FR2630610A1

FR2630610A1 - Microphone directif

Info

Publication number: FR2630610A1
Application number: FR8903187A
Authority: FR
Inventors: Shigeo Mori
Original assignee: PRIMO CY Ltd
Current assignee: PRIMO CY Ltd
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1989-10-27
Also published as: JP2541621B2; DE3907895A1; GB8905924D0; GB2218303A; JPH01268398A

Abstract

L'invention concerne un microphone directif. Dans ce microphone comprenant un boîtier fermé 1 possédant une pluralité d'ouvertures acoustiques 2 et un dispositif 3 produisant un gradient de pression linéaire et situé à l'intérieur du boîtier, des ouvertures 2 sont ménagées dans une surface du boîtier, un axe acoustique principal a, perpendiculaire au diaphragme 4 du dispositif 3, est incliné à un certain degré par rapport à ladite surface du boîtier, et des moyens de blindage acoustique 10 sont prévus entre la surface extérieure du dispositif 3 et la surface intérieure du boîtier 1 pour subdiviser l'intérieur du microphone en des premier et second espaces 1A, 1B. Application notamment aux microphones installés par exemple dans un poste téléphonique.

Description

La présente invention concerne un microphone directif, qui permet de

détecter le son d'un objet, sans être influencé par des bruits ambiants et permet la transmission claire d'un son, ce microphone étant installé par exemple dans un haut-parleur/émetteur d'un combiné téléphonique.

En liaison avec la récente fabrication des télé-

phones sous forme de systèmes électroniques, on a utilisé

de nouveaux types de microphones, comme par exemple le mi-

crophone de type dynamique, le microphone de type élec-

trostatique, etc, à la place du microphone classique du type à charbon, qui est prévu dans le haut-parleur/

l'émetteur d'un combiné téléphonique.

Cependant, la plupart de ces nouveaux types de microphones ne sont pas directifs, de sorte que des sons ambiants non associés sont mélangés à la voix devant être transmise, lors de sa transmission, et par conséquent, la

voix devient souvent peu claire.

Dans ces conditions, il existait une demande concernant un microphone du type téléphone de proximité, qui présente une performance ou des caractéristiques égales ou supérieures à celle du microphone du type à charbon, qui possède des caractéristiques non linéaires, et qui permette de réduire le niveau détecté de n'importe quel bruit

ambiant.

Cependant, dans le cas o un gradient de pression est appliqué à une unité classique à microphone du type microphone de proximité, utilisant seulement un microphone, des ouvertures appropriées permettant le passage des ondes acoustiques doivent être ménagées dans la surface latérale

ou arrière du boîtier du haut-parleur/de l'émetteur.

On ne peut pas obtenir correctement les caracté-

ristiques directives requises, sauf si des ouvertures

acoustiques sont ménagées. -

On va décrire ci-après ce point en référence aux

figures 1 à 3, annexées à la présente demande.

La figure i représente une vue en coupe verticale d'un microphone classique. Les figures- 2(a) à 2(c) sont des diagrammes représentant des gradients de pression du microphone. La figure 3 est un graphique montrant les

caractéristiques de fréquence du microphone.

Sur la figure 1 le chiffre de référence i désigne le boîtier d'un microphone. Des ouvertures acoustiques 2 sont ménagées dans la surface avant (la surface située sur le côté droit sur le dessin) du boîtier i du microphone. Un dispositif de microphone produisant un gradient de pression linéaire (désigné ci-après simplement sous le terme de dispositif) 3 est renfermé dans le boîtier i de sorte qu'un axe acoustique principal a (un axe central perpendiculaire à un diaphragme 4) est perpendiculaire à la surface avant du boîtier, qui comporte les ouvertures acoustiques 2. On suppose alors qu'une pression acoustique, qui agit sur la surface frontale du diaphragme 4 du dispositif 3, est définie par P1 lorsqu'une onde acoustique arrive parallèlement à l'axe principal a du dispositif 3 (l'angle d'incidence e de l'onde acoustique arrivant dans cette direction est réglé à 0 ). Lorsque l'onde acoustique incidente est une onde plane, la pression acoustique Pr au niveau d'une borne acoustique 5 prévue sur la surface arrière du dispositif 3 possède la même amplitude que celle de la pression acoustique P1, mais possède une phase retardée de kde radians (k= 2T/>, > étant la longueur d'onde d'un son) par rapport à la pression acoustique P1 due à une différence de du trajet moyen extérieur. En outre, la pression acoustique Pr change pour prendre la valeur de la pression acoustique P2, dont la phase est retardée de kd1 radians en raison de la différence de trajet dans le dispositif 3 (uniquement la différence de trajet interne est représentée sur la figure 1) et d'une impédance acoustique pour le déphasage prévu dans le dispositif 3. La pression acoustique P2 agit sur la surface arrière du diaphragme 4. La figure 2(a) représente un gradient de pression déterminé par la relation entre ces pressions acoustiques. C'est- à-dire qu'il existe une différence de phase égale à kde radianb entre la pression acoustique Pi, qui agit sur la surface du diaphragme 4, et la pression acoustique Pr qui agit au niveau de la borne acoustique 5 du dispositif 3. Il existe une différence de phase égale à kdj radians entre la pression acoustique P2, qui agit sur la surface arrière du diaphragme, et la pression acoustique Pr. Par conséquent, un gradient de pression P = P1-P2, qui agit de manière à entraîner le

diaphragme, est exprimé par la longueur du trait 7.

Lorsque l'angle d'incidence 6 de l'onde acousti-

que est réglé à 90 , le gradient de pression P est exprimé par un trait 8 sur la figure 2(b). Lorsqu'on a 8=180 , le gradient de pression P est exprimé par un trait 9 sur la figure 2(c). Les différences ne sont pas extrêmement

importantes entre les longueurs des traits 7,8 et 9.

Les courbes caractéristiques de fréquence de ce microphone sont représentées sur la figure 3. Les niveaux de sortie fournis par les angles' d'incidence différents varient en raison d'un phénomène de diffraction de l'onde acoustique dans une gamme de fréquences élevées. Cependant, les niveaux de sortie varient à peine dans une gamme de

basses fréquences.

Dans un microphone classique, qui est agencé et se comporte de la manière mentionnée précédemment, même si l'angle d'incidence 8 varie, le gradient de pression varie à peine étant donné que les différences entre les longueurs des traits 7 à 9 sont très faibles. C'est pourquoi, même lorsque seul doit être détecté le son arrivant. dans la gamme de l'angle d'incidence tel que par exemple 8=0 , des bruits ambiants sont également détectés tels quels. En d'autres termes, ce microphone présente difficilement une

quelconque caractéristique directive.

Afin de donner au microphone 1 possédant une telle structure une bonne caractéristique directive, il faut ménager des ouvertures appropriées dans la surface latérale, dans la surface arrière et analogue non seulement du boîtier 1, mais également du haut-parleur/de l'émetteur par exemple d'un combiné téléphonique. C'est pourquoi, on constate que l'aspect esthétique du boîtier s'en trouve

affecté.

La présente invention a été mise au point pour

résoudre les problèmes mentionnés précédemment.

Selon un premier aspect de la présente invention, il est prévu un microphone directif comprenant (A) un boîtier de type fermé comportant une pluralité d'ouvertures acoustiques et (B) un dispositif produisant un gradient de pression linéaire, renfermé à l'intérieur dudit boîtier, caractérisé en ce que (a) lesdites ouvertures acoustiques sont ménagées dans une surface dudit boîtier, (b) un axe acoustique principal, qui est perpendiculaire à un diaphragme dudit dispositif produisant un gradient de pression linéaire, est incliné selon un angle prédéterminé par rapport à ladite surface dudit boîtier, et (c) des moyens de blindage acoustique sont prévus entre la surface extérieure dudit dispositif produisant un gardient de pression linéaire et la surface intérieure dudit boîtier de manière à subdiviser l'intérieur dudit microphone en des

premier et second espaces.

Selon un second aspect de la présente invention, il est prévu un microphone directif comprenant (A) un boîtier de type fermé comportant une pluralité d'ouvertures acoustiques et (B) un dispositif produisant un gradient de pression linéaire, renfermé à l'intérieur dudit boîtier, caractérisé en ce que (a) lesdites ouvertures acoustiques sont ménagées dans la surface avant du boîtier; (b) un axe acoustique principal, qui est perpendiculaire à un diaphragme dudit dispositif produisant un gradient de pression linéaire, est sensiblement parallèle à ladite surface avant dudit boîtier, et (c) des moyens de blindage acoustique sont prévus entre la surface extérieure dudit dispositif produisant un gradient de pression linéaire et de la surface intérieure dudit boîtier de manière à subdiviser l'intérieur dudit microphone en des premier et

second espaces.

Dans le microphone conforme à l'invention, l'axe acoustique principal du diaphragme du dispositif produisant un gradient de pression linéaire est parallèle ou incliné par rapport à une surface, par exemple une surface avant du boîtier, et l'élément de blindage acoustique est prévu de manière à arrêter la pression acoustique traversant l'espace compris entre la surface arrière du boîtier et la surface extérieure du dispositif produisant un gradient de pression linéaire, de sorte qu'une variation du gradient de pression, qui agit sur le diaphragme, augmente en réponse à toute variation de l'angle d'incidence de l'onde acoustique, et par conséquent, le microphone peut présenter

une caractéristique directive nette.

Dans le microphone conforme à la présente in-

vention, il est inutile de former une quelconque ouverture acoustique dans la surface latérale ou arrière du boîtier entourant le dispositif produisant un gradient de pression linéaire, et par conséquent de former une quelconque ouverture dans la surface latérale ou arrière d'un combiné téléphonique ou analogue d'un appareil téléphonique, le combiné ou analogue entourant le boîtier. C'est pourquoi, il est possible de prévoir un haut-parleur/émetteur du type de proximité, comme par exemple un combiné téléphonique, sans que l'aspect esthétique de ce dernier -ne s'en trouve

affecté. -

Dans le microphone conforme à la présente invention, les ouvertures acoustiques sont limitées, du point de vue de leur position, à une surface, par exemple la surface avant du boîtier. Par conséquent, on peut renfermer le dispositif produisant le gradient de pression linéaire dans le haut-parleur/émetteur, sans tenir compte des positions des ouvertures acoustiques, et ce contrairement aux microphones directifs classiques, et par conséquent on peut utiliser le microphone selon l'invention sous une forme intégrée, comme par exemple intégrée dans la surface supérieure d'un bureau, de sorte qu'un utilisateur

peut parler sans avoir à tenir l'appareil.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, représente une vue en coupe verticale d'un microphone classique; - les figures 2(a) à 2(c), dont il a déjà été fait mention, sont des diagrammes illustrant des gradients de pression dans le microphone classique; - la figure 3, dont il a déjà été fait mention, est un diagramme montrant des caractéristiques de fréquences du microphone classique;

- la figure 4 représente une vue en coupe verti-

cale d'un microphone conforme à une première forme de réalisation de la présente invention;

- les figures 5(a).à 5(c) sont.des diagrammes re-

présentant des gradients de pression pour la première forme de réalisation représentée sur la figure 4;

- la figure 6 représente des courbes caractéris-

tiques puissance de sortie-fréquence pour la première forme deréalisation, qui sont indiquées pour différents angles d'incidence;

- la figure 7 représente des courbes caractéris-

tiques puissance de sortie-fréquence pour la première forme de réalisation, qui sont indiquées pour différents angles d'incidence et pour différentes distances à partir d'une source sonore;

- la figure 8 est un diagramme montrant des ca-

ractéristiques directionnelles de la première forme de réalisation;

- la figure 9 est un dessin schématique montrant.

l'état, dans lequel le microphone conforme à l'invention est prévu dans un combiné téléphonique qui est utilisé avec un tel combiné; - la figure 10 montre une vue en coupe verticale d'un microphone conforme à une seconde forme de réalisation de la présente invention;

- la figure 11 représente les courbes caractéris-

tiques puissance de sortie-fréquence de la seconde forme de réalisation, qui sont fournies pour différents angles d'incidence; et - la figure 12 est un diagramme représentant des caractéristiques directionnelles de la seconde forme de réalisation. Les figures 4 à 9 représentent schématiquement la

première forme de réalisation de la présente invention.

Sur les figures 4 à 9, les parties et composants, qui sont identiques ou semblables à ceux représentés sur les figures 1 et 2, sont désignées par les mêmes chiffres de référence. On va décrire ci-après, de façon détaillée,

la première forme de réalisation en référence aux dessins.

Le- dispositif 3 du microphone, qui produit un gradient de pression linéaire, est renfermé dans le boîtier 1, l'axe acoustique principal a étant parallèle à la surface avant du boîtier 1. Les ouvertures acoustiques 2

sont formées uniquement dans la surface avant du boîtier 1.

Un élément de blindage acoustique 10 est prévu entre la surface extérieure du dispositif 3 et la surface intérieure du boîtier 1 de manière à subdiviser l'intérieur de. ce dernier en un espace lA entourant la partie avant du dispositif 3 et un espace lB entourant la partie arrière du dispositif 3 de sorte que la pression acoustique traversant l'espace compris entre la surface intérieure du boîtier 1 et la surface extérieure ou latérale du dispositif 3 peut

être bloqué.

On suppose que l'angle d'incidence 8 est égal à 0 lorsqu'une onde acoustique arrive depuis une position située en avant du dispositif, le long de lignes parallèles à l'axe acoustique principal a du dispositif 3, que l'angle e est égal à 900 lorsqu'une onde acoustique arrive dans la direction perpendiculaire à la surface avant du boîtier possédant les trous acoustiques 2, et que l'angle E est égal à 180 lorsqu'une onde acoustique arrive à partir de l'arrière du dispositif, le long des lignes parallèles à

l'axe a.

Lorsque l'on a 6=00, la pression acoustique P2, qui agit sur la surface arrière du diaphragme, possède la même amplitude que celle de la pression acoustique Pl, qui agit sur la surface avant du diaphragme 4 du dispositif et possède une phase qui est retardée de (kdi+kde) radians par rapport à celle de la pression acoustique Pi. Le gradient de pression, qui agit de manière à faire vibrer le diaphragme 4, peut être obtenu conformément à: k(di+de) P = P1 - P2 = 2Pi sin (k=2t/X; Nlongueur d'onde du son) La figure 5(a) représentait e, et le gradient de pression P

est indiqué par un trait 7'.

Lorsque l'on a 6=90 , une onde acoustique arrive -simultanément au niveau de la surface avant du diaphragme et au niveau de la borne acoustique 5 du dispositif 3, et la pression acoustique P1 à cet instant est égale à Pr. La phase de la pression acoustique P2 est retardée de kdj radians par rapport à celle de la pression acoustique P1, en raison de la différence de trajet interne dans le dispositif 3 et d'une impédance acoustique pour le déphasage. C'est pourquoi, le gradient de pression P (=P1- P2) devient celui représenté par un trait 8' sur la figure (b) et est inférieur au gradient de pression P sur la

figure 5(a).

Lorsque l'on a 8=180 , une onde acoustique at-

teint en premier lieu la borne acoustique située à l'arrière du dispositif 3. La phase de la pression acoustique P1 est retardée uniquement de kde radians par rapport à celle de la pression acoustique Pr. C'est pourquoi la pression acoustique P diminue comme cela est

représenté par un trait 9' sur la figure 5(c).

Par conséquent, pour une onde incidente arrivant dans la direction 6, la différence moyenne de trajet de est seulement réduite d'une distance égale à la distance

obtenue dans le cas o l'on a 8=0 , multipliée par cos8.

C'est pourquoi, pour l'angle général d'incidence e, le gradient de pression P, qui agit sur le diaphragme 4, est obtenu conformément à la formule P = 2 P sin k(di+de cos8)

2

Lorsque (dj+de cos 8) est suffisamment plus faible que la longueur d'onde > d'une onde acoustique, on peut considérer que l'on a: sin k(di +de cos 6) k - (d,+de cos$)

2 2

Par conséquent, on a: k P = 2P1 x- (di+de cos8)

2

= P1 k (di+de cose) d- = Pl kde (- + cose) de = a (C L cose) avec di a = P1 kde, P = -d de Etant donné que l'on peut considérer que a et 1 sont des constantes, en choisissant des valeurs correctes pour a et A, par exemple p=1, c'est-à-dire avec de=di dans les relations précédentes, on obtient P=a(i+cose). Etant donné que la tension de sortie du microphone est proportionnelle au gradient de pression qui agit sur le diaphragme, un microphone, dans lequel la valeur du gradient de pression varie en fonction de l'angle d'incidence 8 sur la base du terme (l+cose) peut présenter

des caractéristiques unidirectionnelles.

La figure 6 représente les courbes caractéristi-

ques puissance de sortie-fréquence pour la direction d'incidence de l'onde acoustique, lorsque les retards de et di sur le trajet sont réglés de manière à posséder des valeurs correctes. La figure 7 représente des courbes caractéristiques puissance de sortie-fréquence obtenues lorsqu'une source acoustique est placée dans des positions proche et distante du dispositif. La figure 8 représente un

diagramme montrant des caractéristiques directionnelles.

Sur la figure 8, la courbe en trait plein 11 indique une fréquence de 1 kHz, et la courbe formée de tirets 12

représente le cas d'une fréquence de 500 Hz.

Lorsque le dispositif 3 est monté dans le combiné d'un appareil téléphonique et est utilisé comme représenté sur la figure 9, étant donné que la bouche de l'utilisateur, qui agit en tant que source sonore, est très proche du microphone, on considère que l'onde acoustique,

qui pénètre dans le dispositif 3, est une onde sphérique.

De ce fait, il se produit un effet de proximité en raison de l'existence de cette onde sphérique. Le microphone est plus sensible à une onde acoustique possédant une grande longueur d'onde, c'est-à-dire à une gamme de basses fréquences, et par conséquent son niveau de sortie peut augmenter. La courbe en trait mixte 13 sur la figure 7 montre un exemple d'une caractéristique de proximité d'un microphone (l'angle d'incidence 68r de l'onde acoustique est réglé égal à environ 45 ), dans le cas o le microphone est installé dans un combiné téléphonique et est utilisé comme représenté sur la. figure 9. La courbe en trait plein 14 sur la figure 7 représente une courbe caractéristique puissance de sortie-fréquence lorsque 8=0 et que le microphone est distant de 50 cm de la source sonore. La ligne formée de tirets 15 représente une courbe caractéristique puissance de sortie-fréquence lorsque 8=90e et que le microphone est distant de 50 cm de la source sonore. La courbe en trait plein 16 représente une courbe caractéristique puissance de sortie- fréquence, lorsque 0 est égal à 180 et que le

microphone est distant de 50 cm de la source sonore.

Lorsque l'utilisateur parle dans le haut-parleur/émetteur en utilisant le microphone conforme à l'invention, même si une onde acoustique indésirable possédant le même niveau que le niveau de la voix pénètre en provenance d'une position distante, le niveau de sortie de la voix devant être transmise est supérieur à celui d'une telle onde acoustique indésirable. Par conséquent, la voix peut être

transmise de façon claire.

Les figures 10 à 12 représentent une seconde forme de réalisation de l'invention, dans laquelle l'axe acoustique principal a du dispositif 3 est incliné d'un

angle de 30" par rapport à la surface avant du boîtier 1.

La figure 10 représente une vue en coupe verticale d'un microphone conforme à la seconde forme de réalisation. La figure 11 représente des courbes caractéristiques puissance

de sortie-fréquence pour la seconde forme de réalisation.

La figure 12 représente un diagramme montrant des caractéristiques directionnelles de la seconde forme de réalisation. Conformément à la seconde forme de réalisation, le dispositif 3 représenté dans la première forme de réalisation est renfermé dans le boîtier et est incliné de par rapport à l'axe acoustique principal a. Les courbes caractéristiques puissance de sortie-fréquence dans ce cas sont représentées sur la figure 11 et les caractéristiques directionnelles sont représentées sur la figure 12. Sur cette figure 12, la courbe en trait plein 17 concerne le cas d'une fréquence de 1 kHz. La courbe formée de tirets 18 représente le cas de 500 Hz. Bien que l'on puisse obtenir la propriété de directives requise, les caractéristiques du microphone pour n'importe laquelle de ces fréquences sont

dissymétriques par rapport à e=0 0.

Claims

REVENDICATIONS

1. Microphone directif comprenant (A) un boîtier (1) de type fermé comportant une pluralité d'ouvertures acoustiques (2) et (B) un dispositif (3) produisant un gradient de pression.linéaire, renfermé à l'intérieur dudit boîtier, caractérisé en ce que (a) lesdites ouvertures acoustiques (2) sont ménagées dans une surface dudit boîtier (1), (b) un axe acoustique principal (a), qui est perpendiculaire à un diaphragme (4) dudit dispositif (3) produisant un gradient de pression linéaire, est incliné selon un angle prédéterminé par rapport à ladite surface dudit boîtier (1), et (c) des moyens de blindage acoustique (10) sont prévus entre la surface extérieure dudit dispositif (3) produisant un gardient de-pression linéaire et la surface intérieure dudit boîtier (1) de manière à subdiviser l'intérieur dudit microphone en des premier et

second espaces (lA,1B).

2. Microphone directif comprenant (A) un boîtier (1) de type fermé comportant une pluralité d'ouvertures acoustiques (2) et (B) un dispositif (3) produisant un gradient de pression linéaire, renfermé à l'intérieur dudit boîtier, caractérisé en ce que (a) lesdites ouvertures acoustiques (2) sont ménagées dans la surface avant du boîtier (1), (b) un axe acoustique principal (a)-, qui est perpendiculaire à un diaphragme (4) dudit dispositif (3) produisant un gradient de pression linéaire, est sensiblement parallèle à ladite surface avant dudit boîtier (1), et (c) des moyens de blindage acoustique (10) sont prévus entre la surface extérieure dudit dispositif (3) produisant un gradient de pression linéaire et. la surface intérieure dudit boîtier (1) de manière à subdiviser l'intérieur dudit microphone en des premier et

second espaces (1A,1B).