CN113395631A - 一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器及录音方法 - Google Patents

一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器及录音方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，包括底座、设于底座上的磁流变液槽、两端分别连接在底座和磁流变液槽上的第一透音支撑件、设于磁流变液槽和底座之间的低音压电转换膜、设于磁流变液槽顶部的隔板、设于隔板上的顶盖、两端分别连接在磁流变液槽和顶盖的第二透音支撑件、同轴设设于顶盖与隔板之间的高音拾音振膜和固定电极、设于隔板的输出信号处理模块、设于磁流变液槽底部的第一电磁线圈、多个均布于高音拾音振膜与固定电极之间的毛细管；固定电极与高音拾音振膜之间形成电容器结构；本发明将高音拾音振膜和低音压电转换膜的振动变形转化为电容器结构的电容变化，从而提高拾音器对声波振动的响应性，拾音音质更好，分辨率高。

Description

一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器及录音方法
技术领域
本发明涉及一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器。
背景技术
目前的拾音器均采单一振膜结构，由于振膜材料自身物理特性的限制，其对不同频率的声音产生的振动响应以及振幅变化的线性程度均不同，导致振膜的振动频率、振幅以及波形与实际声音之间存在一定程度的失真；声音经振膜转化为电信号后，经过信号的放大、消噪处理后，这种失真被进一步放大，使得单一振膜结构的拾音器的音质较差。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，包括底座、设于底座上方的磁流变液槽、两端分别连接在底座和磁流变液槽上的第一透音支撑件、设于磁流变液槽和底座之间的低音压电转换膜、设于磁流变液槽顶部的隔板、设于隔板上方的顶盖、两端分别连接在磁流变液槽和顶盖上的第二透音支撑件、同轴设置在顶盖与隔板之间的高音拾音振膜和固定电极、设于隔板上的输出信号处理模块、设于磁流变液槽底部的第一电磁线圈、多个均布于高音拾音振膜与固定电极之间的毛细管；
所述低音压电转换膜位于第一透音支撑件内；所述隔板位于第二透音支撑件内；所述隔板与磁流变液槽之间形成磁流变液腔，所述磁流变液腔内储存有磁流变液体；
所述高音拾音振膜位于第二透音支撑件内；所述固定电极位于高音拾音振膜内，所述固定电极与高音拾音振膜之间形成电容器结构；
所述输出信号处理模块位于固定电极内；其中，所述输出信号处理模块与电容器结构串接；
所述第一电磁线圈的底部为S极；其中，第一电磁线圈与低音压电转换膜电连接；
每个所述毛细管的下端均穿过隔板后与磁流变液腔连通，每个所述毛细管的上端均连接在顶盖上，并通过顶盖与外界连通。
本发明进一步地，还包括设于底座上的电流放大模块，所述电流放大模块位于低音压电转换膜内。
本发明进一步地，还包括设于顶盖顶部的第二电磁线圈，第二电磁线圈的顶部为N极。
本发明进一步地，所述第二透音支撑件设有向内倾斜延伸的延迟挡片，所述延迟挡片位于第二透音支撑件和高音拾音振膜之间。
本发明进一步地，所述第一透音支撑件、第二透音支撑件均为网罩结构。
本发明进一步地，所述磁流变液体的磁性颗粒呈圆柱形。
本发明进一步地，第一电磁线圈贴附在磁流变液槽的底面。
本发明进一步地，所述第二电磁线圈贴附在顶盖的顶面。
本发明进一步地，所述顶盖一一对应每个毛细管分别开设有透气孔，所述毛细管的上端与透气孔连通。
本发明的有益效果为：本发明相对于单一振膜方式，通过利用高音拾音振膜和低音压电转换膜分别对声音信号中的高音部分和低音部分进行拾音，并通过高音拾音振膜和固定电极形成的电容器结构与磁流变液体在毛细管内液面高度变化配合，将高音拾音振膜的振动变形和低音压电转换膜的振动变形转化为电容器结构的电容变化而输出电流信号，从而提高拾音器对声波振动的响应性，使得拾音音质得到提升，声音分辨率更高。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的剖面示意图；
图3是本发明的分解示意图；
附图标记说明：1、底座；2、磁流变液槽；3、第一透音支撑件；4、低音压电转换膜；5、隔板；6、顶盖；7、第二透音支撑件；8、高音拾音振膜；9、固定电极；11、输出信号处理模块；12、第一电磁线圈；13、毛细管；14、电流放大模块；15、第二电磁线圈；16、延迟挡片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图3所示，本实施例所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，包括底座1、设于底座1上方的磁流变液槽2、两端分别连接在底座1和磁流变液槽2上的第一透音支撑件3、设于磁流变液槽2和底座1之间的低音压电转换膜4、设于磁流变液槽2顶部的隔板5、设于隔板5上方的顶盖6、两端分别连接在磁流变液槽2和顶盖6上的第二透音支撑件7、同轴设置在顶盖6与隔板5之间的高音拾音振膜8和固定电极9、设于隔板5上的输出信号处理模块11、设于磁流变液槽2底部的第一电磁线圈12、多个均布于高音拾音振膜8与固定电极9之间的毛细管13；
所述低音压电转换膜4位于第一透音支撑件3内；所述隔板5位于第二透音支撑件7内；所述隔板5与磁流变液槽2之间形成磁流变液腔，所述磁流变液腔内储存有磁流变液体；
所述高音拾音振膜8位于第二透音支撑件7内；所述固定电极9位于高音拾音振膜8内，所述固定电极9与高音拾音振膜8之间形成电容器结构；
所述输出信号处理模块11位于固定电极9内；其中，所述输出信号处理模块11与电容器结构串接；
所述第一电磁线圈12的底部为S极；其中，第一电磁线圈12与低音压电转换膜4电连接；
每个所述毛细管13的下端均穿过隔板5后与磁流变液腔连通，每个所述毛细管13的上端均连接在顶盖6上，并通过顶盖6与外界连通。
本实施例的工作方式是：工作时，低音压电转换膜4和高音拾音振膜8同时对声音进行采集，当声音信号透过第二透音支撑件7传递至高音拾音振膜8上时，由于高音拾音振膜8只对中高音敏感，声音信号中的高音部分带动高音拾音振膜8振动，而振幅较大、波长较长的低音部分都被高音拾音振膜8过滤掉，该低音部分包括噪音中的低频噪音，此时高音拾音振膜8的振动，改变了高音拾音振膜8内表面与固定电极9之间的间距，从而使得电容器结构的电容改变，电容器结构输出随高音拾音振膜8振动幅度和振动频率变化的电流信号；当声音信号传递至低音压电转换膜4时，声音信号的低音部分带动低音压电转换膜4振动，由于低音压电转换膜4只对低音比较敏感，波长较短、振幅较小的高音部分都被低音电压转换膜过滤掉，该高音部分包括噪音中的高频噪音，此时低音压电转换膜4的振动变形产生电流信号，该电流信号输出至第一电磁线圈12上，对第一电磁线圈12进行励磁，使第一电磁线圈12产生磁感线自下而上穿过磁流变液体的磁场，该磁场的磁场强度随低音压电转换膜4产生的电流信号的大小变化而变化，此时磁流变液体受到磁场作用，毛细管13内的磁流变液体的液面高度在磁场作用下上升并随着磁场强度的变化而变化，此时由于毛细管13位于高音拾音振膜8和固定电极9之间，毛细管13内磁流变液体的液面高度变化，使得高音拾音振膜8和固定电极9之间形成的电容器结构的介电常数发生改变，引起电容器结构的电容变化，从而电容器结构输出随低音压电转换膜4振动幅度和振动频率变化的电流信号，即将低音压电转换膜4产生的振动变形通过第一电磁线圈12转化为毛细管13内磁流变液体的液面高度变化；而由于电容器结构的电容受到介电常数和两极板之间的间距共同影响，即高音拾音振膜8产生的振动和低音压电转换膜4产生振动共同改变电容器结构的电容，从而实现高音部分和低音部分信号的输出耦合，然后电容器结构产生的电流信号经过输出信号处理模块11进行放大、降噪等处理后，即可得到声音输出信号。
本实施例相对于单一振膜方式，通过利用高音拾音振膜8和低音压电转换膜4分别对声音信号中的高音部分和低音部分进行拾音，并通过高音拾音振膜8和固定电极9形成的电容器结构与磁流变液体在毛细管13内液面高度变化配合，将高音拾音振膜8的振动变形和低音压电转换膜4的振动变形转化为电容器结构的电容变化而输出电流信号，从而提高拾音器对声波振动的响应性，使得拾音音质得到提升，声音分辨率更高。
本实施例通过设置多个毛细管13与磁流变液腔连通，使得磁流变液体能进入毛细管13内，由于毛细管13的截面积远小于磁流变液腔的截面积，从而将磁流变液体的受磁变化进行放大，响应灵敏。
基于上述实施例的基础上，进一步地，还包括设于底座1上的电流放大模块14，所述电流放大模块14位于低音压电转换膜4内。实际使用时，低音压电转换膜4的振动变形产生电流信号，该电流信号经过电流放大模块14进行放大处理后对第一电磁线圈12励磁，增强第一电磁线圈12产生的磁场强度，使得磁流变液体形态变形明显。
基于上述实施例的基础上，进一步地，还包括设于顶盖6顶部的第二电磁线圈15，第二电磁线圈15的顶部为N极。 实际使用时，低音压电转换膜4的振动变形产生电流信号，该电流信号同时对第一电磁线圈12和第二电磁线圈15励磁，从而在第一电磁线圈12和第二电磁线圈15之间产生匀强磁场，保证磁流变液体受磁均衡。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述第二透音支撑件7设有向内倾斜延伸的延迟挡片16，所述延迟挡片16位于第二透音支撑件7和高音拾音振膜8之间。实际使用时，利用延迟挡片16对声音信号的传递路径适当延长，以保证高音拾音振膜8的振动变形与低音压电转换膜4引起毛细管13内磁流变液体的变化同步改变电容器结构的电容发生改变。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述第一透音支撑件3、第二透音支撑件7均为网罩结构。具体地，延迟挡片16的一端固定连接在第二透音支撑件7的内壁上，其另一端朝向高音拾音振膜8倾斜延伸，如此设置，在便于声音信号穿过的同时，对低音压电转换膜4、高音拾音振膜8形成更好的保护。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述磁流变液体的磁性颗粒呈圆柱形。如此设置，使得磁流变液体在毛细管13中的液面高度变化更明显，提高响应性。
基于上述实施例的基础上，进一步地，第一电磁线圈12贴附在磁流变液槽2的底面。如此设置，利于减小拾音器的体积，结构更紧凑。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述第二电磁线圈15贴附在顶盖6的顶面。如此设置，利于减小拾音器的体积，结构更紧凑。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述顶盖6一一对应每个毛细管13分别开设有透气孔，所述毛细管13的上端与透气孔连通。通过透气孔使得毛细管13与外界大气连通，从而使得磁流变液体由于虹吸效应下在每个毛细管13中的高度是一定的，同时也保证毛细管13内的磁流变液体在磁场作用下，液面高度发生变化。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，包括底座(1)、设于底座(1)上方的磁流变液槽(2)、两端分别连接在底座(1)和磁流变液槽(2)上的第一透音支撑件(3)、设于磁流变液槽(2)和底座(1)之间的低音压电转换膜(4)、设于磁流变液槽(2)顶部的隔板(5)、设于隔板(5)上方的顶盖(6)、两端分别连接在磁流变液槽(2)和顶盖(6)上的第二透音支撑件(7)、同轴设置在顶盖(6)与隔板(5)之间的高音拾音振膜(8)和固定电极(9)、设于隔板(5)上的输出信号处理模块(11)、设于磁流变液槽(2)底部的第一电磁线圈(12)、多个均布于高音拾音振膜(8)与固定电极(9)之间的毛细管(13)；
所述低音压电转换膜(4)位于第一透音支撑件(3)内；所述隔板(5)位于第二透音支撑件(7)内；所述隔板(5)与磁流变液槽(2)之间形成磁流变液腔，所述磁流变液腔内储存有磁流变液体；
所述高音拾音振膜(8)位于第二透音支撑件(7)内；所述固定电极(9)位于高音拾音振膜(8)内，所述固定电极(9)与高音拾音振膜(8)之间形成电容器结构；
所述输出信号处理模块(11)位于固定电极(9)内；其中，所述输出信号处理模块(11)与电容器结构串接；
所述第一电磁线圈(12)的底部为S极；其中，第一电磁线圈(12)与低音压电转换膜(4)电连接；
每个所述毛细管(13)的下端均穿过隔板(5)后与磁流变液腔连通，每个所述毛细管(13)的上端均连接在顶盖(6)上，并通过顶盖(6)与外界连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，还包括设于底座(1)上的电流放大模块(14)，所述电流放大模块(14)位于低音压电转换膜(4)内。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，还包括设于顶盖(6)顶部的第二电磁线圈(15)，第二电磁线圈(15)的顶部为N极。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，所述第二透音支撑件(7)设有向内倾斜延伸的延迟挡片(16)，所述延迟挡片(16)位于第二透音支撑件(7)和高音拾音振膜(8)之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，所述第一透音支撑件(3)、第二透音支撑件(7)均为网罩结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，所述磁流变液体的磁性颗粒呈圆柱形。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，第一电磁线圈(12)贴附在磁流变液槽(2)的底面。
8.根据权利要求3所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，所述第二电磁线圈(15)贴附在顶盖(6)的顶面。
9.根据权利要求1所述的一种基于磁流变原理的高分辨率拾音器，其特征在于，所述顶盖(6)一一对应每个毛细管(13)分别开设有透气孔，所述毛细管(13)的上端与透气孔连通。
10.一种利用权利要求1至9中任一项所述的基于磁流变原理的高分辨率拾音器的录音方法，其特征在于：
首先，低音压电转换膜(4)和高音拾音振膜(8)同时对声音进行采集，当声音信号透过第二透音支撑件(7)传递至高音拾音振膜(8)上时，由于高音拾音振膜(8)只对中高音敏感，声音信号中的高音部分带动高音拾音振膜(8)振动，而振幅较大、波长较长的低音部分都被高音拾音振膜(8)过滤掉；
其次，该低音部分包括噪音中的低频噪音，此时高音拾音振膜(8)的振动，改变了高音拾音振膜(8)内表面与固定电极(9)之间的间距，从而使得电容器结构的电容改变，电容器结构输出随高音拾音振膜(8)振动幅度和振动频率变化的电流信号；当声音信号传递至低音压电转换膜(4)时，声音信号的低音部分带动低音压电转换膜(4)振动，由于低音压电转换膜(4)只对低音比较敏感，波长较短、振幅较小的高音部分都被低音电压转换膜过滤掉，该高音部分包括噪音中的高频噪音，此时低音压电转换膜(4)的振动变形产生电流信号，该电流信号输出至第一电磁线圈(12)上，对第一电磁线圈(12)进行励磁，使第一电磁线圈(12)产生磁感线自下而上穿过磁流变液体的磁场，该磁场的磁场强度随低音压电转换膜(4)产生的电流信号的大小变化而变化，此时磁流变液体受到磁场作用，毛细管(13)内的磁流变液体的液面高度在磁场作用下上升并随着磁场强度的变化而变化，此时由于毛细管(13)位于高音拾音振膜(8)和固定电极(9)之间，毛细管(13)内磁流变液体的液面高度变化，使得高音拾音振膜(8)和固定电极(9)之间形成的电容器结构的介电常数发生改变，引起电容器结构的电容变化，从而电容器结构输出随低音压电转换膜(4)振动幅度和振动频率变化的电流信号，即将低音压电转换膜(4)产生的振动变形通过第一电磁线圈(12)转化为毛细管(13)内磁流变液体的液面高度变化；
然后，由于电容器结构的电容受到介电常数和两极板之间的间距共同影响，即高音拾音振膜(8)产生的振动和低音压电转换膜(4)产生振动共同改变电容器结构的电容，从而实现高音部分和低音部分信号的输出耦合，然后电容器结构产生的电流信号经过输出信号处理模块(11)进行放大、降噪等处理后，即可得到声音输出信号。
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