FR2478928A1

FR2478928A1 - ELECTRO-ACOUSTIC TRANSDUCER

Info

Publication number: FR2478928A1
Application number: FR8105269A
Authority: FR
Inventors: Claude Clement
Original assignee: Fontainemelon SA Fabriques Hor
Current assignee: Fontainemelon SA Fabriques Hor
Priority date: 1980-03-21
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1981-09-25
Also published as: GB2073544A; CH634456GA3; JPS56160680A; DE3110189A1; CH634456B

Abstract

The transducer is particularly useful in a watch. The emission of acoustic waves is caused by vibration of a thin diaphragm 8 occupying virtually the whole of the bottom of the watch case 1. The electromagnetic diaphragm excitation device 10 is disposed at an off-centre position. This not only makes it possible to operate with a small air gap, providing good electromagnetic coupling and therefore a good output, but it also makes it possible to produce a large vibration amplitude at the centre of the diaphragm 8 and therefore a high level of sound intensity for an entirely reasonable rate of consumption. The diaphragm 8 is fixed in a ring 6 which carries the excitation device 10 and which is fixed to the support frame structure 5 of the watch. This modular construction facilitates fitting and interchangeability of the electro-acoustic transducer.

Description

-1--1-

La présente invention concerne un transducteur électro-acousti- The present invention relates to an electro-acoustic transducer

que et, plus particulièrement, bien que cela ne soit pas son seul domaine d'utilisation, un transducteur électro-acoustique pour pièce d'horlogerie. Avec l'apparition des montres électroniques, le nombre de fonc- tions contenues dans une montre a considérablement augmenté. L'une des fonctions les plus courantes et les plus appréciées du public est that, and more particularly, although this is not its only field of use, an electro-acoustic transducer for a timepiece. With the advent of electronic watches, the number of functions in a watch has increased considerably. One of the most popular and popular features of the public is

celle qui met en action un dispositif d'alarme, de sonnerie ou de ca- the one that activates an alarm, ringing or parking device

rillon faisant appel à un transducteur qui transforme l'énergie élec- rillon using a transducer that transforms electrical energy

trique de la pile en énergie acoustique. the battery in acoustic energy.

Il existe plusieurs sortes de transducteurs électro-acoustiques pour pièces d'horlogerie. On connait, tout d'abord, le transducteur à There are several kinds of electro-acoustic transducers for timepieces. We know, first of all, the transducer

effet piézo-électrique qui utilise une pastille de céramique polari- piezoelectric effect using a polar ceramic chip

sée radialement, c'est-à-dire pouvant se dilater radialement lors- radially, that is to say that can expand radially when

qu'une tension est appliquée sur ses électrodes. Cette pastille est that a voltage is applied on its electrodes. This pellet is

collée sur une membrane en cupro-beryllium. La dilatation de la pas- glued on a cupro-beryllium membrane. The dilation of the

tille provoque un flambage de la membrane s'accompagnant de l'émis- cause a buckling of the membrane accompanied by the emission

sion d'une onde sonore. Ce genre de dispositif, malgré sa simplicité sound wave. This kind of device, despite its simplicity

et son prix intéressant, présente cependant les inconvénients sui- and its attractive price, however, has the disadvantages

vants: niveau acoustique faible aux basses fréquences, mauvaise low acoustic level at low frequencies, poor

résistance aux chocs, timbre métallique et forte influence des condi- impact resistance, metal tone and strong influence of

tions d'encastrement.installation instructions.

On connatt aussi des transducteurs électromagnétiques dit modu- There are also known electromagnetic transducers

laires, dans lesquels un dispositif électromagnétique se trouvant dans un pot, excite une petite membrane de la dimension du pot. La courbe de réponse acoustique de ce transducteur connu n'est pas bonne, mais elle peut être améliorée par l'adjonction d'une cavité résonnante plus ou moins grande. Ces transducteurs, appelés aussi buzzers et développés pour des alarmes, ne fonctionnent de façon acceptable qu'à une fréquence bien définie. Malgré leur construction très simple et leur modularité, ils n'en comportent pas moins les inconvénients notables suivants: très forte consommation de courant, in which an electromagnetic device in a pot excites a small membrane of the pot size. The acoustic response curve of this known transducer is not good, but it can be improved by the addition of a more or less large resonant cavity. These transducers, also called buzzers and developed for alarms, only work in an acceptable way at a well-defined frequency. Despite their very simple construction and their modularity, they nevertheless have the following notable drawbacks: very high power consumption,

mauvaise réponse aux basses fréquences et courbe de réponse en fré- poor response at low frequencies and frequency response curve

quence peu plate. Compte tenu de ces défauts, ils ne peuvent être not very flat. Given these flaws, they can not be

utilisés pour émettre différents tons et de ce fait ne peuvent trans- used to emit different tones and therefore can not transmit

mettre différentes mélodies.put different melodies.

La présente invention a notamment pour objet de proposer un -2transducteur électro-acoustique puissant, de faible consommation, ayant un bon comportement aux basses fréquences et capable de fournir un son semblable à celui d'un carillon, dont la fréquence peut être The object of the present invention is in particular to propose a powerful electro-acoustic transducer, of low consumption, having good behavior at low frequencies and capable of providing a sound similar to that of a chime, the frequency of which can be

comprise, par exemple, entre 500 et 1500 Hz, comme le carillon West- including, for example, between 500 and 1500 Hz, such as the West-

minster. L'invention a aussi pour objet de proposer un transducteur minster. Another object of the invention is to propose a transducer

modulaire, facile à assembler et à monter dans une montre. modular, easy to assemble and mount in a watch.

Ces buts sont atteints par un transducteur conforme à l'in- These goals are achieved by a transducer conforming to the

vention, du type comprenant une membrane mince et un dispositif élec- invention, of the type comprising a thin membrane and an electrical device

tromagnétique pour faire vibrer cette membrane, et qui est caractéri- tromagnetic to vibrate this membrane, and which is characteristic of

sé en ce que le dispositif électromagnétique agit sur la membrane en in that the electromagnetic device acts on the membrane in

un point excentré de cette dernière. an eccentric point of the latter.

Les dessins annexés montrent un exemple de réalisation du trans- The attached drawings show an embodiment of the trans-

ducteur électro-acoustique selon l'invention. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue en coupe du transducteur et de sa disposition dans une montre; - la figure 2 est une vue éclatée représentant les différentes pièces du transducteur et de la montre en position de montage; enfin, electro-acoustic conductor according to the invention. In these drawings: - Figure 1 is a sectional view of the transducer and its arrangement in a watch; - Figure 2 is an exploded view showing the different parts of the transducer and the watch in the mounting position; finally,

- la figure 3 donne les performances du transducteur selon l'in- FIG. 3 gives the performances of the transducer according to the

vention comparées à celles de transducteurs connus. compared with those of known transducers.

On voit, sur la figure 1, une botte de montre 1 avec son fond la, sa carrure lb et sa lunette lc. Des orifices 2 ont été aménagés We see, in Figure 1, a watch boot 1 with its bottom, its middle lb and its bezel lc. 2 openings have been arranged

dans le fond la. Une glace 4 est montée à cran dans la lunette lc. in the background. A mirror 4 is mounted notch in the bezel lc.

Un mouvement - ou bati - 5 est tenu par des moyens de fixation 3 (visibles sur la fig. 2) dans la carrure lb. Un anneau 6 est tenu au bati 5 par une série de vis 7 (voir fig. 2). Sur cet anneau 6 est sertie une membrane mince 8, de rayon R, fabriquée de préférence en un matériau nonmagnétique, tel que le cupro-beryllium et qui occupe la quasi-totalité du fond de la botte 1. L'épaisseur de la membrane 8 est, typiquement, de 0. 15 mm. La distance Y entre le fond la et la membrane 8 est relativement importante, typiquement 1 m. Le volume 37 entre cette membrane et le fond de boîte constitue une cavité de A movement - or frame - 5 is held by fixing means 3 (visible in Fig. 2) in the middle part 1b. A ring 6 is held in the frame 5 by a series of screws 7 (see Fig. 2). On this ring 6 is crimped a thin membrane 8, of radius R, preferably made of a nonmagnetic material, such as cupro-beryllium and which occupies almost the entire bottom of the boot 1. The thickness of the membrane 8 is, typically, 0. 15 mm. The distance Y between the bottom la and the membrane 8 is relatively large, typically 1 m. The volume 37 between this membrane and the bottom of the box constitutes a cavity of

résonance pour le transducteur.resonance for the transducer.

Une plaquette magnétique 9 est collée ou soudée sur la membrane 8, à une distance T du centre de celle-ci. La plaquette 9 est fixée A magnetic wafer 9 is glued or welded to the membrane 8 at a distance T from the center thereof. The plate 9 is fixed

sur le côté intérieur de la membrane 8, c'est-à-dire sur le côté fai- on the inside of the membrane 8, that is to say on the

sant face au mouvement de montre 5. Cette plaquette est fabriquée dans un matériau magnétique doux. Le rapport T/R est avantageusement This wafer is made of a soft magnetic material. The ratio T / R is advantageously

de 4/5 environ.about 4/5.

-3- Un dispositif électromagnétique 10 est monté en regard de la plaquette 9, à une distance X de celle-ci de sorte qu'est ménagé un entrefer 100. Typiquement, la largeur de cet entrefer 100 est de 0.08 mm lorsque le dispositif est au repos. Ce dispositif comprend un pot en laiton 11 fixé au cercle 6 par des vis 12, une culasse 13 en matériau magnétique à haute perméance chassée dans le pot 11, ainsi qu'un noyau central 15 terminé par une plaque circulaire 15a et An electromagnetic device 10 is mounted opposite the wafer 9 at a distance X thereof so that an air gap 100 is formed. Typically, the width of this gap 100 is 0.08 mm when the device is at rest. This device comprises a brass pot 11 fixed to the circle 6 by screws 12, a yoke 13 made of high permeance magnetic material driven into the pot 11, and a central core 15 terminated by a circular plate 15a and

fabriqué dans un matériau de haute perméabilité magnétique. Une bo- made of a material with high magnetic permeability. A bo-

bine 16 entoure le noyau 15 sur lequel elle est maintenue en place par une bague 17 chassée sur son extrémité. Le dispositif 10 est complété par un aimant permanent annulaire 14 magnétisé axialement, qui est pincé entre des rsebords prévus à la partie supérieure du pot 16 encircles the core 15 on which it is held in place by a ring 17 driven on its end. The device 10 is completed by an annular permanent magnet 14 magnetized axially, which is clamped between rsefords provided at the upper part of the pot

Il et de la culasse 13.He and breech 13.

Un circuit souple 18, avantageusement en Kapton (marque déposée de Dupont, Wilmington, Delaware), recouvert de cuivre sur un côté, assure la liaison électrique entre la bobine 16 et un circuit imprimé 20. Ce dernier est le circuit principal du mouvement. le circuit 18 et un ressort de contact 23 sont fixés au pot 11 par un rivet 19. Le ressort 23 assure, par la pression qu'il exerce sur les circuits 18 et 20, le contact entre les parties conductrices correspondantes de ces deux éléments. Une plaquette isolante. 22 empêche tout contact A flexible circuit 18, advantageously Kapton (registered trademark of Dupont, Wilmington, Delaware), covered with copper on one side, provides the electrical connection between the coil 16 and a printed circuit 20. The latter is the main circuit of the movement. the circuit 18 and a contact spring 23 are fixed to the pot 11 by a rivet 19. The spring 23 ensures, by the pressure it exerts on the circuits 18 and 20, the contact between the corresponding conductive parts of these two elements. An insulating wafer. 22 prevents any contact

électrique entre le circuit 18 et les parties métalliques du disposi- between the circuit 18 and the metal parts of the

tif électromagnétique 10.electromagnetic wave 10.

La montre comprend, enfin, des aiguilles d'heure 24, de minute The watch includes, finally, hour hands 24, minute

25 et de seconde 26.25 and second 26.

La figure 2 permet de mieux comprendre le montage dans la montre du transducteur acoustique selon l'invention. L'emboîtage se fait de façon classique. La glace 4 est fixée par coincement sur la lunette Ic, qui est fixée à cran sur la carrure lb. Le fond la, avec les ouvertures 2, est aussi monté à cran sur la carrure lb. Le dispositif électromagnétique 10 est fixé à l'anneau 6, qui porte lui-même la membrane 8. Le transducteur électromagnétique forme Figure 2 provides a better understanding of the assembly in the watch of the acoustic transducer according to the invention. The casing is done in a conventional way. The ice 4 is fixed by wedging on the bezel Ic, which is fixed notch on the middle part lb. The bottom, with the openings 2, is also mounted notch on the middle part lb. The electromagnetic device 10 is attached to the ring 6, which itself carries the membrane 8. The electromagnetic transducer forms

donc un tout modulaire et il est fixé au mouvement 5-par les vis 7. therefore a modular whole and it is fixed to the movement 5-by the screws 7.

Ce dernier comprend une cavité 28 dans laquelle vient se loger le dispositif électromagnétique 10. Les liaisons électriques entre ce dispositif et son circuit de commande 29, appelé circuit musical, sont automatiquement assurées par le contact du circuit souple 18 -4- (fig. 1) sur le circuit imprimé principal 20, lors de la mise en place du dispositif, car le circuit de commande 29 se trouve connecté The latter comprises a cavity 28 in which the electromagnetic device 10 is housed. The electrical connections between this device and its control circuit 29, called the musical circuit, are automatically ensured by the contact of the flexible circuit 18 -4 (FIG. ) on the main printed circuit 20, during the installation of the device, because the control circuit 29 is connected

sur le circuit imprimé.on the printed circuit board.

Le mouvement 5 comprend, en outre, une pile 30 et un moteur pas à pas biphasé 32. Les vis 3 fixent le mouvement 5 à la carrure lb à laquelle est attaché un pendant 33 portant une tige de mise à l'heure The movement 5 further comprises a stack 30 and a two-phase stepper motor 32. The screws 3 fix the movement 5 to the middle part lb to which is attached a pendant 33 carrying a time-setting rod

34, ainsi qu'un bouton-poussoir 35.34, as well as a push button 35.

Le fonctionnement du transducteur selon l'invention va être The operation of the transducer according to the invention will be

maintenant décrit. le circuit musical 29 est déclenché soit automati- now described. the musical circuit 29 is triggered either automatically

quement, par exemple à chaque heure pieine, soit manuellement par une action sur le poussoir 35. Il se met alors à délivrer des impulsions for example, every hour pieine, or manually by an action on the pusher 35. It then starts to deliver impulses

électriques d'une fréquence donnée créant un champ magnétique varia- of a given frequency creating a variable magnetic field

ble dans l'entrefer 100. Canalisé par les pièces polaires 13 et 15, in the air gap 100. Channeled by the pole pieces 13 and 15,

ce champ agit sur la plaquette magnétique 9 qui est attirée et re- this field acts on the magnetic plate 9 which is attracted and re-

poussée en direction du dispositif électromgnétique 10 à la fréquence des impulsions appliquées à la bobine 16. La membrane 8, qui est solidaire de la plaquette 9, se met à vibrer à la même fréquence. Il thrust towards the electromechanical device 10 at the frequency of the pulses applied to the coil 16. The membrane 8, which is integral with the wafer 9, begins to vibrate at the same frequency. he

s'ensuit une émission sonore qui est amplifiée par la cavité réson- follows a sound emission which is amplified by the resonant cavity

nante 37. Les ouvertures 2 laissent les sons s'échapper vers l'exté- 37. The openings 2 let the sounds escape to the outside.

rieur.laughing.

Le rapport entre la surface totale des ouvertures 2 et la surfa- The ratio between the total area of openings 2 and the surface area

ce du fond la a.un effet sur le niveau de l'émission sonore. L'expé- this from the bottom has an effect on the level of the sound emission. The experi-

rience a montré qu'un maximum de puissance sonore est atteint pour une surface totale des ouvertures 2 sensiblement égale au 4% de la experience has shown that a maximum of sound power is achieved for a total surface of the openings 2 substantially equal to 4% of the

surface du fond.bottom surface.

L'utilisation d'une membrane mince, de grande surface et excitée de façon décentrée, permet de travailler, d'une part, avec un faible entrefer, ce qui assure un bon couplage électromagnétique et donc un bon rendement et, d'autre part, dans une zone oû la membrane est The use of a thin membrane, large area and off-center excited, allows to work, on the one hand, with a small air gap, which ensures a good electromagnetic coupling and therefore a good performance and secondly , in an area where the membrane is

suffisamment raide pour éviter les risques de collage. Cette disposi- stiff enough to avoid the risk of sticking. This provision

tion permet, de plus, par une sorte d'effet de levier acoustique, d'avoir une grande amplitude de vibration au centre de la membrane et donc une forte intensité sonore pour une consommation de courant tout à fait raisonnable. En outre, la membrane étant mince, elle présente Moreover, it allows, by a kind of acoustic lever effect, to have a large amplitude of vibration in the center of the membrane and thus a high intensity of sound for a quite reasonable power consumption. In addition, the membrane being thin, it presents

une faible inertie et donc une bonne réponse acoustique à la fréquen- a low inertia and therefore a good acoustic response to the frequency

ce donnée par la bobine.this given by the coil.

La figure 3 montre différentes courbes de réponse de l'intensité sonore SPL d'un transducteur acoustique en fonction de la fréquence -5- Figure 3 shows different response curves of SPL sound intensity of an acoustic transducer as a function of frequency.

d'excitation (f). La courbe 41 est celle d'un dispositif selon l'in- of excitation (f). Curve 41 is that of a device according to the invention.

vention, la courbe 42 celle d'un transducteur à effet piézo-électri- curve 42 that of a piezoelectric transducer

que et la courbe 43 celle d'un transducteur électromagnétique modu- that and curve 43 that of a modular electromagnetic transducer

laire ou buzzer. L'efficacité du dispositif selon l'invention est particulièrement remarquable dans les basses fréquences, ce qui permet une application heureuse de ce dispositif notamment pour des laire or buzzer. The effectiveness of the device according to the invention is particularly remarkable in the low frequencies, which allows a happy application of this device especially for

sonneries ou carillons du genre Westminster. Westminster ringtones or chimes.

Les dispositions constructives du transducteur qui vient d'être décrit présentent de nombreux avantages. Tout d'abord, l'encastrement The constructive arrangements of the transducer which has just been described have numerous advantages. First, the embedding

par sertissage de la membrane 8 permet de rendre minimale la disper- by crimping the membrane 8 makes it possible to minimize the

sion dans la fabrication. De plus, toutes les pièces magnétiques étant chassées dans un pot Il qui les.englobe, ce pot Il forme avec in manufacturing. In addition, all the magnetic parts being driven into a pot It which the.englobe, this pot It forms with

l'anneau 6 et la membrane 8 un tout modulaire qui peut être facile- the ring 6 and the membrane 8 a modular whole that can be easy-

ment assemblé au mouvement à l'aide de vis. Par ailleurs, le pot Il étant solidaire de l'anneau d'encastrement 6, un entrefer de grandeur reproductible est assuré en fabrication. En outre, la construction assembled with the movement using screws. Furthermore, the pot Il being secured to the mounting ring 6, an air gap of reproducible size is ensured in manufacture. In addition, construction

modulaire du transducteur acoustique décrit permet l'interchangeabi- The modular acoustic transducer described allows interchangeability

lité de toutes les pièces et un montage simple et rapide. Enfin, la lity of all the parts and a simple and fast assembly. Finally,

bague 6 et sa membrane 8 assurent l'étanchéité du mouvement 5. ring 6 and its membrane 8 seal the movement 5.

Il va de soi que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit à titre d'exemple, mais que la portée du présent brevet s'étend également aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites, restant dans le cadre des équivalences, ainsi It goes without saying that the present invention is not limited to the only embodiment described by way of example, but that the scope of this patent also extends to variants of all or some of the described arrangements, remaining within the scope of the present invention. equivalences, as well

qu'à toute application de telles dispositions. C'est ainsi, par exem- than any application of such provisions. This is the case, for example

ple, que la plaquette magnétique 9 peut être supprimée et la membrane ple, that the magnetic wafer 9 can be removed and the membrane

mince 8 alors faite, elle-même, en un matériau magnétique. thin 8 then made, itself, in a magnetic material.

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Claims

An electro-acoustic transducer of the type comprising: - a thin membrane (8, 9); - an electromagnetic device (10) magnetically coupled with a location of the membrane to vibrate the latter; and

means for supporting the membrane and the electrical device

tromagnétique; characterized in that said electromagnetic device (10) is magnetically coupled with a location (9) of the membrane (8) remote from the center thereof.

2. Transducer according to claim 1, characterized in that said coupling point (9) of the membrane (8) is disposed at a distance from the center of the membrane substantially equal to 4/5 of the radius

of the latter.

3. Transducer according to claim 1, characterized in that said support means comprise a ring (6) in which the membrane (8) is embedded and which also carries the device

electromagnetic (10).

4. Transducer according to claim 1, characterized in that

the support means have a bottom (la) pierced with orifices (2) and arranged

opposite the membrane (8).

5. Transducer according to claim 4, characterized in that said bottom (la) is that of a timepiece boot (1) and

it covers almost the entire membrane (8).

6. Transducer according to claim 4, characterized in that said orifices (2) occupy substantially 4% of the surface of said

background (the).

7. Transducer according to claims 3 and 5 taken in combination

characterized in that said ring (6) is fixed to the frame (5)

of the timepiece.

8. Transducer according to claim 1, characterized in that said electromagnetic device (10) comprises a central core

(15) terminated by a circular plate (15a), a coil (16) wound

around said core, a yoke (13) surrounding said coil and a cylindrical permanent magnet (14) magnetized axially and arranged

coaxially to said core.

-7-

9. Transducer according to claim 8, characterized in that it further comprises a pot (11) of non-magnetic material containing the electromagnetic device (10), said pot (11) being

attached to said ring (6).

10. Transducer according to claim 1, characterized in that the membrane (8) is of non-magnetic material and carries a plate

(9) made of magnetic material facing the electromagnetic device

gnetic (10).