Электродинамический излучатель наушника (варианты)
Изобретение относится к области акустики, в частности к наушникам. Электродинамический излучатель наушника содержит корпус, подвижную диафрагму, поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, выполненную из множества смежных постоянных магнитов. При этом постоянные магниты выполнены в поперечном сечении полукруглой или трапецеидальной формы, обращенной в сторону диафрагмы, а расстояние между смежными магнитами выполнено не менее 2/3 ширины упомянутых постоянных магнитов. Диафрагма выполнена из каптона и имеет гофрирование, гофры выполнены по периметру диафрагмы и расположены поперек направления проводников. При этом гофры имеют высоту в диапазоне 0,1-1 мм. По периметру края мембраны, у места крепления к корпусу нанесен вибродемпфирующий материал, имеющий в сечении форму клина. Магниты размещены на металлических решетках, а зазор между магнитами магнитной системы и диафрагмой регулируется рамкой для мембраны. В качестве вибродемпфирующего материала используется состав на поливинилацетатной основе. Технические результаты - повышение акустической мощности излучателя, снижение паразитных резонансов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к конструкциям устройств для излучения звука, точнее к конструкциям электродинамических излучателей наушников.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные конструкции излучателей наушников, в которых содержится подвижная диафрагма, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитная система, расположенная, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненная из множества смежных постоянных магнитов.
В патенте US 4527017, публикация 02.07.19851, МПК H04R 9/02, описан электроакустический преобразователь, содержащий корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов. Постоянные магниты выполнены составными, включающими дополнительные постоянные магниты с намагниченностью, направленной, по сути, против направления магнитного поля основных магнитов. Техническим результатом является увеличение напряженности магнитного поля в месте расположения проводников, расположенных на диафрагме. Постоянные магниты могут иметь полукруглую или трапециевидную форму, однако они ориентированы к диафрагме плоской стороной.
В заявке WO 02059879, публикация 01.08.2002, МПК G11B, описана конструкция плоских динамиков с магнитной структурой. Преобразователь содержит корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов. Изобретение направлено на уменьшение высокочастотных резонансов и затухания акустических колебаний. Результат достигается за счет выполнения большего расстояния между смежными магнитами, в том числе выбором формы магнитов, которые создавали меньше препятствий движению воздуха при колебании диафрагмы. В частных случаях выполнения постоянные магниты могут иметь полукруглую или трапециевидную форму, однако они ориентированы к диафрагме не полукруглой или трапециевидной, а плоской стороной.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является конструкция электродинамического преобразователя по патенту US 3164686, публикация 05.01.1965, МПК H04R 09/04. Преобразователь содержит корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов. Постоянные магниты снабжены удлиненными полюсными наконечниками, выполненными из намагничиваемого материала и направленными в сторону диафрагмы. Такая конструкция магнитной системы применена для того, чтобы воздушный зазор в магнитной цепи был как можно меньше, в сравнении с размерами диафрагмы. При этом используется диафрагма очень низкой жесткости и относительно низкой массы. Техническим результатом, заявленным в изобретении, является преобразователь с широкой и равномерной частотной характеристикой с низкими нелинейными искажениями. Однако данный преобразователь не может обеспечить достаточную акустическую мощность и снижение паразитных резонансов ввиду малых воздушных промежутков между магнитной системой и их неоптимальной формой.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение акустической мощности излучателя при снижении нелинейных искажений и паразитных резонансов.
Электродинамический излучатель наушника включает корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов. Изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что постоянные магниты выполнены в поперечном сечении полукруглой формы, обращенной в сторону диафрагмы, а расстояние между смежными магнитами выполнено не менее 2/3-3/2 ширины упомянутых постоянных магнитов.
Благодаря тому, что постоянные магниты выполнены в поперечном сечении полукруглой формы и обращены к диафрагме, формируется равномерное магнитное поле, в рабочей области мембраны. Это уменьшает внутренние переотражения звуковых волн между мембраной и магнитной системой за счет их равномерного рассеивания. Однако полукруглая форма магнитов также снижает сопротивление воздуха при колебании мембраны за счет оптимальной аэродинамики. Такой эффект увеличивает акустическую мощность излучателя наушника, так как движущийся воздух не встречает преграды в виде магнита, воздух обтекает магнит. Не возникают стоячие волны, нет эффекта «запирания» воздушного потока, нежелательных, паразитных резонансов. Тем же целям служит признак, связанный с расстоянием между смежными магнитами. Нет «запирания» воздуха и не возникают паразитные резонансы.
В частном случае, в качестве материала мембраны может быть использован каптон.
Корпус излучателя может быть выполнен круглым.
Диафрагма электродинамического излучателя может быть выполнена гофрированной. Такое выполнение диафрагмы делает ее более жесткой, что увеличивает равномерность хода мембраны по всей площади. Это, в свою очередь, повышает акустическую мощность излучателя при той же подводимой электрической мощности.
В частности, гофрирование диафрагмы выполнено с гофрами, расположенными по периметру диафрагмы. Гофры могут иметь высоту, расположенную в диапазоне 0,1-1 мм.
В другом частном случае гофрирование диафрагмы может быть выполнено с гофрами, расположенными поперек направления проводников. Такое гофрирование делает мембрану одинаковой жесткости в двух поперечных направлениях.
С целью уменьшения нелинейных искажений и устранения резонансов по периметру края мембраны, у места крепления к корпусу может быть нанесен вибродемпфирующий материал. Вибродемпфирующий материал может быть нанесен на мембрану переменной толщины, в сечении в виде клина, наибольшей толщины у места крепления к корпусу.
Другой вариант выполнения электродинамического излучателя наушника включает корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов. Изобретение по второму варианту, отличающееся тем, что постоянные магниты выполнены в поперечном сечении трапецеидальной формы, обращенной в сторону диафрагмы, а расстояние между смежными магнитами выполнено не менее 2/3-3/2 ширины упомянутых постоянных магнитов.
Трапецеидальная форма магнитов в поперечном сечении и определенное расстояние между смежными магнитами, дает те же эффекты при реализации электродинамического излучателя, что и в первом варианте изобретения, снижение акустического сопротивления за счет обтекания воздуха и более равномерное магнитное поле.
В частности, в качестве материала мембраны использован каптон.
Корпус электродинамического излучателя наушника может быть выполнен круглым.
В частности, диафрагма может быть выполнена гофрированной. Гофрировка диафрагмы дает те же результаты, что и в первом варианте воплощения изобретения.
Упомянутое гофрирование диафрагмы может быть выполнено с гофрами, расположенными по периметру диафрагмы. Гофры могут иметь высоту, расположенную в диапазоне 0,1-1 мм.
В другом случае, гофрирование диафрагмы выполнено с гофрами, расположенными поперек направления проводников.
По периметру края мембраны, у места крепления к корпусу может быть нанесен вибродемпфирующий материал. Вибродемпфирующий материал может быть нанесен на мембрану переменной толщины, в сечении в виде клина, наибольшей толщины у места крепления к корпусу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 приведен разрез электродинамического излучателя наушника в первом варианте с полукруглыми магнитами, расположенными с двух сторон диафрагмы.
На Фиг. 2 приведен разрез электродинамического излучателя наушника в первом варианте с полукруглыми магнитами, расположенными с одной стороны диафрагмы.
На Фиг. 3 приведен разрез электродинамического излучателя наушника во втором варианте с трапецеидальными магнитами, расположенными с двух сторон диафрагмы.
На Фиг. 4 приведен разрез электродинамического излучателя наушника во втором варианте с трапецеидальными магнитами, расположенными с одной стороны диафрагмы.
На Фиг. 5 показан общий вид электродинамического излучателя наушника в разрезе.
На Фиг. 6 показана диафрагма излучателя, на Фиг. 7 сечение диафрагмы в районе гофр, а на Фиг. 8 сечение диафрагмы в районе гофр с нанесенным демпфирующим покрытием.
На Фиг. 9 приведен пример выполнения проводников на поверхности диафрагмы. На Фиг. 10 показано расположение постоянных магнитов на металлической решетке. На Фиг. 11 приведено сечение постоянного магнита, расположенного на металлической решетке.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электродинамический излучатель наушника (Фиг. 5) включает корпус 1, подвижную диафрагму 2 с проводниками 3 (проводники показаны на Фиг. 9), магнитную систему (Фиг. 5), включающую ряд смежно установленных постоянных магнитов 4, которые размещены на металлических решетках 5 для крепления магнитов 4. На Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 4, Фиг. 11 показаны полукруглые магниты 4 магнитной системы. На Фиг. 2 и Фиг. 3 показан другой вариант применения магнитов, трапецеидальные магниты 6.
Расстояние Н между смежными магнитами 4 или 6 (Фиг. 1, Фиг. 3) должно отвечать условию Н=2/3-3/2М, где М - ширина магнита.
Магниты 4 и 6 (Фиг. 1, Фиг. 3) могут быть установлены с двух сторон диафрагмы 2 или, с одной стороны диафрагмы 2, как это показано на Фиг. 2 и Фиг. 4. Магниты 4 (Фиг. 1, Фиг. 2) обращены полукруглой стороной к диафрагме 2, а плоской своей частью укреплены на металлической решетке 5. Также магниты 6 (Фиг. 3 и Фиг. 4) трапецеидальной стороной обращены к диафрагме 2. Зазор между магнитами 4 и 6 магнитной системы и диафрагмой 2 регулируется рамкой 7 для мембраны 2.
Возможное расположение магнитов 4 на металлической решетке 5 показано на Фиг. 10. На Фиг. 11 приведено сечение полукруглого магнита 4.
На мембране 2 может быть выполнено гофрирование по периметру рабочей области мембраны 2 (Фиг. 6, Фиг. 7). Высота гофр 8 может быть в диапазоне 0,1-1 мм.
Такое выполнение мембраны 2 увеличивает равномерность ее хода по всей площади, а также улучшает повторяемость характеристик излучателя в процессе производства, за счет минимизации влияния разброса в натяжении мембран 2. В качестве материала мембраны может быть использован каптон. Величина смещения мембраны 2 меньше зазора между оппозитно расположенными магнитами 4.
Гофрирование мембраны может быть выполнено и поперек с гофрами, расположенными поперек направления проводников 3 (на рисунках не показано).
Кроме того, на мембрану 2 может быть нанесен вибродемпфирующий материал 9. Состав может быть нанесен клиновидной формы, с снижением высоты нанесенного состава от края мембраны 2 в направлении к центру. В качестве вибродемпфирующего материала может быть использован состав на поливинилацетатной основе, обладающий достаточной вязкостью.
В процессе создания излучателя преследовалась цель оставить максимальную площадь мембраны открытой. Любые лишние препятствия увеличивают внутренние резонансы конструкции, что негативно влияет на гармонические искажения.
Электродинамический излучатель наушника работает следующим образом.
Постоянные магниты 4 создают постоянное магнитное поле. Благодаря полукруглой форме магнитов поле в зазоре между магнитами создается равномерное магнитное поле в рабочей области мембраны 2 с проводниками 3. Расстояние между смежными магнитами 4 не менее 2/3М, где М - ширина магнита. При возбуждении проводников 3 переменным магнитным полем, за счет взаимодействия этого поля с магнитным полем постоянных магнитов 4 происходит перемещение мембраны в зазоре между рядами магнитов 4. Воздушный поток свободно проходит между магнитами полукруглой формы, не создавая завихрений, что повышает акустическую мощность излучателя и снижает нелинейные искажения.
Гофры 8 на мембране 2 способствуют более равномерному ее натяжению и большей жесткости мембраны 2, что также повышает акустическую мощность излучателя и снижает нелинейные искажения и паразитные резонансы.
Вибродемпфирующий материал, нанесенный по периметру края мембраны, у места крепления к корпусу, устраняет передачу вибрации мембраны на корпус излучателя, что в свою очередь экономит полезную энергию мембраны, тем самым повышая акустическую мощность излучателя, а так же устраняет краевые отражения на границе двух твердых сред, что снижает нелинейные искажения и возможность возникновения паразитных резонансов.
Предложенная конструкция электродинамического излучателя наушника обеспечивает улучшение характеристик звучания таких сложных акустических устройств, которыми являются наушники. Улучшение характеристик наушников подтверждено испытаниями, в частности, путем измерения их амплитудно-частотных характеристик и уровня гармонических искажений.
1. Электродинамический излучатель наушника, включающий корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены в поперечном сечении полукруглой формы, обращенной в сторону диафрагмы, а расстояние между смежными магнитами выполнено не менее 2/3-3/2 ширины упомянутых постоянных магнитов, при этом диафрагма выполнена гофрированной, гофры выполнены по периметру диафрагмы и расположены поперек направления проводников.
2. Электродинамический излучатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала мембраны использован каптон.
3. Электродинамический излучатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен круглым.
4. Электродинамический излучатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое гофрирование выполнено в виде гофр, имеющих высоту в диапазоне 0,1-1 мм.
5. Электродинамический излучатель по п. 1, отличающийся тем, что по периметру края мембраны, у места крепления к корпусу нанесен вибродемпфирующий материал.
6. Электродинамический излучатель по п. 5, отличающийся тем, что вибродемпфирующий материал нанесен на мембрану переменной толщины, в сечении в виде клина, наибольшей толщины у места крепления к корпусу.
7. Электродинамический излучатель наушника, включающий корпус, подвижную диафрагму, по меньшей мере, одна поверхность которой снабжена проводниками, магнитную систему, расположенную, по меньшей мере, с одной стороны диафрагмы и выполненную из множества смежных постоянных магнитов, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены в поперечном сечении трапецеидальной формы, обращенной в сторону диафрагмы, а расстояние между смежными магнитами выполнено не менее 2/3-3/2 ширины упомянутых постоянных магнитов, при этом диафрагма выполнена гофрированной, гофры выполнены по периметру диафрагмы и расположены поперек направления проводников.
8. Электродинамический излучатель по п. 7, отличающийся тем, что в качестве материала мембраны использован каптон.
9. Электродинамический излучатель по п. 7, отличающийся тем, что корпус выполнен круглым.
10. Электродинамический излучатель по п. 7, отличающийся тем, что упомянутое гофрирование выполнено в виде гофр, имеющих высоту в диапазоне 0,1-1 мм.
11. Электродинамический излучатель по п. 7, отличающийся тем, что по периметру края мембраны, у места крепления к корпусу нанесен вибродемпфирующий материал.
12. Электродинамический излучатель по п. 11, отличающийся тем, что вибродемпфирующий материал нанесен на мембрану переменной толщины, в сечении в виде клина, наибольшей толщины у места крепления к корпусу.
