RU2552400C2

RU2552400C2 - Electrodynamic sound reproducing head

Info

Publication number: RU2552400C2
Application number: RU2013139809/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Межуев; Олег Николаевич Роговенко
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-06-10
Also published as: RU2013139809A

Abstract

FIELD: physics, acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to acoustic means of reproducing sound. The electrodynamic sound reproducing head comprises an audio electric signal source, a sound vibration generator interacting with an elastic medium, series-connected modulator, matching device and high-voltage transformer. The sound vibration generator is in the form of two electrodes separated by a distance which enables to generate an electric arc. The input of the modulator is connected to the output of the audio electric signal source, and the outputs of the high-voltage transformer are connected to the electrodes, the output of the modulator is connected to the matching device which facilitates signal strength and resistance matching with the input of the high-voltage transformer. The output of the matching device is connected to the input of the transformer.

EFFECT: high sound quality.

1 dwg

Description

Изобретение относится к технике воспроизведения звуковых колебаний. Оно может быть использовано при создании новых и совершенствовании существующих звуковоспроизводящих устройств и акустических систем направленного воспроизведения звука с наличием визуальных эффектов технического, рекламного, развлекательного и бытового назначения.The invention relates to techniques for reproducing sound vibrations. It can be used to create new and improve existing sound reproducing devices and acoustic systems of directional sound reproduction with the presence of visual effects for technical, advertising, entertainment and domestic purposes.

Известны звуковоспроизводящие устройства, построенные по классическому принципу и содержащие в своем составе радиоприемник и оконечное устройство, в качестве которого выступает электродинамическая звукоизлучающая головка, реализованная различными способами [Зюко А.Г. и др. «Радиоприемные устройства»: учебник для вузов. М.: «Связь», 1975, с.7, 8; Нефедов В.И. «Основы радиоэлектроники и связи»: учебник для вузов. М.: «Высшая школа», 2002, с.436, 438]. Недостатком указанных устройств является использование электродинамической звукоизлучающей головки, которая является основным источником частотных и нелинейных искажений в акустических системах [М.М. Эфрусси «Громкоговорители и их применение» М.: «Энергия», 1976, с.129].Known sound reproducing devices built according to the classical principle and containing a radio receiver and a terminal device, which is an electrodynamic sound-emitting head, implemented in various ways [Zyuko A.G. and others. "Radio receivers": a textbook for universities. M .: “Communication”, 1975, p. 7, 8; Nefedov V.I. "Fundamentals of Radio Electronics and Communications": a textbook for universities. M .: "Higher School", 2002, p. 436, 438]. The disadvantage of these devices is the use of an electrodynamic sound-emitting head, which is the main source of frequency and nonlinear distortion in acoustic systems [M.M. Efrussi "Loudspeakers and their application" M .: "Energy", 1976, p.129].

Наиболее близким аналогом является звуковоспроизводящее устройство с электромеханической обратной связью (патент RU №2030844, H04R 9/00, 24.05.1990). Ближайший аналог содержит электродинамическую головку со звуковой катушкой и диафрагмой, элементы обратной отрицательной связи, входной сумматор и усилитель низкой частоты. Недостатком ближайшего аналога также является использование электродинамической звукоизлучающей головки и достаточно сложной электромеханической системы с использованием обратной отрицательной связи.The closest analogue is a sound reproducing device with electromechanical feedback (patent RU No. 2030844, H04R 9/00, 05.24.1990). The closest analogue contains an electrodynamic head with a voice coil and a diaphragm, negative feedback elements, an input adder and a low-frequency amplifier. A disadvantage of the closest analogue is the use of an electrodynamic sound-emitting head and a rather complex electromechanical system using negative feedback.

Предлагаемое устройство предназначено для достижения технического результата, заключающегося в повышении качества воспроизведения звука, в достижении направленного и объемного его излучения, в снижении частотных и нелинейных искажений за счет использования в качестве генератора звуковых колебаний в упругой среде электрической дуги между двумя электродами, а также в визуализации процесса воспроизведения звуковых колебаний.The proposed device is intended to achieve a technical result, which consists in improving the quality of sound reproduction, in achieving directed and volumetric radiation, in reducing frequency and nonlinear distortions due to the use of an electric arc between two electrodes as a generator of sound vibrations in an elastic medium, as well as in visualization the process of reproducing sound vibrations.

Технический результат достигается тем, что в электродинамической головке воспроизведения звука, содержащей источник звуковых электрических сигналов и генератор звуковых колебаний, взаимодействующий с упругой средой, согласно изобретению, генератор звуковых колебаний выполнен в виде двух электродов, расположенных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем формирование электрической дуги, а также дополнительно введены последовательно соединенные модулятор, согласующее устройство и высоковольтный трансформатор, при этом вход модулятора соединен с выходом источника звуковых электрических сигналов, а выходы высоковольтного трансформатора подключены к электродам.The technical result is achieved by the fact that in the electrodynamic head reproducing sound, containing a source of sound electrical signals and a sound vibration generator interacting with an elastic medium, according to the invention, the sound vibration generator is made in the form of two electrodes located at a distance from each other, providing the formation of an electric arc as well as additionally introduced series-connected modulator, matching device and high-voltage transformer, while the input of the module a heator is connected to the output of the source of sound electrical signals, and the outputs of the high-voltage transformer are connected to the electrodes.

Отличительный признак, касающийся выполнения генератора звуковых колебаний в виде двух электродов, расположенных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем формирование электрической дуги, позволяет достигать направленного и объемного излучения звукового сигнала за счет выбора толщины и формы электродов, их параллельного расположения относительно друг друга.A distinctive feature relating to the implementation of the generator of sound vibrations in the form of two electrodes located at a distance from each other, ensuring the formation of an electric arc, allows you to achieve directional and volume radiation of the sound signal by choosing the thickness and shape of the electrodes, their parallel arrangement relative to each other.

Признак, касающийся дополнительного введения последовательно соединенных модулятора, согласующего устройства и высоковольтного трансформатора, поясняется следующим. Электрический сигнал звуковой частоты от источника звуковых электрических сигналов поступает на модулятор и изменяет параметр сигнала несущей частоты (20-150 кГц). Сформированный модулированный сигнал на несущей частоте поступает на согласующее устройство, где происходит его усиление по мощности и согласование выходного сопротивления модулятора с входным сопротивлением первичной обмотки трансформатора. Трансформатор осуществляет преобразование поступившего модулированного сигнала по напряжению с малого уровня порядка единиц В до значений 10-20 кВ, в результате на вторичной обмотке трансформатора создается напряжение, которое подается на электроды, подключенные ко вторичной обмотке. Под воздействием высокого напряжения на электродах происходит пробой воздуха между ними - формируется электрическая дуга. Электрическая дуга вызывает разогрев воздуха в пространстве между электродами. Так как напряжение, поступающее на электроды, модулировано электрическим сигналом звуковой частоты, то и ток дуги изменяется в соответствии с законом модуляции электрического сигнала звуковой частоты. Изменения тока электрической дуги приводят к колебаниям разогретого воздуха в пространстве формирования электрической дуги, которые обеспечивают воспроизведение электрического сигнала звуковой частоты от источника звуковых электрических сигналов. Применение электрической дуги между электродами вместо звуковой катушки и диафрагмы электродинамической головки дает возможность снизить частотные и нелинейные искажения за счет отказа от использования механических мембранных элементов, а также обеспечить визуализацию процесса воспроизведения звуковых колебаний.A sign regarding the additional introduction of a series-connected modulator, matching device and high-voltage transformer is explained as follows. An electrical signal of sound frequency from a source of sound electrical signals is supplied to the modulator and changes the parameter of the carrier frequency signal (20-150 kHz). The generated modulated signal at the carrier frequency is fed to the matching device, where it is amplified in terms of power and the output impedance of the modulator is matched with the input resistance of the transformer primary winding. The transformer converts the incoming modulated signal by voltage from a small level of the order of units V to values of 10-20 kV, as a result, a voltage is created on the secondary winding of the transformer, which is supplied to the electrodes connected to the secondary winding. Under the influence of high voltage on the electrodes, air breakdown occurs between them - an electric arc is formed. An electric arc causes heating of the air in the space between the electrodes. Since the voltage supplied to the electrodes is modulated by an electrical signal of sound frequency, the arc current also changes in accordance with the law of modulation of the electrical signal of sound frequency. Changes in the current of the electric arc lead to fluctuations in the heated air in the space of formation of the electric arc, which ensure the reproduction of the electrical signal of sound frequency from the source of sound electrical signals. The use of an electric arc between the electrodes instead of the voice coil and the diaphragm of the electrodynamic head makes it possible to reduce frequency and nonlinear distortions due to the rejection of the use of mechanical membrane elements, as well as to provide visualization of the process of reproducing sound vibrations.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором фигура изображает схематический чертеж электродинамической головки воспроизведения звука согласно изобретению.The invention is further illustrated by the description of examples of its implementation and the accompanying drawing, in which the figure depicts a schematic drawing of an electrodynamic head for reproducing sound according to the invention.

Электродинамическая головка воспроизведения звука (фигура) содержит:The electrodynamic sound reproduction head (figure) contains:

источник звуковых электрических сигналов 1, предназначенный для формирования электрического сигнала звуковых частот с уровнем, необходимым для нормальной работы модулятора, может быть выполнен, например, в виде генератора звуковых колебаний [А.А. Петров. Звуковая схемотехника для радиолюбителей. М.: Наука и техника, 2003. - 400 с.]; модулятор 2, предназначенный для формирования модулированного электрического сигнала, обеспечивающего работу высоковольтного трансформатора по формированию модулированной по закону электрического сигнала звуковых частот электрической дуги между электродами, может быть выполнен, например, с внутренним генератором сигнала несущей частоты и блоком регулирования частоты несущего колебания на базе специализированных цифровых интегральных микросхем [Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. 2-е издание, исправленное и дополненное. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. - 608 с.]; согласующее устройство 3, предназначенное для согласования выхода модулятора по уровню и сопротивлению со входом высоковольтного трансформатора, может быть выполнено, например, на базе биполярных и полевых транзисторов [Взаимозаменяемые транзисторы. Справочник. Петухов В.М. 2-е изд., стереотип. - М.: ИП РадиоСофт, 2011. - 384 с.]; высоковольтный трансформатор с электродами 4, предназначенный для преобразования электрического сигнала модулятора и формирования модулированной электрической дуги между электродами, может быть выполнен, например, на базе строчного телевизионного трансформатора [Строчные трансформаторы зарубежных телевизоров и их аналоги. Справочник. Н.В. Огарков - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 152 с.]. Электроды могут быть выполнены, например, из медного провода [Юриков П.А., Вентильные разрядники для электроустановок. Москва, «Энергия», 1975. Клешнин Н.И., Белкин Г.С. Влияние сильноточной вакуумной дуги на переходное сопротивление контактов на основе хрома и меди // Труды ВЭИ. Коммутационные аппараты высокого напряжения и электрические процессы при гашении дуги. М., 1986. С.16-21.]. Электроды могут быть помещены, например, в корпус рупорного типа из светопрозрачного материала, выполняющий роль объемного резонатора.the source of sound electrical signals 1, designed to generate an electrical signal of sound frequencies with the level necessary for the normal operation of the modulator, can be performed, for example, in the form of a generator of sound vibrations [A.A. Petrov. Sound circuitry for ham radio. M .: Science and technology, 2003. - 400 p.]; a modulator 2, designed to generate a modulated electrical signal, ensuring the operation of a high-voltage transformer to generate a modulated by law electrical signal of sound frequencies of the electric arc between the electrodes, can be performed, for example, with an internal carrier signal generator and a carrier frequency control unit based on specialized digital integrated circuits [Integrated circuits: Integrated circuits for switching power supplies and their application e. Directory. 2nd edition, revised and supplemented. M .: Dodeka-XXI Publishing House, 2001. - 608 p.]; matching device 3, designed to match the output of the modulator in level and resistance with the input of a high voltage transformer, can be performed, for example, on the basis of bipolar and field-effect transistors [Interchangeable transistors. Directory. Petukhov V.M. 2nd ed., Stereotype. - M .: IP RadioSoft, 2011. - 384 p.]; high-voltage transformer with electrodes 4, designed to convert the electric signal of the modulator and the formation of a modulated electric arc between the electrodes, can be performed, for example, on the basis of a line television transformer [Line transformers of foreign televisions and their analogues. Directory. N.V. Ogarkov - M.: SOLON-Press, 2004. - 152 p.]. The electrodes can be made, for example, from a copper wire [P. Yurikov, Valve arresters for electrical installations. Moscow, "Energy", 1975. Kleshnin N.I., Belkin G.S. The effect of a high-current vacuum arc on the transition resistance of contacts based on chromium and copper // Transactions of VEI. Switching devices of high voltage and electrical processes during arc extinction. M., 1986. S. 16-21.]. The electrodes can be placed, for example, in a horn-type housing made of translucent material, which acts as a cavity resonator.

Работа устройства (фигура) осуществляется следующим образом. В источнике звуковых электрических сигналов 1 формируется электрический сигнал звуковой частоты, который с его выхода поступает на вход модулятора 2. Модулятор 2 обеспечивает формирование модулированного электрического сигнала, обеспечивающего работу высоковольтного трансформатора для создания электрической дуги между электродами, модулированной по закону электрического сигнала звуковых частот. С выхода модулятора 2 сигнал подается на вход согласующего устройства 3, обеспечивающего согласование выхода модулятора 2 по уровню и сопротивлению со входом высоковольтного трансформатора 4. С выхода согласующего устройства 3 сигнал поступает на вход высоковольтного трансформатора 4. В высоковольтном трансформаторе 4 осуществляется преобразование электрического сигнала модулятора 2 по напряжению и формирование сигнала, вызывающего возникновение модулированной электрической дуги между электродами, подключенными к его вторичной обмотке. Электрическая дуга вызывает разогрев воздуха в пространстве между электродами. Так как напряжение, поступающее на электроды, модулировано электрическим звуковым сигналом, то и ток дуги меняется в соответствии с законом модуляции. Колебания разогретого воздуха в пространстве электрической дуги по закону модуляции электрического сигнала звуковых частот, поступающего от источника звуковых электрических сигналов 1, обеспечивают воспроизведение звуковых колебаний.The operation of the device (figure) is as follows. In the source of sound electrical signals 1, an electrical signal of sound frequency is generated, which from its output goes to the input of modulator 2. Modulator 2 provides the formation of a modulated electrical signal that ensures the operation of a high-voltage transformer to create an electric arc between the electrodes, modulated according to the law of the electrical signal of sound frequencies. From the output of the modulator 2, the signal is fed to the input of the matching device 3, which matches the output of the modulator 2 in level and resistance with the input of the high-voltage transformer 4. From the output of the matching device 3, the signal is fed to the input of the high-voltage transformer 4. In the high-voltage transformer 4, the electrical signal of the modulator 2 is converted voltage and the formation of a signal causing the appearance of a modulated electric arc between the electrodes connected to its secondary winding ke. An electric arc causes heating of the air in the space between the electrodes. Since the voltage supplied to the electrodes is modulated by an electric sound signal, the arc current also changes in accordance with the modulation law. Oscillations of the heated air in the space of the electric arc according to the law of modulation of the electrical signal of sound frequencies coming from the source of sound electrical signals 1, ensure the reproduction of sound vibrations.

Предлагаемая электродинамическая головка воспроизведения звука может быть использована, например, при создании новых и совершенствовании существующих звуковоспроизводящих устройств и акустических систем с высоким качеством воспроизведения звуковых колебаний. Она позволяет достичь направленного и объемного излучения звука, снижения частотных и нелинейных искажений, а также визуализации самого процесса воспроизведения звуковых колебаний.The proposed electrodynamic sound reproduction head can be used, for example, when creating new and improving existing sound reproducing devices and acoustic systems with high quality reproduction of sound vibrations. It allows you to achieve directional and volumetric radiation of sound, reduce frequency and non-linear distortions, as well as visualize the process of reproducing sound vibrations.

Claims

An electrodynamic sound reproducing head containing a source of sound electrical signals, a high-voltage transformer, to the output of which a sound oscillation generator interacting with an elastic medium is connected, in the form of two electrodes located at a distance from each other, providing the formation of an electric arc, characterized in that it is additionally introduced a modulator and a matching device connected in series, while the input of the modulator is connected to the output of the sound electrical signal source s, and the output of the matching device is connected to the input of high voltage transformer.