RU199764U1 - Матричный излучатель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области акустических систем, в частности к изодинамическим излучателям, и предназначена для использования в акустических системах воспроизведения звука для бытовых и профессиональных целей. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении переходных и фазовых искажений воспроизводимого сигнала излучателя, обусловленных деформацией диафрагмы. Технический результат достигается в матричном излучателе, содержащем диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, на диафрагме расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитами с разными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока, токопроводящая дорожка расположена относительно магнитов так, что в плоскости диафрагмы все крайние магниты матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой, магниты имеют форму тела вращения, ось вращения которого перпендикулярна плоскости диафрагмы, как минимум одна из поверхностей магнита, обращенных к плоскости диафрагмы, является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля в пределах диафрагмы, свободное пространство ячеек, образованных токопроводящей дорожкой диафрагмы, заполнено узорами из токопроводящих дорожек, не препятствующих прохождению тока по описанному выше пути основной токопроводящей дорожки, с обеспечением равномерного заполнения диафрагмы. Каждый магнит может быть ограничен несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть полусферой, эллипсоидом, конической поверхностью. Магнит может иметь цилиндрическую форму со скругленными кромками или фасками. Магниты могут быть расположены с одной стороны относительно диафрагмы. Магниты могут быть расположены с двух сторон относительно диафрагмы. На поверхности диафрагмы может быть организовано рифление в виде шахматного чередования выпуклых и вогнутых участков, геометрически соответствующим рисунку токопроводящих дорожек на диафрагме. 13 ил.

Description

Полезная модель относится к области акустических систем, в частности к изодинамическим излучателям, и предназначена для использования в акустических системах воспроизведения звука для бытовых и профессиональных целей.

Известен аналог - электромагнитный преобразователь повышенной эффективности - US 4837838, 06.06.1989, содержащий удлиненные магнитные полосы, закрепленные с обеих сторон плоской гибкой тонкопленочной диафрагмы. Подключенные к диафрагме токопроводящие дорожки при возбуждении электрическим током вызывают движение диафрагмы.

Известен аналог - одномагнитный планарно-магнитный излучатель - US 20150326974, 12.11.2015, в котором вместо стержневых магнитов используется одна пластина из магнитного материала, с удлиненными отверстиями, закрепленная с одной стороны тонкопленочной диафрагмы,

Известны аналоги: излучатели, применяемые в наушниках фирм Fostex, Audeze, HiFiMan - источники в сети Интернет (http://www.fostexintemational.com,https://www.audeze.com.http://www.hifiman.com).

Известен аналог - изодинамический излучатель с магнитной системой - источник в сети Интернет (http://www.arstel.com/ru/articles/art_ak_system_3.php), представляющей собой сложную форму из двух перфорированных пластин, на которых установлены стержневые магниты. Между пластинами помещается тонкая майларовая диафрагма с нанесенными в форме меандра токопроводящими дорожками. Протекающий по этим дорожкам переменный ток создает электромагнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем в зазоре и вызывает колебания диафрагмы.

Отличие устройств аналогов заключается в форме, размерах диафрагмы, расположении, форме и количестве токопроводящих дорожек, конфигурации магнитных систем. Несмотря на то, что у изодинамических излучателей высокое качество звуковоспроизведения и низкий уровень искажений, они обладают недостатком.

Недостатком аналогов является особенность конструкции, которая провоцирует в них возникновение так называемых переходных и фазовых искажений сигнала. Искажения возникают из-за деформации диафрагмы при резкой смене направления ее движения на противоположное. Силы Лоренца, приводящие диафрагму в движение, приложены к активным участкам диафрагмы, покрытым токопроводящими дорожками. На пассивные, не покрытые дорожками, участки диафрагмы импульс движения передается через материал диафрагмы. Так как диафрагма представляет собой тонкую полимерную пленку, обладающей упругостью, а при колебаниях диафрагма испытывает как сопротивление воздуха, так и преодолевает собственную инерцию и инерцию перемещаемого воздуха, то пассивные участки диафрагмы запаздывают в движении по сравнению с активными. Из-за этого происходят деформация диафрагмы, которая вызывает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала.

Известен аналог - матричный излучатель - US 4337379, 29.01.82, принятый в качестве прототипа, содержащий диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, токопроводящая дорожка расположена на диафрагме с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока под прямым углом и в одном и том же направлении относительно направления тока, токопроводящая дорожка имеет увеличенные участки прохождения тока в областях крайних магнитов в матрице для обеспечения небольшого импеданса на участках.

Недостатком прототипа является наличие искажений передаваемого сигнала из-за неравномерности перемещения мембраны. Искажения возникают из-за деформации диафрагмы при резкой смене направления ее движения на противоположное, что вызывает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении переходных и фазовых искажений воспроизводимого сигнала излучателя, обусловленных деформацией диафрагмы.

Технический результат достигается в матричном излучателе, содержащем диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, на диафрагме расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитами с разными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока, токопроводящая дорожка расположена относительно магнитов так, что в плоскости диафрагмы все крайние магниты матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой, магниты имеют форму тела вращения, ось вращения которого перпендикулярна плоскости диафрагмы, как минимум одна из поверхностей магнита, обращенных к плоскости диафрагмы, является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля в пределах диафрагмы, свободное пространство ячеек, образованных токопроводящей дорожкой диафрагмы, заполнено узорами из токопроводящих дорожек, не препятствующих прохождению тока по описанному выше пути основной токопроводящей дорожки, с обеспечением равномерного заполнения диафрагмы.

Каждый магнит может быть ограничен несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления.

Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть полусферой, эллипсоидом, конической поверхностью.

Магнит может иметь цилиндрическую форму со скругленными кромками или фасками.

Магниты могут быть расположены с одной стороны относительно диафрагмы.

Магниты могут быть расположены с двух сторон относительно диафрагмы.

На поверхности диафрагмы может быть организовано рифление в виде шахматного чередования выпуклых и вогнутых участков, геометрически соответствующим рисунку токопроводящих дорожек на диафрагме.

На фиг. 1 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов матричного излучателя в плоскости, перпендикулярной плоскости диафрагмы.

На фиг. 2 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов матричного излучателя в плане (в плоскости диафрагмы).

На фиг. 3 изображены магнитные поля магнитов матричного излучателя.

На фиг. 4 изображен пример заполнения свободной площади диафрагмы для обеспечения равномерного распределения массы по поверхности диафрагмы.

На фиг. 5 изображен пример диафрагмы устройства-аналога.

На фиг. 6 изображен пример диафрагмы устройства-прототипа.

На фиг. 7 изображена кинематика движения диафрагмы устройства-прототипа и аналогов.

На фиг. 8 изображено сечение матричного излучателя.

На фиг. 9 изображен внешний вид матричного излучателя.

На фиг. 10 изображен пример диафрагмы с четырьмя токопроводящими дорожками в группе.

На фиг. 11 изображен собранный излучатель сбоку.

На фиг. 12 изображен собранный излучатель сверху и показаны контакты для подачи сигнала.

На фиг. 13 изображена диафрагма излучателя с рифлениями.

Матричный излучатель содержит диафрагму 1, как показано на фиг. 1, магниты 2 расположенные на расстоянии Н от диафрагмы с обеспечением воздействия электромагнитным полем на диафрагму 1, причем магниты 2 расположены в виде матрицы со столбцами 3 и рядами 4, как показано на фиг. 2, так, что близлежащие магниты, например 5, 6, как показано на фиг. 1, имеют противоположные полюса S, N, на диафрагме 1 расположена токопроводящая дорожка 7 с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов 3 и вдоль рядов 4, в промежутках между близлежащими магнитами с разными полюсами 5 и 6, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца 3 или одного ряда 1, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами 2 магнитного потока 8, как показано на фиг. 3, через соответствующие части пути тока в токопроводящей дорожке 7 в одном и том же направлении относительно направления тока, все крайние магниты 9 матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой 10, как показано на фиг. 2, магниты 2 имеют форму тела вращения с перпендикулярной плоскости диафрагмы 1 осью вращения 11, как показано на фиг. 1, обращенная к плоскости диафрагмы 1 поверхность 12 магнита 2 является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля 8 в пределах диафрагмы 1, свободное пространство ячеек 13, образованных токопроводящей дорожкой 7 диафрагмы 1, заполнено узорами 14, как показано на фиг. 4, из токопроводящих дорожек, не препятствующих прохождению тока по описанному выше пути основной токопроводящей дорожки 7, при этом все токопроводящие дорожки расположены с обеспечением равномерной плотности заполнения диафрагмы 1.

Рассмотрим пример конкретной реализации матричного излучателя. В отличие от известных излучателей-аналогов, с целью уменьшения амплитудных искажений и повышения разрешающей способности излучателя, токопроводящая дорожка 4 плотно расположена на диафрагме 3, как показано на фиг. 2. Расположение токопроводящей дорожки 7 в устройствах-аналогах изображено на фиг. 5. Там диафрагма 1 содержит активные 15, ограниченные пунктиром, и пассивные 16 участки площади. Активные 15 покрыты токопроводящими дорожками 7. В прототипе токопроводящая дорожка 7 расположена относительно магнитов 2 так, как показано на фиг. 5. Имеются магниты 17, которые по периферии не ограничены токопроводящей дорожкой 2 так, что ячейки 13 для этих магнитов не имеют одной или двух сторон. Из-за этого в области отсутствия токопроводящей дорожки 7 в этих местах образуются пассивные участки площади, как в аналогах. При прохождении по токопроводящей дорожке 7 тока формируются участки приложения силы Лоренца, приводящие диафрагму 1 в движение, как показано на фиг. 7. На пассивные участки 16 диафрагмы 1 импульс движения 18 передается через материал диафрагмы 1, представляющий собой тонкую полимерную пленку, обладающей упругостью. При колебаниях диафрагма 1 испытывает как сопротивление воздуха 19, так и преодолевает собственную инерцию, так и инерцию перемещаемого воздуха. Пассивные участки 16 диафрагмы 1 запаздывают в движении по сравнению с активными 15, из-за чего происходят ее деформация, как показано на фиг. 7, при колебаниях и это вызывает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала. Для наглядности можно привести аналогию с поведением паруса на реях, если начать раскачивать мачту вперед-назад. В предлагаемой полезной модели все крайние магниты 9 матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой 10, как показано на фиг. 2. Благодаря этому обеспечивается более высокая равномерность движения всех участков диафрагмы 1 и снижаются переходные и фазовых искажения воспроизводимого сигнала излучателя, обусловленных деформацией диафрагмы.

Обращенная к плоскости диафрагмы 1 поверхность 12 магнита 2 является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля 8 в пределах диафрагмы 1. Для этого поверхность магнита, обращенная к плоскости диафрагмы, может быть полусферой, эллипсоидом, конической поверхностью. Магнит может иметь цилиндрическую форму со скругленными кромками или фасками. Равномерность магнитного поля обеспечивает более равномерный отклик диафрагмы, то есть снижает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала излучателя. Этот эффект подтвержден компьютерным моделированием магнитных полей и на изготовленных образцах. Если магнит имеет форму цилиндра с острыми кромками, то магнитное поле в пределах диафрагмы является неравномерным и требуемый эффект не достигается.

Заполнение свободной площади на диафрагме 1 узорами из токопроводящих дорожек 4, как показано на фиг. 4, обеспечивает равномерную плотность диафрагмы 1 и направлено на снижение переходных и фазовых искажений воспроизводимого сигнала. Результат основан на том, что при равномерно распределенной по поверхности плотности все области диафрагмы имеют одинаковую инерцию. При плотном заполнении диафрагмы 1 переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала существенно снижаются.

Конструктивно гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма 1 может быть установлена на изолирующей рамке 20, фиг. 8 в корпусе 21 для изоляции магнитов 2 от токопроводящей дорожки 7. Возможно исполнение устройства без изолирующей рамки 20, если материал и конструкция корпуса 21 надежно обеспечат изоляцию. Крепежные элементы 22 стягивают элементы конструкции между собой, как показано на фиг. 9, однако возможно исполнение устройства без них. Корпус 21 может быть цельным, изготовленным литьем пластмассы с диафрагмой 1 и магнитами 2 в качестве закладных элементов при литье или может быть напечатан на 3d принтере вокруг элементов устройства.

Каждая ячейка 13 может быть ограничена несколькими параллельными рядами 23 токопроводящей дорожки 7, имеющими ток одного направления, как показано на фиг. 10.

Промышленная реализуемость заявляемой полезной модели и возможность достижения технического результата подтверждена на опытном образце устройства, который изображен на фиг. 11, 12, 13. На фиг. 13 показана диафрагма 1, на поверхности которой организовано рифление в виде шахматного чередования выпуклых и вогнутых участков, геометрически соответствующим рисунку диафрагмы.

Claims (10)

1. Матричный излучатель, содержащий диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены в виде матрицы со столбцами и рядами так, что близлежащие магниты имеют противоположные полюса, на диафрагме расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, проходящего с чередованием направления вдоль столбцов и вдоль рядов, в промежутках между вышеуказанными близлежащими магнитами с разными полюсами, не проходящего мимо двух подряд магнитных полюсов из одного столбца или одного ряда, с обеспечением прохождения создаваемого магнитами магнитного потока через соответствующие части пути тока в одном и том же направлении относительно направления тока, отличающийся тем, что токопроводящая дорожка расположена относительно магнитов так, что в плоскости диафрагмы все крайние магниты матрицы ограничены с наружной стороны токопроводящей дорожкой, магниты имеют форму тела вращения, ось вращения которого перпендикулярна плоскости диафрагмы, как минимум одна из поверхностей магнита, обращенная к плоскости диафрагмы, является не плоской с возможностью обеспечения равномерного магнитного поля в пределах диафрагмы, свободное пространство ячеек, образованных токопроводящей дорожкой диафрагмы, заполнено узорами из токопроводящих дорожек, не препятствующих прохождению тока по описанному выше пути основной токопроводящей дорожки, с обеспечением равномерного заполнения диафрагмы.

2. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый магнит ограничен несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления.

3. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что одна из обращенных к плоскости диафрагмы поверхностей магнита является конической.

4. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является полусферой.

5. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является эллипсоидом.

6. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что магнит имеет цилиндрическую форму со скругленными кромками.

7. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что магнит имеет цилиндрическую форму с фасками.

8. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что магниты расположены с одной стороны относительно диафрагмы.

9. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что магниты расположены с двух сторон относительно диафрагмы.

10. Матричный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности диафрагмы организовано рифление в виде шахматного чередования выпуклых и вогнутых участков, геометрически соответствующего рисунку токопроводящих дорожек на диафрагме.

Images