided with electrodes forming a capacitor connected to an electrical circuit arranged on a printed circuit, said diaphragm and said electrical circuit being enclosed in a housing, said transducer comprising means for embedding said diaphragm, means for electrical connection of said electrodes to said electrical circuit and at least one low-pass acoustic filter, characterized in that said housing is constituted by a tubular body whose bottom is a perforated wall corresponding to the front face of the transducer, said body cooperating with a spacer to ensure the embedding of the diaphragm, said body cooperating with said printed circuit to ensure closure of the transducer and the positioning of the spacer, the electrical connection means s being provided by the body and the spacer, said wall and the diaphragm defining a space constituting said filter. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit diaphragme est en polymère ou en alliage de polymères.2. Transducer according to claim 1, characterized in that said diaphragm is made of polymer or of a polymer alloy. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit polymère est en polyfluorure de vinylidène ou en copolymère de polyfluorure de vinylidène.3. Transducer according to claim 2, characterized in that said polymer is made of polyvinylidene fluoride or of polyvinylidene fluoride copolymer. 4. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps et l'entretoise sont métalliques.4. Transducer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the body and the spacer are metallic. 5. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps et l'entretoise sont en aluminium.5. Transducer according to claim 4, characterized in that the body and the spacer are made of aluminum. 6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps (3I) et l'entretoise (40) ont subi un traitement chimique anti-corrosion.6. Transducer according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the body (3I) and the spacer (40) have undergone an anti-corrosion chemical treatment. 7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chemise isolante (39) réalisée dans un matériau présentant une faible constante diélectrique, ladite chemise assurant l'isolation électrique du corps (31) et de l'entretoise (40).7. A transducer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it further comprises an insulating jacket (39) made of a material having a low dielectric constant, said jacket ensuring the electrical insulation of the body (31 ) and the spacer (40). 8. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite chemise isolante présente des évidements périphériques (45, 46).8. A transducer according to claim 7, characterized in that said insulating jacket has peripheral recesses (45, 46). 9. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend sur sa face avant un film imperméable (34).9. A transducer according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises on its front face an impermeable film (34). 10. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une coupelle percée (35) placée en face avant dudit transducteur et définissant avec ladite paroi (32) une cavité (38) constituant un filtre passe-bas.10. Transducer according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a pierced cup (35) placed on the front face of said transducer and defining with said wall (32) a cavity (38) constituting a pass filter -low. 11. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit circuit imprimé (41) comporte au moins un orifice assurant une fuite égalisatrice de pression statique entre les deux faces du circuit imprimé.11. Transducer according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said printed circuit (41) comprises at least one orifice ensuring a static pressure equalizing leak between the two faces of the printed circuit. 12. Transducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite fuite égalisatrise s'effectue par des ruptures d'étanchéité des serrages de l'entretoise (40) et du corps (32) serti sur le circuit imprimé, lesdites ruptures d'étanchéité étant réalisées par des défauts de gravure dudit circuit imprimé.12. A transducer according to claim 11, characterized in that said equalizing leak is effected by ruptures in the tightness of the clamps of the spacer (40) and of the body (32) crimped on the printed circuit, said ruptures in sealing being produced by etching faults in said printed circuit. 13. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que des ruptures d'étanchéité entre ledit boîtier (90) et l'un desdits moyens d'encastrement (91) sont prévues afin d'assurer une mise à la pression atmosphérique de la face avant dudit diaphragme.13. Transducer according to any one of claims 9 to 12, characterized in that sealing ruptures between said housing (90) and one of said embedding means (91) are provided in order to ensure a setting the atmospheric pressure of the front face of said diaphragm. 14. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'encastrement dudit diaphragme contribue à lui donner une forme bombée.14. Transducer according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the embedding of said diaphragm contributes to giving it a domed shape. 15. Transducteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que, H étant la flèche du diaphragme et D le diamètre de sa partie non encastrée, la relation
Figure imgb0009
≥ 0,04 soit satisfaite.
15. A transducer according to claim 14, characterized in that, H being the arrow of the diaphragm and D the diameter of its non-embedded part, the relation
Figure imgb0009
≥ 0.04 is satisfied.
16. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'au moins l'une des pièces d'encastrement (80, 84) du diaphragme est en matière plastique.16. A transducer according to any one of claims 1 to 15, characterized in that at least one of the mounting parts (80, 84) of the diaphragm is made of plastic. 17. Transducteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite matière plastique possède une température de transition vitreuse supérieure à la température maximale d'utilisation du transducteur.17. Transducer according to claim 16, characterized in that said plastic material has a glass transition temperature higher than the maximum temperature of use of the transducer. 18. Transducteur selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que lesdites pièces d'encastrement sont rendues conductrices par incorporation d'éléments conducteurs.18. Transducer according to one of claims 16 or 17, characterized in that said embedding parts are made conductive by incorporation of conductive elements. 19. Transducteur selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que lesdites pièces d'encastrement possèdent des éléments de leur surface rendus conducteurs par un revêtement conducteur (87, 88).19. Transducer according to one of claims 16 or 17, characterized in that said mounting parts have elements of their surface made conductive by a conductive coating (87, 88). 20. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que ladite matière plastique est à base de polycarbonate.20. A transducer according to any one of claims 16 to 19, characterized in that said plastic material is based on polycarbonate. 21. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que ladite matière plastique est à base de polyoxyde de phénylène.21. A transducer according to any one of claims 16 to 19, characterized in that said plastic material is based on polyphenylene oxide. 22. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ledit diaphragme est en contact avec un élément viscoélastique servant d'amortisseur.22. Transducer according to any one of claims 1 to 21, characterized in that said diaphragm is in contact with a viscoelastic element serving as a shock absorber. 23. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ledit boîtier comprend en outre une bague conductrice (91) placée entre le diaphragme (96) et le fond dudit corps (90), cette bague assurant des fonctions d'encastrement du diaphragme et de filtrage acoustique.23. Transducer according to any one of claims 1 to 22, characterized in that said housing further comprises a conductive ring (91) placed between the diaphragm (96) and the bottom of said body (90), this ring ensuring functions diaphragm fitting and acoustic filtering. 24. Procédé de fabrication d'un transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que l'assemblage du transducteur est maintenu par la liaison mécanique du corps (31) et du circuit imprimé (41), cette liaison assurant le pressage de l'entretoise (40) sur le diaphragme (30).24. A method of manufacturing a transducer according to any one of claims 1 to 23, characterized in that the assembly of the transducer is maintained by the mechanical connection of the body (31) and the printed circuit (41), this connection ensuring the pressing of the spacer (40) on the diaphragm (30). 25. Procédé de fabrication selon la revendication 24, caractérisé en ce que ladite liaison mécanique résulte du sertissage dudit corps sur ledit circuit imprimé.25. The manufacturing method according to claim 24, characterized in that said mechanical connection results from the crimping of said body on said printed circuit. 26. Procédé de fabrication selon la revendication 25 caractérisé en ce que ledit sertissage est réalisé par un bouterollage rotatif.26. The manufacturing method according to claim 25 characterized in that said crimping is carried out by a rotary die-cutting. 27. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 24 à 26, caractérisé en ce que ledit transducteur subit, après assemblage, un traitement thermique de stabilisation dimensionnelle du diaphragme.27. The manufacturing method according to any one of claims 24 to 26, characterized in that said transducer undergoes, after assembly, a heat treatment for dimensional stabilization of the diaphragm. 28. Procédé de fabrication selon la revendication 27, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est effectué à 90° C pendant 1 heure.28. The manufacturing method according to claim 27, characterized in that said heat treatment is carried out at 90 ° C for 1 hour. 29. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 24 à 26, caractérisé en ce que ledit sertissage est effectué à une température proche de la plus basse température de fonctionnement dudit transducteur.29. Manufacturing method according to one of claims 24 to 26, characterized in that said crimping is carried out at a temperature close to the lowest operating temperature of said transducer. 30. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 24 à 29, caractérisé en ce que ledit diaphragme est préformé avant l'assemblage du transducteur.30. The manufacturing method according to any one of claims 24 to 29, characterized in that said diaphragm is preformed before assembly of the transducer. 31. Procédé de fabrication selon la revendication 30, caractérisé en ce que ledit préformage est effectué à la découpe dudit diaphragme.31. The manufacturing method according to claim 30, characterized in that said preforming is carried out by cutting out said diaphragm.
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