EP2881806A1 - Membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale - Google Patents

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EP2881806A1
EP2881806A1 EP13196237.5A EP13196237A EP2881806A1 EP 2881806 A1 EP2881806 A1 EP 2881806A1 EP 13196237 A EP13196237 A EP 13196237A EP 2881806 A1 EP2881806 A1 EP 2881806A1
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EP
European Patent Office
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membrane
central portion
conical
side wall
watch
Prior art date
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EP13196237.5A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP2881806B1 (fr
Inventor
Polychronis Nakis Karapatis
Younes Kadmiri
Davide Sarchi
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Montres Breguet SA
Original Assignee
Montres Breguet SA
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Publication date
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Priority to CH02033/13A priority patent/CH708956B1/fr
Priority to US14/527,184 priority patent/US9658601B2/en
Priority to JP2014236219A priority patent/JP5981978B2/ja
Priority to CN201410749017.7A priority patent/CN104698809B/zh
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Priority to HK15111846.6A priority patent/HK1211090A1/xx
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    • G04B37/0075—Cases with means to enhance sound transmission
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B21/00—Indicating the time by acoustic means
    • G04B21/02—Regular striking mechanisms giving the full hour, half hour or quarter hour
    • G04B21/08—Sounding bodies; Whistles; Musical apparatus
    • G—PHYSICS
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
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    • G10K1/06—Devices in which sound is produced by striking a resonating body, e.g. bells, chimes or gongs the resonating devices having the shape of a bell, plate, rod, or tube
    • G10K1/08—Details or accessories of general applicability
    • G10K1/10—Sounding members; Mounting thereof; Clappers or other strikers
    • G—PHYSICS
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/20—Sounding members
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
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    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
    • H04R7/127—Non-planar diaphragms or cones dome-shaped

Definitions

  • the invention relates to an acoustic radiation membrane for a musical watch, or a striking watch.
  • a striking mechanism can be provided in a watch movement so as to generate a sound or a music.
  • the timbre of the bell watch or the keyboard of the musical watch are generally placed in the watch case.
  • These pieces of clothing are for example the middle part, the bezel, the ice and the bottom of the watch case. These large pieces of clothing begin to radiate sound in the air under the effect of transmitted vibrations.
  • a sound is produced either by a stamp struck by a hammer or by one or more blades of the vibrating keyboard, these pieces of clothing are able to radiate the sound produced in the air.
  • the acoustic efficiency based on the complex vibro-acoustic transduction of the trim pieces, is low.
  • the material, geometry and boundary conditions of the trim pieces must be taken into account.
  • the configurations of these pieces of clothing are also dependent on the aesthetics of the watch and operating constraints, which may limit the possibilities of adaptation.
  • a membrane disposed inside the watch box.
  • the membrane must be dimensioned so that all the notes generated by the vibration of one or more timbres, or the blades of a keyboard is radiated effectively. It is therefore important that the frequencies of the notes are close to those of the eigen modes of the membrane to enable it to come into resonance.
  • the patent application EP 2 461 219 A1 which describes an acoustic radiation membrane for a musical watch or bell.
  • This acoustic membrane has a general shape of bowl with its peripheral edge sandwiched between a part of the middle part and the bottom of the watch case.
  • This membrane is designed with one or two asymmetrically shaped regions formed in the membrane material. The two regions excavated in the general thickness of the membrane are of different size. These two regions form ellipses, which are offset from each other with respect to the center of the membrane and overlap in part. With these ellipses in the membrane, it is possible to have a double number of eigen modes of vibration for each ellipse with respect to a circular-shaped region. However, this does not make it possible to increase the bandwidth of a vibratory mode of the membrane to obtain an amplified vibratory response over a larger frequency band, which is a drawback.
  • the object of the invention is therefore to overcome the drawbacks of the above-mentioned state of the art by providing an acoustic radiation membrane for a musical watch or a striking watch, made in such a way as to obtain an amplified vibratory response of the membrane on a greater bandwidth of frequencies.
  • the invention relates to an acoustic radiation membrane comprising the characteristics defined in independent claim 1.
  • An advantage of the acoustic radiation membrane lies in the fact that with a central portion of convex or conical shape, the vibration amplitude can be increased especially in the frequency band from 500 Hz to 3.5 kHz.
  • the acoustic response of the membrane is substantially improved compared to a traditional solution throughout the range of interest rates.
  • the first mode of vibration of each generated note is therefore at least in the frequency range between 500 Hz and 3.5 kHz.
  • the width of the peak of the first mode of vibration is greater than for a flat-bottomed membrane of the state of the art.
  • the membrane may be made of amorphous metal or metal glass, or also of gold or platinum, or even brass, titanium, aluminum or another material having a density, a Young's modulus and an elastic limit , which are similar.
  • the widening of the soundtrack can be combined with a very low internal damping, which makes it possible to obtain a very good sound output.
  • the acoustic radiation membrane is made with a complex shape to amplify the vibration amplitude of different notes generated in a watch case.
  • the membrane is dimensioned in such a way as to amplify in particular the first mode of vibration in a frequency band of 500 Hz to 3.5 kHz.
  • the Figures 1a and 1b represent a first embodiment of the acoustic radiation membrane 1, which can equip a musical watch or a bell watch.
  • the acoustic radiation membrane 1 may be in plan view of a generally rectangular, or polygonal or preferably circular shape as shown in FIG. figure 1a .
  • the membrane 1 is configured for example in the form of a bowl with an active central portion 2, which is generally convex, and a cylindrical side wall 3, which is terminated by a peripheral edge 4.
  • the active central portion 2 is preferably curved towards the outside of the bowl, but could also be curved on the inside of said bowl.
  • the active central part 2 represents in this case a bottom of the membrane.
  • the active central portion 2, the side wall 3 with the peripheral edge 4 generally form a single piece of the same material, which may be metallic.
  • peripheral edge instead of a peripheral edge, it can be provided a border in the form of several peripheral portions distributed around the perimeter of the side wall 3 for fixing the membrane in a watch case.
  • the acoustic radiation membrane 1 may be formed in one piece in a material, which may be amorphous metal or metallic glass in the example described and with reference to figures 3 and 4 explained below.
  • this membrane can be made of another material, such as gold or platinum, or even brass, titanium, aluminum for example with a density, a Young's modulus and an elastic limit, which are similar.
  • the domed central portion 2 further comprises a mass 2 'added to the center of the domed central portion.
  • This mass 2 ' may be an additional piece fixed on the active central part 2 or preferably of material with the active central portion 2 and only define an extra thickness of the material near the center of the membrane 1.
  • This mass 2' added to the central portion 2 reduces the first natural frequency of the radiated note, but without reducing the stiffness of said membrane.
  • the membrane may be made of two materials M1 and M2, which have different mechanical properties.
  • the added mass may in particular be made in the material M2, while the rest of the membrane may be made of a material M1.
  • the domed or conical central part can be made by depositing a material M2 on a membrane made of a different material M1.
  • the acoustic membrane 1 can be mounted in a not shown watch case with its peripheral edge 4, which is traditionally clamped between the bottom and the middle of the watch case with a seal.
  • the domed central portion is non-contact with other parts of the watch so as to freely vibrate according to its fundamental mode of vibration. It is of mono-polar spatial form and therefore very acoustically effective.
  • the central portion 2 is disposed close to and without contact with the bottom of the watch case. According to Figures 1a and 1b , which represent the membrane according to views from below, the central portion 2 is generally domed on the bottom side of the watch case.
  • the convex central portion 2 from its connection to the side wall 3 may have a diameter greater than 15 mm and preferably between 20 and 40 mm. This diameter may be substantially equivalent to that of an ice cream shows not shown, since the peripheral edge 4 can be pinched between a peripheral support of the bottom of the watch case and a circular inner rim of the middle part.
  • the thickness of the central portion 2 may be identical at any point except at the location of the added mass 2 '. This thickness may be greater than 50 microns and preferably less than 1 mm, while the thickness of the extra thickness 2 'of the central portion may be for example twice the thickness of the surrounding central portion.
  • the extra thickness 2 ' may be circular in plan view of diameter greater than 1.5 mm and preferably between 2 and 4 mm, and extending towards the center of the bowl.
  • the domed central portion 2 is thus dimensioned according to the material constituting it so as to amplify the vibration in the frequency band from 500 Hz to 3.5 kHz.
  • the acoustic response of the membrane is thus substantially improved in this frequency band.
  • the first mode of vibration of each note generated is therefore at least in the frequency range between 500 Hz and 3.5 kHz.
  • the thickness of the central portion 2 of the membrane 1 may be variable.
  • the thickness may for example be greater in the center of the central portion independently of the added mass 2 'and gradually decrease, for example in a linear manner, to the periphery of the central portion 2. It may also be expected that this thickness varies in crenellations from the center to the periphery of the central portion 2. Other variations in thickness of this central portion may be envisaged so as to ensure an amplification of the first vibration mode of the notes generated in the frequency range between 500 Hz and 3.5 kHz.
  • the convex central portion 2 may be a spherical cap.
  • the angle ⁇ may be between 3 ° and 8 °, preferably between 4 ° and 5 °.
  • the height h of the spherical cap may be of the order of 0.3 mm, whereas for a diameter of 40 mm, the height h of the spherical cap may be of the order of 0.8 mm.
  • the radius of the spherical cap can be defined N times higher, especially between 6 and 8 times greater than the diameter of the central portion.
  • domed central portion 2 may be of ovoidal shape or be composed of several convex portions intersecting or spaced apart from one another.
  • the Figures 2a and 2b represent a second embodiment of the acoustic radiation membrane 1, which can equip a musical watch or a bell watch.
  • the acoustic radiation membrane 1 may be in plan view of a generally rectangular, or polygonal or preferably circular shape as shown in FIG. figure 2a as defined for the first embodiment.
  • the dimensions and the material used for producing the membrane 1 of the second embodiment are similar to those defined for the first embodiment. For simplicity, it will not be repeated the description of these dimensions or material.
  • the central portion 12 of the acoustic radiation membrane 1 is generally conical. This conical shape preferably extends outwardly of the bowl-shaped membrane, which further comprises the side wall 3 and the peripheral edge 4 for holding the membrane in the watch case.
  • the central portion may preferably be composed of two conical portions 12, 12 ', which are concentric and connected to each other.
  • the first conical portion 12 starts from the center of the membrane 1 and is configured with a first opening angle with respect to the central axis of the membrane.
  • the second conical portion 12 ' starts from the periphery of the first portion 12 and ends at the side wall 3 with a second opening angle different from the first opening angle.
  • the second opening angle is smaller than the first opening angle.
  • the first opening angle may be of the order of 86 °, while the second opening angle may be of the order of 79 °.
  • the border 4 with the side wall 3 are made of material with the two conical portions 12, 12 'to form a single piece.
  • the thickness of each conical portion 12, 12 ' may be identical at any point. However, it can be expected that this thickness decreases linearly from the center to the periphery of the membrane. This thickness may be greater than 50 ⁇ m and preferably less than 1 mm.
  • the diameter of the first conical portion 12 may be between 80% and 90%, preferably close to 85% of the diameter of the complete central portion. For a diameter of the central portion of 15 mm, the diameter of the first conical portion 12 may be of the order of 12.5 mm, while for a diameter of the central portion of 40 mm, the diameter of the first conical portion 12 can be of the order of 33 mm. However, the dimensions of the first and second conical portions 12, 12 'may be different from those mentioned above and with a second opening angle, which may also be greater than the first opening angle.
  • an acoustic radiation membrane having a central portion in curved or conical form allows substantially more than a factor of 2 to be removed, the fundamental mono-polar vibration mode acoustically effective of all the other modes of excited vibration. These other modes of vibration have a multipolar distortion and are acoustically ineffective.
  • the advantage is that, according to this construction, the membrane vibrates in a mono-polar deformation even in the presence of a significant frequency disagreement between the activation frequency and the resonance frequency of the fundamental mode.
  • the figure 3 represents a graph of the frequency response, integrated over the entire volume of the membrane, the amplitude of the speed according to the normal to the membrane.
  • R (f) ⁇ Vol
  • the figure 4 represents a graph of the ratio between the frequency responses of the membranes of the first and second embodiments of the invention and the standard membrane.
  • the vibrational response is increased below and above the resonance frequency.
  • the first excited mode of vibration of the membrane according to the invention is at a frequency substantially greater than the frequency of the first excited mode of the standard membrane. This antiresonance phenomenon, which occurs for activation frequencies between the fundamental mode and the first excited mode of the membrane, is greatly reduced.
  • the fundamental mode is more easily activated, even in an inertial activation regime, at low frequency. This improves the response below the resonant frequency. In this way, the membrane is vibrated according to the spatial distortion of its fundamental mode even in the presence of a relatively important frequency disagreement.
  • the mass added to the central portion of the membrane may be placed at a location other than the center of the membrane and a plurality of added masses may also be provided. It can also be envisaged that the mass added to the central portion can be made of a material M2 different from a material M1, in which the other parts of the membrane are made.

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Abstract

La membrane (1) de rayonnement acoustique est prévue pour équiper une montre musicale ou une montre à sonnerie. La membrane en forme de cuvette comprend une partie centrale active (2, 2'), une paroi latérale (3) et une bordure périphérique (4) pour le maintien de la membrane dans une boîte de montre. La partie centrale est configurée sous une forme bombée ou sous une forme conique et de dimensions déterminées pour amplifier un premier mode de vibration d'une ou plusieurs notes dans une gamme de fréquence entre 500 Hz et 3.5 kHz.

Description

  • L'invention concerne une membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale, ou une montre à sonnerie.
  • Dans le domaine de l'horlogerie, un mécanisme de sonnerie peut être prévu dans un mouvement horloger de manière à générer un son ou une musique. Le timbre de la montre à sonnerie ou le clavier de la montre musicale sont disposés généralement dans la boîte de montre. Ainsi les vibrations du timbre ou des lames du clavier sont transmises aux différentes pièces d'habillage. Ces pièces d'habillage sont par exemple la carrure, la lunette, la glace et le fond de la boîte de montre. Ces grandes pièces d'habillage se mettent à rayonner du son dans l'air sous l'effet des vibrations transmises. Lorsqu'un son est produit soit par un timbre frappé par un marteau, soit par une ou plusieurs lames du clavier en vibration, ces pièces d'habillage sont capables de rayonner le son produit dans l'air.
  • De manière conventionnelle dans une telle montre musicale ou à sonnerie, le rendement acoustique, sur la base de la transduction vibro-acoustique complexe des pièces d'habillage, est faible. Pour améliorer et augmenter le niveau acoustique perçu par l'utilisateur de la montre à sonnerie ou musicale, il doit être tenu compte de la matière, de la géométrie et des conditions aux limites des pièces d'habillage. Les configurations de ces pièces d'habillage sont aussi dépendantes de l'esthétique de la montre et des contraintes de fonctionnement, ce qui peut limiter les possibilités d'adaptation.
  • Pour améliorer encore le rendement vibro-acoustique du mécanisme de sonnerie, il peut être prévu une membrane disposée à l'intérieur de la boîte de montre. La membrane doit être dimensionnée pour que l'ensemble des notes générées par la vibration d'un ou plusieurs timbres, ou des lames d'un clavier soit rayonné efficacement. Il est de ce fait important que les fréquences des notes soient proches de celles des modes propres de la membrane pour lui permettre d'entrer en résonance.
  • On constate à ce titre qu'une forte densité modale sur une bande de fréquences restreinte par exemple entre 500 Hz et 3.5 kHz est difficile à obtenir, car cette caractéristique n'est compatible qu'avec des membranes de très faible raideur ou de très grande masse. Ces deux caractéristiques ne sont pas avantageuses, parce qu'en réduisant la fréquence du premier mode de résonance autour de 1'000 Hz de cette manière, la fréquence des modes excités, très peu performants acoustiquement, est aussi réduite en dessous de 4'000 Hz. L'énergie mécanique est alors dissipée dans des modes de vibration de la membrane peu efficaces acoustiquement. Le rendement de rayonnement, qui est défini logiquement comme le rapport entre l'énergie de l'onde acoustique rayonnée divisée par l'énergie totale transférée à la membrane, est alors réduit sur quasiment toute la bande fréquentielle d'intérêt. Il est donc difficile d'obtenir une résonance sur chaque note générée du mécanisme de sonnerie, ce qui constitue un inconvénient des membranes de l'état de la technique.
  • On peut citer à ce titre la demande de brevet EP 2 461 219 A1 , qui décrit une membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale ou à sonnerie. Cette membrane acoustique a une forme générale de cuvette avec son bord périphérique pris en sandwich entre une partie de la carrure et le fond de la boîte de montre. Cette membrane est conçue avec une ou deux régions de forme asymétrique formée dans le matériau de la membrane. Les deux régions excavées dans l'épaisseur générale de la membrane sont de dimension différente. Ces deux régions forment des ellipses, qui sont décalées l'une de l'autre par rapport au centre de la membrane et se superposent en partie. Avec ces ellipses dans la membrane, il est possible d'avoir un nombre double de modes propres de vibration pour chaque ellipse par rapport à une région de forme circulaire. Cependant cela ne permet pas d'augmenter la largeur de bande d'un mode vibratoire de la membrane pour obtenir une réponse vibratoire amplifiée sur une plus grande bande de fréquences, ce qui constitue un inconvénient.
  • L'invention a donc pour but de pallier aux inconvénients de l'état de la technique susmentionné en fournissant une membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale ou une montre à sonnerie, réalisée de telle manière à obtenir une réponse vibratoire amplifiée de la membrane sur une plus grande largeur de bande de fréquences.
  • A cet effet, l'invention concerne une membrane de rayonnement acoustique comprenant les caractéristiques définies dans la revendication indépendante 1.
  • Des formes particulières de la membrane de rayonnement acoustique sont définies dans les revendications dépendantes 2 à 22.
  • Un avantage de la membrane de rayonnement acoustique réside dans le fait qu'avec une partie centrale de forme bombée ou de forme conique, l'amplitude de vibration peut être augmentée notamment sur la bande de fréquences de 500 Hz à 3.5 kHz. Avec une telle forme complexe géométrique de la membrane acoustique dans un matériau déterminé et d'une épaisseur générale définie avec des dimensions en plan, comparables aux dimensions en plan d'une boîte ou glace de montre, la réponse acoustique de la membrane est sensiblement améliorée par rapport à une solution traditionnelle dans tout l'intervalle de fréquences d'intérêt.
  • Avantageusement, il est ainsi possible de garantir une amplification d'un ensemble de notes générées dans la montre musicale ou à sonnerie. Le premier mode de vibration de chaque note générée se trouve donc au moins dans la gamme de fréquences entre 500 Hz et 3.5 kHz. De plus la largeur du pic du premier mode de vibration est plus importante que pour une membrane à fond plat de l'état de la technique.
  • Avantageusement, la membrane peut être réalisée en métal amorphe ou en verre métallique, ou également en or ou en platine, voire en laiton, en titane, en aluminium ou dans un autre matériau ayant une densité, un module d'Young et une limite élastique, qui sont similaires. Avec une telle membrane, l'élargissement de la bande sonore peut être combiné avec un amortissement interne très faible, ce qui permet d'obtenir un très bon rendement sonore.
  • Les buts, avantages et caractéristiques de la membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale ou une montre à sonnerie apparaîtront mieux dans la description suivante sur la base de formes d'exécution non limitatives illustrées par les dessins sur lesquels :
    • les figures 1a et 1b représentent de manière simplifiée une vue tridimensionnelle et une coupe diamétrale selon I-I de la figure 1a d'une première forme d'exécution de la membrane de rayonnement acoustique selon l'invention,
    • les figures 2a et 2b représentent de manière simplifiée une vue tridimensionnelle et une coupe diamétrale selon II-II de la figure 2a d'une seconde forme d'exécution de la membrane de rayonnement acoustique selon l'invention,
    • la figure 3 représente un graphe de la réponse en fréquence, intégrée sur tout le volume de la membrane, de l'amplitude de la vitesse selon la normale à la membrane pour une membrane standard en verre métallique, une membrane en verre métallique selon la première forme d'exécution et une membrane en verre métallique selon la seconde forme d'exécution selon l'invention, et
    • la figure 4 représente un graphe du rapport entre les réponses en fréquence des membranes des première et seconde formes d'exécution selon l'invention et d'une membrane standard.
  • Dans la description suivante, il sera fait référence principalement à la configuration d'une membrane de rayonnement acoustique, pour équiper notamment une montre musicale, ou une montre à sonnerie. La membrane de rayonnement acoustique est réalisée avec une forme complexe pour amplifier l'amplitude de vibration de différentes notes générées dans une boîte de montre. La membrane est dimensionnée de telle manière à amplifier notamment le premier mode de vibration dans une bande de fréquences de 500 Hz à 3.5 kHz.
  • Les figures 1a et 1 b représentent une première forme d'exécution de la membrane de rayonnement acoustique 1, qui peut équiper une montre musicale ou une montre à sonnerie. En fonction de la forme de la boîte de montre, la membrane de rayonnement acoustique 1 peut être en vue de dessus d'une forme générale rectangulaire, ou polygonale ou de préférence circulaire comme représenté sur la figure 1a.
  • La membrane 1 est configurée par exemple sous la forme d'une cuvette avec une partie centrale active 2, qui est de forme générale bombée, et une paroi latérale 3 de forme cylindrique, qui est terminée par une bordure périphérique 4. La partie centrale active 2 est de préférence bombée vers l'extérieur de la cuvette, mais pourrait également être bombée du côté intérieur de ladite cuvette. La partie centrale active 2 représente dans ce cas de figure un fond de la membrane. La partie centrale active 2, la paroi latérale 3 avec la bordure périphérique 4 ne forment généralement qu'une seule pièce d'un même matériau, qui peut être métallique.
  • Il est à noter qu'en lieu et place d'une bordure périphérique, il peut être prévu une bordure sous forme de plusieurs portions périphériques réparties sur le pourtour de la paroi latérale 3 pour la fixation de la membrane dans une boîte de montre.
  • La membrane de rayonnement acoustique 1 peut être formée en une seule pièce dans un matériau, qui peut être du métal amorphe ou du verre métallique dans l'exemple décrit et en référence aux figures 3 et 4 expliquées ci-après. Toutefois cette membrane peut être réalisée dans un autre matériau, tel que l'or ou le platine, voire le laiton, le titane, l'aluminium par exemple avec une densité, un module d'Young et une limite élastique, qui sont similaires.
  • De préférence, la partie centrale bombée 2 comprend encore une masse 2' ajoutée au centre de la partie centrale bombée. Cette masse 2' peut être une pièce supplémentaire fixée sur la partie centrale active 2 ou de préférence venir de matière avec la partie centrale active 2 et définir uniquement une surépaisseur du matériau à proximité du centre de la membrane 1. Cette masse 2' ajoutée à la partie centrale 2 permet de diminuer la première fréquence propre de la note rayonnée, mais sans pour autant diminuer la raideur de ladite membrane.
  • Dans une variante de réalisation, la membrane peut être réalisée en deux matériaux M1 et M2, qui ont des propriétés mécaniques différentes. La masse ajoutée peut être notamment réalisée dans le matériau M2, alors que le reste de la membrane peut être réalisé dans un matériau M1. Il peut encore être envisagé, que la partie centrale bombée ou conique peut être réalisée par le dépôt d'un matériau M2 sur une membrane réalisée dans un matériau M1 différent.
  • La membrane acoustique 1 peut être montée dans une boîte de montre non représentée avec sa bordure périphérique 4, qui est pincée de manière traditionnelle entre le fond et la carrure de la boîte de montre avec une garniture d'étanchéité. Après montage de la membrane dans la boîte de montre, la partie centrale bombée est sans contact avec d'autres pièces de la montre de manière à pouvoir librement vibrer selon son mode fondamental de vibration. Elle est de forme spatiale mono-polaire et donc très efficace acoustiquement. La partie centrale 2 est disposée à proximité et sans contact du fond de la boîte de montre. Selon les figures 1a et 1b, qui représentent la membrane selon des vues de dessous, la partie centrale 2 est généralement bombée du côté du fond de la boîte de montre.
  • La partie centrale bombée 2 depuis sa liaison à la paroi latérale 3 peut avoir un diamètre supérieur à 15 mm et de préférence entre 20 et 40 mm. Ce diamètre peut être sensiblement équivalent à celui d'une glace de montre non représentée, étant donné que la bordure périphérique 4 peut être pincée entre un support périphérique du fond de la boîte de montre et un rebord intérieur circulaire de la carrure. L'épaisseur de la partie centrale 2 peut être identique en tout point excepté à l'endroit de la masse ajoutée 2'. Cette épaisseur peut être supérieure à 50 µm et de préférence inférieure à 1 mm, alors que l'épaisseur de la surépaisseur 2' de la partie centrale peut être par exemple le double de l'épaisseur de la partie centrale l'entourant. La surépaisseur 2' peut être circulaire en vue de dessus de diamètre supérieur à 1.5 mm et de préférence entre 2 et 4 mm, et s'étendant vers le centre de la cuvette.
  • La partie centrale bombée 2 est ainsi dimensionnée en fonction du matériau la constituant de telle manière à amplifier la vibration sur la bande de fréquences de 500 Hz à 3.5 kHz. La réponse acoustique de la membrane est ainsi sensiblement améliorée dans cette bande de fréquences. Comme la membrane est montée dans une montre à sonnerie ou musicale, le premier mode de vibration de chaque note générée se trouve donc au moins dans la gamme de fréquences entre 500 Hz et 3.5 kHz.
  • Il est à noter que l'épaisseur de la partie centrale 2 de la membrane 1 peut être variable. L'épaisseur peut être par exemple plus importante au centre de la partie centrale indépendamment de la masse ajoutée 2' et diminuer progressivement par exemple de manière linéaire, jusqu'à la périphérie de la partie centrale 2. Il peut également être prévu que cette épaisseur varie par créneaux depuis le centre à la périphérie de la partie centrale 2. D'autres variations d'épaisseur de cette partie centrale peuvent être envisagées de manière à assurer une amplification du premier mode de vibration des notes générées dans la gamme de fréquences entre 500 Hz et 3.5 kHz.
  • Comme représenté sur les figures 1a et 1b, la partie centrale bombée 2 peut être une calotte sphérique. Cette calotte sphérique peut être définie selon la formule suivante : r / h = sin α / 1 - cos α
    Figure imgb0001
    où r représente la moitié du diamètre de la partie centrale, h représente la hauteur depuis la liaison de la paroi latérale et de la partie centrale et jusqu'au centre de la partie centrale, et α représente l'angle depuis le centre de la sphère de la calotte sphérique entre le centre de la partie centrale à la liaison entre la paroi latérale et la partie centrale.
  • Pour la première forme d'exécution de la membrane 1 représentée aux figures 1 a et 1 b, l'angle α peut se situer entre 3° et 8°, de préférence entre 4° et 5°. Pour un diamètre de 15 mm, la hauteur h de la calotte sphérique peut être de l'ordre de 0.3 mm, alors que pour un diamètre de 40 mm, la hauteur h de la calotte sphérique peut être de l'ordre de 0.8 mm. Le rayon de la calotte sphérique peut être défini N fois supérieur notamment entre 6 et 8 fois supérieur au diamètre de la partie centrale.
  • Il est encore à noter que la partie centrale bombée 2 peut être d'une forme ovoïdale ou être composée de plusieurs portions bombées s'entrecoupant ou espacées les unes des autres.
  • Les figures 2a et 2b représentent une seconde forme d'exécution de la membrane de rayonnement acoustique 1, qui peut équiper une montre musicale ou une montre à sonnerie. En fonction de la forme de la boîte de montre, la membrane de rayonnement acoustique 1 peut être en vue de dessus d'une forme générale rectangulaire, ou polygonale ou de préférence circulaire comme représenté sur la figure 2a comme défini pour la première forme d'exécution. Les dimensions et le matériau utilisé pour la réalisation de la membrane 1 de la seconde forme d'exécution sont semblables à ceux définis pour la première forme d'exécution. Par simplification, il ne sera pas répété la description de ces dimensions ou matériau.
  • La différence essentielle de cette seconde forme d'exécution est que la partie centrale 12 de la membrane de rayonnement acoustique 1 est de forme générale conique. Cette forme conique s'étend de préférence vers l'extérieur de la membrane en forme de cuvette, qui comprend encore la paroi latérale 3 et la bordure périphérique 4 pour le maintien de la membrane dans la boîte de montre.
  • La partie centrale peut de préférence être composée de deux portions coniques 12, 12', qui sont concentriques et reliées l'une à l'autre. La première portion conique 12 débute depuis le centre de la membrane 1 et est configurée avec un premier angle d'ouverture par rapport à l'axe central de la membrane. La seconde portion conique 12' débute depuis la périphérie de la première portion 12 et se termine à la paroi latérale 3 avec un second angle d'ouverture différent du premier angle d'ouverture. De préférence le second angle d'ouverture est plus petit que le premier angle d'ouverture. A titre d'exemple non limitatif, le premier angle d'ouverture peut être de l'ordre de 86°, alors que le second angle d'ouverture peut être de l'ordre de 79°.
  • La bordure 4 avec la paroi latérale 3 viennent de matière avec les deux portions coniques 12, 12' pour ne former qu'une seule pièce. L'épaisseur de chaque portion conique 12, 12' peut être identique en tout point. Cependant, il peut être prévu que cette épaisseur diminue linéairement du centre à la périphérie de la membrane. Cette épaisseur peut être supérieure à 50 µm et de préférence inférieure à 1 mm. Le diamètre de la première portion conique 12 peut être compris entre 80% et 90% de préférence proche de 85% du diamètre de la partie centrale complète. Pour un diamètre de la partie centrale de 15 mm, le diamètre de la première portion conique 12 peut être de l'ordre de 12.5 mm, alors que pour un diamètre de la partie centrale de 40 mm, le diamètre de la première portion conique 12 peut être de l'ordre de 33 mm. Toutefois les dimensions des première et seconde portions coniques 12, 12' peuvent être différentes de celles susmentionnées et avec un second angle d'ouverture, qui peut aussi être supérieur au premier angle d'ouverture.
  • La réalisation d'une membrane de rayonnement acoustique ayant une partie centrale sous forme bombée ou conique, permet d'écarter sensiblement de plus d'un facteur 2, le mode fondamental de vibration de forme mono-polaire efficace acoustiquement de tous les autres modes de vibration excités. Ces autres modes de vibration ont une déformée multipolaire et sont inefficaces acoustiquement. L'avantage est que, selon cette construction, la membrane vibre selon une déformée mono-polaire même en présence d'un désaccord fréquentiel important entre la fréquence d'activation et la fréquence de résonance du mode fondamental.
  • Pour bien représenter cet avantage, on peut se référer aux graphiques des figures 3 et 4. La figure 3 représente un graphe de la réponse en fréquence, intégrée sur tout le volume de la membrane, de l'amplitude de la vitesse selon la normale à la membrane. Cette quantité est mathématiquement définie par R(f) = ∫Vol |vz(x, y, z, f)| dx dy dz pour une membrane standard en verre métallique, une membrane en verre métallique selon la première forme d'exécution et une membrane en verre métallique selon la seconde forme d'exécution selon l'invention. La figure 4 représente un graphe du rapport entre les réponses en fréquence des membranes des première et seconde formes d'exécution selon l'invention et de la membrane standard.
  • En regard des graphiques représentés aux figures 3 et 4, on constate que la largeur du pic du premier mode de vibration entre 1.5 kHz et 2 kHz, par exemple à 1.75 kHz, est plus grande et avec une amplitude plus importante que pour un pic du premier mode de vibration d'une membrane standard. De plus, la réponse vibrationnelle est augmentée en dessous et en dessus de la fréquence de résonance. D'une part, le premier mode excité de vibration de la membrane selon l'invention se trouve à une fréquence sensiblement supérieure à la fréquence du premier mode excité de la membrane standard. Ce phénomène d'antirésonance, qui a lieu pour des fréquences d'activation comprises entre le mode fondamental et le premier mode excité de la membrane, est fortement réduit. D'autre part, grâce à sa déformée modale quasiment uniforme, le mode fondamental est plus facilement activé, même dans un régime d'activation inertiel, à basse fréquence. Ceci permet d'améliorer la réponse en dessous de la fréquence de résonance. De cette façon, la membrane est mise en vibration selon la déformée spatiale de son mode fondamental même en présence d'un désaccord fréquentiel relativement important.
  • Une telle membrane de rayonnement acoustique réalisée avec une partie centrale active de forme complexe, notamment de forme bombée ou de forme conique, permet donc d'augmenter l'amplitude de vibration dans la gamme de fréquences de 500 Hz à 3.5 kHz. Cela se différencie avantageusement par rapport à une membrane standard, dont la partie centrale est plate.
  • A partir de la description qui vient d'être faite, plusieurs variantes de réalisation de la membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale ou une montre à sonnerie peuvent être conçues par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications. La masse ajoutée à la partie centrale de la membrane peut être placée à un autre endroit que le centre de la membrane et plusieurs masses ajoutées peuvent aussi être prévues. Il peut être envisagé également que la masse ajoutée à la partie centrale peut être réalisée dans un matériau M2 différent d'un matériau M1, dans lequel les autres parties de la membrane sont réalisées.

Claims (22)

  1. Membrane de rayonnement acoustique (1) pour une montre musicale ou une montre à sonnerie (10), la membrane comprenant une partie centrale active (2, 12) et une bordure (4) pour le maintien de la membrane dans une boîte de montre, caractérisée en ce que la partie centrale (2, 12) est configurée sous une forme bombée ou sous une forme conique et de dimensions déterminées pour favoriser la vibration de la membrane selon un premier mode de déformation mono-polaire, suite à l'activation de la membrane par une ou plusieurs fréquences dans la bande entre 500 Hz et 3.5 kHz.
  2. Membrane (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie centrale (2) de la membrane présente une forme bombée entre la bordure (4) et le centre de la membrane (1).
  3. Membrane (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie centrale bombée (2) est une calotte sphérique.
  4. Membrane (1) selon la revendication 3, la membrane étant de forme générale circulaire, caractérisée en ce que la calotte sphérique est une partie d'une sphère de rayon N fois supérieur au diamètre de la partie centrale (2).
  5. Membrane (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de la calotte sphérique est entre 6 à 8 fois supérieur au diamètre de la partie centrale (2).
  6. Membrane (1) selon l'une des revendications 2 et 3, la membrane ayant une forme générale de cuvette avec la partie centrale (2) définissant un fond et reliée à une paroi latérale (3), et une bordure périphérique (4) depuis la paroi latérale, caractérisée en ce que la partie latérale est bombée vers l'extérieur de la cuvette.
  7. Membrane (1) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la partie centrale (2) comprend une masse ajoutée (2'), qui est une pièce fixée à la partie centrale ou une surépaisseur de la partie centrale.
  8. Membrane (1) selon l'une des revendications 2 à 7, la membrane ayant une forme générale de cuvette avec la partie centrale (2) définissant un fond et reliée à une paroi latérale (3), et une bordure périphérique (4) depuis la paroi latérale, caractérisée en ce que la partie centrale (2) avec la masse ajoutée (2'), la paroi latérale (3) et la bordure périphérique (4) ne forment qu'une seule pièce réalisée par un même matériau métallique.
  9. Membrane (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'épaisseur de la partie centrale (2, 12) est identique du centre à la périphérique de la partie centrale.
  10. Membrane (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'épaisseur de la partie centrale (2, 12) diminue de manière sensiblement linéaire du centre à la périphérie de la partie centrale.
  11. Membrane (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie centrale (12, 12') de la membrane présente une forme générale conique entre la bordure (4) et le centre de la membrane (1).
  12. Membrane (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce la partie centrale comprend deux portions coniques concentriques (12, 12'), une première portion conique (12), qui débute depuis le centre de la membrane et est configurée avec un premier angle d'ouverture par rapport à l'axe central de la membrane, et une seconde portion conique (12'), qui débute depuis la périphérie de la première portion (12) avec un second angle d'ouverture différent du premier angle d'ouverture.
  13. Membrane (1) selon l'une des revendications 11 et 12, la membrane ayant une forme générale de cuvette avec la partie centrale (2) définissant un fond et reliée à une paroi latérale (3), et une bordure périphérique (4) depuis la paroi latérale, caractérisée en ce que la seconde portion conique (12') est reliée à la première portion conique (12) et la paroi latérale (3).
  14. Membrane (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce que les première et seconde portions coniques (12, 12') s'étendent vers l'extérieur de la membrane en forme de cuvette.
  15. Membrane (1) selon la revendication 12, caractérisée en ce que le premier angle d'ouverture de la première portion conique (12) est plus grand que le second angle d'ouverture de la seconde portion conique (12').
  16. Membrane (1) selon la revendication 12, caractérisée en ce que le diamètre de la première portion conique (12) est entre 80% et 90%, de préférence vers 85% du diamètre de la partie centrale complète.
  17. Membrane (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'épaisseur de la portion conique (12) est uniforme.
  18. Membrane (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'épaisseur de la portion conique (12) diminue linéairement du centre à la périphérie de la membrane.
  19. Membrane (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée en combinant deux matériaux différents.
  20. Membrane (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce que la masse ajoutée est fabriquée dans un matériau M2 différent d'un matériau M1, dans lequel les autres parties de la membrane (1) sont fabriquées.
  21. Membrane (1) selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la partie bombée est obtenue par dépôt d'un matériau M2 différent d'un matériau M1, dans lequel les autres parties de la membrane (1) sont réalisées.
  22. Membrane (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que la portion centrale conique est obtenue par dépôt d'un matériau M2 différent d'un matériau M1, dans lequel les autres parties de la membrane (1) sont réalisées.
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