RU2057399C1

RU2057399C1 - Electrodynamic transducer

Info

Publication number: RU2057399C1
Application number: RU94011984A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Сумачев; И.О. Фирсов
Original assignee: АО "Аудио-Профи"
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electrodynamic transducer has cylindrical case 1 with diaphragm 2 and pad 3. Fixed to pad 3 is bottom of cup 4 whose wall carries moving coil 5. Magnetic system has two annular magnets 6 and 7 with core 8 placed between them in a nonspaced relation that carries pole shaders 9 and 10 made of high-conductivity material. Magnets are secured on bottom of cylindrical magnetic circuit 11 so that cup 4 embraces one of magnets on outside and coil 5 is placed in working annular gap formed by core 8 and wall of magnetic circuit 11. The latter is placed in case 1 with aid of flexible members 12 and 13 whose flexible is greater than that of diaphragm 2. Mass of case is smaller than total mass of magnetic system. EFFECT: improved radiation efficiency in comprehensive range of audio frequencies and reduced nonlinear distortions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромеханическим преобразователям, и предназначено для работы в составе аудиометров и других видов приборов при исследовании слуха по каналу костного звукопроведения. The invention relates to electrical engineering, in particular to electromechanical converters, and is intended to work as part of audiometers and other types of devices in the study of hearing through the channel of bone sound conduction.

В соответствии с международными стандартами преобразователи, используемые в качестве аудиометрических вибраторов, должны иметь определенные технические характеристики: нормируемый уровень развиваемой вибратором максимальной переменной силы в широком диапазоне звуковых частот и малые нелинейные искажения, малые габариты и массу. Кроме того, заданы форма и размер излучателя (рабочей площадки вибратора) и сила, с которой он должен прижиматься к сосцевидному отростку (мастоиду) во время исследований костной проводимости (Лисовский В.А. Елисеев В.А. Слуховые приборы и аппараты. М. Радио и связь, 1991, с. 17-19(. In accordance with international standards, transducers used as audiometric vibrators must have certain technical characteristics: the standardized level of the maximum variable force developed by the vibrator in a wide range of sound frequencies and small non-linear distortions, small dimensions and mass. In addition, the shape and size of the emitter (the working platform of the vibrator) and the force with which it should be pressed against the mastoid process (mastoid) during studies of bone conduction (Lisovsky V.A. Eliseev V.A. Hearing instruments and apparatuses. M. Radio and Communications, 1991, pp. 17-19 (.

Современные вибраторы для аудиометрии, удовлетворяющие указанным требованиям, представляют собой, как правило, электромеханические преобразователи: электромагнитные, электродинамические или пьезоэлектрические. Modern vibrators for audiometry that satisfy these requirements are, as a rule, electromechanical transducers: electromagnetic, electrodynamic or piezoelectric.

Известен костный телефон для исследования слуха и протезирования по авт. св. СССР N 449713, А 61 В 5/12, 1972, содержащий пьезоэлектрический вибродвигатель и излучатель в виде пластин. Однако это устройство имеет низкую эффективность преобразования сигналов на нижних частотах звукового диапазона и относительно высокое напряжение (более 10 В) звукового сигнала, что ограничивает возможность его использования в аудиометрии. Known bone phone for hearing and prosthetics by ed. St. USSR N 449713, A 61 V 5/12, 1972, containing a piezoelectric vibration motor and a radiator in the form of plates. However, this device has a low efficiency of signal conversion at low frequencies of the audio range and a relatively high voltage (more than 10 V) of the audio signal, which limits the possibility of its use in audiometry.

Известен также электромеханический преобразователь по авт.св. СССР N 917360, Н 04 R 13/00, 1980, содержащий два магнита, катушку, шток, соединенный с диафрагмой-излучателем, и два U-образных якоря, связанных с корпусом и диафрагмой, при этом одно из плеч каждого якоря проходит через катушку и рабочий зазор магнитов. Однако устройство имеет неравномерную частотную характеристику, значительные искажения и недостаточную отдачу на высших частотах звукового диапазона. Also known is an electromechanical converter according to auth. USSR N 917360, H 04 R 13/00, 1980, containing two magnets, a coil, a rod connected to the diaphragm emitter, and two U-shaped anchors connected to the body and the diaphragm, while one of the arms of each armature passes through the coil and the working gap of the magnets. However, the device has an uneven frequency response, significant distortion and insufficient feedback at higher frequencies of the audio range.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому преобразователю является электродинамический преобразователь [1] содержащий катушку подмагничивания или постоянный магнит, магнитопровод в виде цилиндрического стакана из магнитомягкого материала, в рабочем зазоре которого размещена подвижная катушка, соединенная с гибким подвесом и излучателем. Подвижная катушка снабжена дополнительным магнитопроводом в виде слоев, чередующихся со слоями обмотки. Колебательное движение преобразователя возникает в результате взаимодействия переменного тока подвижной катушки с постоянным магнитным полем. Данное устройство имеет повышенную отдачу и небольшие искажения в области низших частот звукового диапазона. Однако на высших звуковых частотах отдача снижена из-за увеличенной массы подвижной системы за счет введения дополнительного магнитопровода, а также вследствие того, что индуктивное сопротивление катушки увеличивается с ростом частоты, что приводит к уменьшению величины переменного тока в катушке, следовательно, и к уменьшению переменной силы, развиваемой преобразователем. Данное свойство существенно снижает вероятность использования известного устройства в аудиометрии. The closest in design to the claimed transducer is an electrodynamic transducer [1] containing a magnetizing coil or a permanent magnet, a magnetic core in the form of a cylindrical cup of magnetically soft material, in the working gap of which is a movable coil connected to a flexible suspension and emitter. The movable coil is equipped with an additional magnetic circuit in the form of layers alternating with the layers of the winding. The oscillatory motion of the converter occurs as a result of the interaction of the alternating current of the moving coil with a constant magnetic field. This device has improved returns and slight distortion in the low-frequency range of the audio range. However, at higher sound frequencies, the recoil is reduced due to the increased mass of the mobile system due to the introduction of an additional magnetic circuit, and also because the inductive resistance of the coil increases with increasing frequency, which leads to a decrease in the magnitude of the alternating current in the coil, and therefore to a decrease in the variable force developed by the transducer. This property significantly reduces the likelihood of using a known device in audiometry.

В основу настоящего изобретения положена задача создания преобразователя, обладающего высокой эффективностью излучения в широком диапазоне звуковых частот и малым уровнем нелинейных искажений, который имел бы при этом малые размеры и был пригоден для применения в аудиметрах. The basis of the present invention is the creation of a Converter with high radiation efficiency in a wide range of sound frequencies and a low level of non-linear distortion, which would be small and suitable for use in audimeters.

Поставленная задача решается тем, что в электродинамический преобразователь, содержащий корпус, мембрану с контактной площадкой, цилиндрический магнитопровод, на дне которого закреплены постоянный кольцевой магнит и примыкающий к нему сердечник, и подвижную катушку, связанную с мембраной и размещенную в рабочем зазоре, образованном цилиндрическим магнитопроводом и сердечником, согласно изобретению введены дополнительный кольцевой магнит и по крайней мере один короткозамкнутый виток из материала с высокой электропроводностью, магниты намагничены аксиально и установлены соосно одноименными полюсами навстречу друг другу, сердечник с закрепленным на нем короткозамкнутым витком размещен между магнитами без зазоров, подвижная катушка закреплена на цилиндрической стенке чашки, выполненной из немагнитного материала и свободно вставленной в цилиндрический магнитопровод соосно с ним, при этом дно чашки жестко связано с контактной площадкой мембраны, цилиндрический магнитопровод установлен в корпусе посредством эластичных элементов, гибкость которых больше гибкости мембраны, а масса корпуса меньше суммарной массы магнитопровода с магнитами и сердечником. The problem is solved in that in an electrodynamic transducer containing a housing, a membrane with a contact area, a cylindrical magnetic circuit, at the bottom of which a permanent ring magnet and an adjacent core are fixed, and a movable coil connected to the membrane and placed in the working gap formed by a cylindrical magnetic circuit and core, according to the invention introduced an additional ring magnet and at least one squirrel cage made of a material with high electrical conductivity, magnesium you are axially magnetized and mounted coaxially with the same poles towards each other, a core with a short-circuited coil fixed to it is placed between the magnets without gaps, a movable coil is mounted on a cylindrical wall of a cup made of non-magnetic material and freely inserted in a cylindrical magnetic core coaxially with it, while the bottom cups is rigidly connected to the membrane pad; a cylindrical magnetic circuit is installed in the housing by means of elastic elements, the flexibility of which is more than the flexibility embrany, and body mass is less than the total mass of the magnetic circuit with a magnet and core.

Электродинамический преобразователь, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется высокой эффективностью излучения в широком диапазоне звуковых частот и низким уровнем нелинейных искажений благодаря применению высокоэффективной компактной магнитной системы с двумя магнитами и сердечником с короткозамкнутым витком и выполнению подвижной системы в виде двух колебательных контуров, при этом резонансная частота одного контура находится в области низших частот звукового диапазона, а резонансная частота второго контура в области высших звуковых частот. The electrodynamic transducer made in accordance with the present invention is characterized by high radiation efficiency in a wide range of sound frequencies and low level of non-linear distortion due to the use of a highly efficient compact magnetic system with two magnets and a short-circuited core and the implementation of a movable system in the form of two oscillatory circuits, while the resonant frequency of one circuit is in the lower frequency range of the sound range, and the resonant frequency of the second a circuit in the higher audio frequencies.

На чертеже представлен преобразователь в собранном виде, разрез по оси. The drawing shows the Converter in assembled form, a section along the axis.

Электродинамический преобразователь содержит цилиндрический корпус 1, дно которого имеет меньшую толщину, чем стенка, и представляет собой мембрану 2. Центральная часть мембраны 2, выполненная с большей толщиной, представляет собой контактную площадку 3. Корпус 1 выполнен из пластмассы (например, из капролона). С площадкой 3 жестко соединено дно чашки 4, изготовленной из немагнитного материала (например, из пластмассы или алюминиевого сплава). На цилиндрической стенке чашки 4 закреплена подвижная катушка 5. Магнитная система преобразователя включает в себя кольцевые магниты 6 и 7, намагниченные аксиально и установленные соосно одноименными полюсами навстречу друг другу. Между магнитами 6 и 7 размещен без зазоров сердечник 8 из магнитомягкого материала, на котором закреплены два короткозамкнутых витка 9 и 10, выполненные из материала с высокой электропроводностью (например, из меди или алюминия). Витки 9 и 10 расположены на поверхностях сердечника 8, примыкающих к плоскостям магнитов 6 и 7 соответственно. В случае использования одного короткозамкнутого витка он может быть размещен на одинаковом расстоянии от магнитов либо может быть выполнен в виде медного слоя на наружной цилиндрической поверхности сердечника 8. Жестко соединенные между собой магнит 6, сердечник 8 и магнит 7 закреплены на дне цилиндрического магнитопровода 11 таким образом, что чашка 4 охватывает их снаружи, а подвижная катушка 5 размещается в рабочем кольцевом зазоре, образованном сердечником 8 и стенкой магнитопровода 11. Вся конструкция имеет общую ось ОО' симметрии. В свою очередь, цилиндрический магнитопровод 11 установлен в корпусе 1 посредством кольцевых эластичных элементов 12 и 13, выполненных, например, из бутиловой резины. Магниты 6 и 7, сердечник 8, магнитопровод 11 и крышка корпуса 1 имеют сквозное центральное отверстие, через которое выведены провода 14 от подвижной катушки 5 для подключения к источнику переменного тока (не показан). The electrodynamic transducer comprises a cylindrical body 1, the bottom of which has a smaller thickness than the wall, and is a membrane 2. The central part of the membrane 2, made with a larger thickness, is a contact pad 3. The housing 1 is made of plastic (for example, caprolon). With the pad 3, the bottom of the cup 4 made of a non-magnetic material (for example, plastic or aluminum alloy) is rigidly connected. A movable coil 5 is mounted on the cylindrical wall of the cup 4. The magnetic system of the transducer includes ring magnets 6 and 7 magnetized axially and mounted coaxially with the same poles towards each other. A core 8 of magnetically soft material is placed between the magnets 6 and 7 without gaps, on which two short-circuited coils 9 and 10 are mounted, made of a material with high electrical conductivity (for example, copper or aluminum). The turns 9 and 10 are located on the surfaces of the core 8 adjacent to the planes of the magnets 6 and 7, respectively. In the case of using one short-circuited coil, it can be placed at the same distance from the magnets or can be made in the form of a copper layer on the outer cylindrical surface of the core 8. The magnet 6, the core 8 and the magnet 7 are rigidly interconnected and fixed to the bottom of the cylindrical magnetic core 11 in this way that the cup 4 covers them from the outside, and the movable coil 5 is located in the working annular gap formed by the core 8 and the wall of the magnetic circuit 11. The whole structure has a common axis of symmetry OO '. In turn, the cylindrical magnetic core 11 is installed in the housing 1 by means of annular elastic elements 12 and 13, made, for example, from butyl rubber. The magnets 6 and 7, the core 8, the magnetic core 11 and the cover of the housing 1 have a through central hole through which wires 14 are removed from the movable coil 5 for connection to an AC source (not shown).

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

Постоянные магниты 6 и 7 создают постоянное магнитное поле в кольцевом зазоре между сердечником 8 и магнитопроводом 11. При протекании электрического переменного тока в обмотке катушки 5 в результате его взаимодействия с постоянным магнитным полем катушки 5 совершает колебательные движения вдоль оси ОО'. Переменная сила, возникающая в результате этого взаимодействия, прямо пропорциональна магнитной индукции в рабочем зазоре, общей длине провода катушки 5 и силе переменного тока, протекающего в катушке 5. Поскольку длина провода катушки 5 и магнитное поле постоянны, то переменная сила прямо пропорциональна силе тока, питающего катушку 5. Permanent magnets 6 and 7 create a constant magnetic field in the annular gap between the core 8 and the magnetic core 11. When an electric current flows in the coil of the coil 5 as a result of its interaction with the constant magnetic field of the coil 5, it oscillates along the axis OO '. The variable force resulting from this interaction is directly proportional to the magnetic induction in the working gap, the total length of the wire of the coil 5 and the strength of the alternating current flowing in the coil 5. Since the length of the wire of the coil 5 and the magnetic field are constant, the variable force is directly proportional to the current, feeding coil 5.

В общем случае на подвижную систему преобразователя дополнительно действует ряд противодействующих сил: сила инерции массы подвижной системы, восстанавливающая сила упругости подвижной системы и сила сопротивления. Колебательное движение катушки 5 через чашку 4 передается контактной площадке 3 и далее через мембрану 2 корпусу 1. Подвижную систему преобразователя можно представить в виде колебательного контура, состоящего из действующих масс, гибкостей и механических сопротивлений ее составных частей. In the general case, a number of opposing forces additionally act on the moving system of the converter: the mass inertia force of the mobile system, the restoring elastic force of the mobile system, and the resistance force. The oscillatory motion of the coil 5 through the cup 4 is transmitted to the contact pad 3 and then through the membrane 2 to the housing 1. The movable system of the transducer can be represented in the form of an oscillating circuit, consisting of active masses, flexibility and mechanical resistance of its components.

На низших частотах звукового диапазона в колебаниях участвует колебательный контур, резонансная частота которого определяется общей массой катушки 5, чашки 7 и корпуса 1, гибкостью элементов 12 и 13 и импедансом нагрузки преобразователя, т.е. сопротивлением мастоида. At the lower frequencies of the sound range, an oscillatory circuit is involved in the oscillations, the resonant frequency of which is determined by the total mass of the coil 5, cup 7 and housing 1, the flexibility of the elements 12 and 13, and the load impedance of the converter, i.e. mastoid resistance.

С увеличением частоты тока сила инерции массы корпуса 1 возрастает, поэтому на высших частотах звукового диапазона в колебаниях участвует другой колебательный контур, резонансная частота которого определяется суммарной массой катушки 5, чашки 4 и контактной площадки 3, гибкостью мембраны 2 и импедансом нагрузки преобразователя. With an increase in the current frequency, the inertia force of the mass of the housing 1 increases, therefore, at the higher frequencies of the sound range, another oscillatory circuit takes part in the oscillations, the resonant frequency of which is determined by the total mass of the coil 5, cup 4 and contact pad 3, the flexibility of the membrane 2 and the load impedance of the converter.

Необходимым условием для расширения рабочего частотного диапазона является следующее: гибкость элементов 12 и 13 должна быть больше гибкости мембраны 2, а масса корпуса 1 должна быть меньше суммарной массы магнитопровода 11, магнитов 6 и 7 и сердечника 8. A necessary condition for expanding the working frequency range is the following: the flexibility of the elements 12 and 13 should be greater than the flexibility of the membrane 2, and the mass of the housing 1 should be less than the total mass of the magnetic circuit 11, magnets 6 and 7 and the core 8.

На повышение эффективности излучения направлено увеличение магнитной индукции и равномерности магнитного поля в рабочем зазоре благодаря использованию двух высокоэффективных магнитов 6 и 7, размещенных наиболее рационально в компактной магнитной системе, содержащей, кроме магнитов, сердечник 8 и внешний магнитопровод 11. An increase in the radiation efficiency is aimed at increasing magnetic induction and uniformity of the magnetic field in the working gap due to the use of two highly efficient magnets 6 and 7, which are placed most rationally in a compact magnetic system containing, in addition to magnets, a core 8 and an external magnetic circuit 11.

Как известно, индуктивное сопротивление катушки 5 с увеличением частоты также увеличивается и переменная сила уменьшается. Для компенсации снижения переменной силы на высших частотах на сердечнике 8 установлены короткозамкнутые витки 9 и 10, уменьшающие индуктивное сопротивление катушки 5. As is known, the inductance of coil 5 also increases with increasing frequency and the variable force decreases. To compensate for the decrease in the variable force at higher frequencies, short-circuited coils 9 and 10 are installed on the core 8, which reduce the inductive resistance of the coil 5.

Таким образом, предлагаемый электродинамический преобразователь характеризуется расширенным рабочим диапазоном частот благодаря выполнению подвижной системы в виде двух колебательных контуров, а также высокой эффективностью излучения во всем диапазоне частот благодаря оптимальному выполнению магнитной системы. Thus, the proposed electrodynamic converter is characterized by an extended operating frequency range due to the implementation of the mobile system in the form of two oscillatory circuits, as well as high radiation efficiency in the entire frequency range due to the optimal implementation of the magnetic system.

Изготовлена опытная партия преобразователей в соответствии с изобретением для использования их в составе аудиометров при исследовании костной проводимости пациентов с потерей слуха. Проведены испытания преобразователей и получены следующие характеристики:
Частотный диапазон, Гц Не уже 125-8000
Развиваемая переменная сила
на частоте 500 Гц, Н Не менее 0,8
Нелинейные искажения,
на частоте 250 Гц Не более 2,5
на частотах выше 500 Гц Не более 1
Габариты: диаметр, мм 24
высота, мм 25
Масса, г 30An experimental batch of transducers was made in accordance with the invention for use as part of audiometers in the study of bone conduction in patients with hearing loss. Converters were tested and the following characteristics were obtained:
Frequency range, Hz Not already 125-8000
Developed Variable Strength
at a frequency of 500 Hz, N Not less than 0.8
Nonlinear distortion
at a frequency of 250 Hz Not more than 2.5
at frequencies above 500 Hz Not more than 1
Dimensions: diameter, mm 24
height, mm 25
Weight, g 30

Claims

ELECTRODYNAMIC TRANSDUCER, comprising a housing, a magnetic circuit, two permanent ring magnets coaxially mounted on the magnetic circuit, magnetized axially and facing the same poles towards each other, a core and a movable system including a membrane, a bearing element in the form of a tubular protrusion, rigidly connected to the membrane mounted on a tubular protrusion and placed in the working gap, and a flexible annular suspension associated with the membrane along the inner circumference and with the housing on the periphery, distinguishes characterized in that the magnetic circuit is made in the form of a hollow cylinder, at the bottom of which a first magnet, a core and a second magnet are connected, interconnected without gaps, the working gap is formed by the inner surface of the cylindrical magnetic circuit and the outer surface of the core, on which at least one short-circuited coil of material with high electrical conductivity, while the magnetic circuit is installed in the housing by means of elastic elements, the flexibility of which is greater than the flexibility of the suspension of the mobile system, and The case is smaller than the total mass of the magnetic circuit with magnets and core.