Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников
Изобретение относится к области акустических систем, в частности к изодинамическим излучателям, и предназначено для использования в акустических системах воспроизведения звука для бытовых и профессиональных целей. Технический результат достигается в планарном электродинамическом электроакустическом преобразователе с матричной структурой на основе равносторонних треугольников, содержащем диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены так, что близлежащие друг к другу магниты отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы, на диафрагме в промежутках между вышеуказанными магнитами расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, форма токопроводящей дорожки образует матрицу треугольных равносторонних ячеек двух типов, которые расположены вплотную друг к другу так, что каждая ячейка одного типа каждой своей стороной граничит с ячейками другого типа, ограничивающие каждую ячейку первого типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока по часовой стрелке, а ограничивающие каждую ячейку второго типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока против часовой стрелки, постоянные магниты двух типов отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы и расположены так, что магниты первого типа расположены в центрах ячеек первого типа, а магниты второго типа расположены в центрах ячеек второго типа. Каждая ячейка может быть ограничена несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления. Одна из обращенных к плоскости диафрагмы поверхностей магнита может быть конической. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть полусферой. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть эллипсоидом. Магнит может иметь цилиндрическую форму со скругленными кромками. Магнит может иметь цилиндрическую форму с фасками Техническим результатом при реализации заявленного решения является снижение переходных и фазовых искажений воспроизводимого сигнала излучателя, обусловленных деформацией диафрагмы. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области акустических систем, в частности к электродинамическим электроакустическим преобразователям, которые преобразуют колебания электрического сигнала в акустические колебания воздуха, и предназначено для использования в акустических системах воспроизведения звука для бытовых и профессиональных целей.
Известен аналог - электродинамический 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 электродинамический электроакустический преобразователь - 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.fostexinternational.com, https://www.audeze.com, http://www 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 - заявка на полезную модель №2020119886. Известен аналог - планарный электродинамический электроакустический преобразователь - 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 диафрагмы. Неравномерность перемещения разных зон диафрагмы возникают из-за деформации диафрагмы при резкой смене направления ее движения на противоположное, что вызывает переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала. Деформация диафрагмы обусловлена недостаточной жесткостью, характеризующей стойкость сопротивления изменению геометрии диафрагмы при приложении растягивающих нагрузок.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении переходных и фазовых искажений воспроизводимого сигнала преобразователя, обусловленных деформацией диафрагмы.
Технический результат достигается в планарном электродинамическом электроакустическом преобразователе с матричной структурой на основе равносторонних треугольников, содержащем диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены так, что близлежащие друг к другу магниты отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы, на диафрагме в промежутках между вышеуказанными магнитами расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, форма токопроводящей дорожки образует матрицу треугольных равносторонних ячеек двух типов, которые расположены вплотную друг к другу так, что каждая ячейка одного типа каждой своей стороной граничит с ячейками другого типа, ограничивающие каждую ячейку первого типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока по часовой стрелке, а ограничивающие каждую ячейку второго типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока против часовой стрелки, постоянные магниты двух типов отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы и расположены так, что магниты первого типа расположены в центрах ячеек первого типа, а магниты второго типа расположены в центрах ячеек второго типа.
Каждая ячейка может быть ограничена несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления.
Одна из обращенных к плоскости диафрагмы поверхностей магнита может быть конической. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть полусферой. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита может быть эллипсоидом. Магнит может иметь цилиндрическую форму со скругленными кромками. Магнит может иметь цилиндрическую форму с фасками.
На фиг. 1 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов в планарного электродинамического электроакустического преобразователя с матричной структурой на основе равносторонних треугольников в плоскости, перпендикулярной плоскости диафрагмы.
На фиг. 2 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов планарного электродинамического электроакустического преобразователя с матричной структурой на основе равносторонних треугольников в плане (в плоскости диафрагмы).
На фиг. 3 изображено взаимное расположение постоянных магнитов, расположенных к диафрагме полюсами S и N, относительно двух типов ячеек, образованных токопроводящей дорожкой.
На фиг. 4 изображено сечение планарного электродинамического электроакустического преобразователя с матричной структурой на основе равносторонних треугольников.
На фиг. 5 изображена часть корпуса планарного электродинамического электроакустического преобразователя с матричной структурой на основе равносторонних треугольников.
На фиг. 6 изображен пример диафрагмы устройства-прототипа.
На фиг. 7 изображены треугольная и квадратная ячейки.
На фиг. 8 изображен пример диафрагмы с тремя токопроводящими дорожками в группе.
Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников содержит диафрагму 1, как показано на фиг. 1, магниты 2, расположенные на расстоянии Н от диафрагмы 1 с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму 1, причем магниты 2 расположены так, что близлежащие друг к другу магниты 2 отличаются расположением полярностей N и S относительно диафрагмы 1, как показано на фиг. 3, на диафрагме 1 в промежутках между вышеуказанными магнитами 2 расположена токопроводящая дорожка 3, как показано на фиг. 2, с образованием непрерывного пути тока 4, как показано на фиг. 3, форма токопроводящей дорожки 3 образует матрицу треугольных равносторонних ячеек двух типов 5, 6, как показано на фиг. 3, которые расположены вплотную друг к другу так, что каждая ячейка одного типа, например 5, каждой своей стороной граничит с ячейками другого типа, например 6, ограничивающие каждую ячейку первого типа 5 участки токопроводящей дорожки 3 имеют направление тока 4 по часовой стрелке, а ограничивающие каждую ячейку второго типа 6 участки токопроводящей дорожки имеют направление тока против часовой стрелки, как показано на фиг. 3, постоянные магниты 2 двух типов отличаются расположением полярностей N и S относительно диафрагмы 1 и расположены так, что магниты первого типа N расположены в центрах ячеек первого типа 5, а магниты второго типа S расположены в центрах ячеек второго типа 6.
Рассмотрим пример конкретной реализации планарного электродинамического электроакустического преобразователя с матричной структурой на основе равносторонних треугольников. Конструктивно гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма 1 установлена на изолирующей рамке 7, как показано на фиг. 4, в корпусе 8 для изоляции магнитов 2 от токопроводящей дорожки 3. Корпус 8 состоит из двух половин, одна из которых изображена на фиг. 5. Две половины корпуса стянуты винтами. Шестиугольные отверстия, изображенные на фиг. 5, являются сквозными. Маленькие отверстия между ними - не сквозные, служат для установки в них цилиндрических магнитов 2. Возможно исполнение устройства без изолирующей рамки 7, если материал и конструкция корпуса 8 надежно обеспечивает изоляцию. Корпус 8 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. На фиг. 8 изображен пример диафрагмы, в которой каждая ячейка токопроводящей дорожки 3 ограничена тремя рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления. Такая форма позволяет дополнительно увеличить жесткость диафрагмы, повышая эффект, направленный на достижение технического результата. Обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является полусферой.
Особенность предлагаемого устройства в том, что ячейки токопроводящей дорожки 3 имеют форму треугольника. Ячейки токопроводящей дорожки 3 в прототипе имеет форму квадрата, как изображено на фиг. 6. По сравнению с прототипом треугольная форма ячеек 5, 6 обеспечивает более плотное заполнение площади диафрагмы 1 и обеспечивает более жесткую структуру против растягивающих усилий в плоскости диафрагмы 1. Треугольник является более равнопрочной фигурой по сравнению с квадратом и имеет меньшее расстояние между максимально удаленными точками при одинаковом периметре Атреугольника<Аквадрата, как показано на фиг. 7. В треугольнике это расстояние равно высоте, а в квадрате диагонали. Благодаря этому материал диафрагмы, армированный токопроводящей дорожкой 3, ячейки которой имеют форму треугольника, обладает большей стойкостью к растяжению. Более плотное заполнение площади диафрагмы 1 позволяет минимизировать деформацию диафрагмы при движении, так как токопроводящая дорожка 3 является армирующим жестким слоем. Перечисленные особенности устройства позволяют уменьшить переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала излучателя.
Рассмотрим планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников в работе. При прохождении по токопроводящей дорожке 3 электрического тока формируются участки приложения силы Лоренца, приводящие диафрагму 1 в движение. При колебаниях диафрагма 1 испытывает как сопротивление воздуха, так и преодолевает собственную инерцию, так и инерцию перемещаемого воздуха. Поэтому возникают усилия, стремящиеся деформировать диафрагму 1. Из-за деформации диафрагмы 1 при колебаниях возникают переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала. Благодаря треугольной форме ячеек токопроводящей дорожки 3 повышается степень заполнения площади диафрагмы и стойкость ее к деформации, благодаря чему обеспечивается более высокая равномерность движения всех участков диафрагмы 1 и снижаются переходные и фазовые искажения воспроизводимого сигнала излучателя.
1. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников, содержащий диафрагму, магниты, расположенные на расстоянии от диафрагмы с обеспечением воздействия своим электромагнитным полем на диафрагму, причем магниты расположены так, что близлежащие друг к другу магниты отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы, на диафрагме в промежутках между вышеуказанными магнитами расположена токопроводящая дорожка с образованием непрерывного пути тока, отличающийся тем, что форма токопроводящей дорожки образует матрицу треугольных равносторонних ячеек двух типов, которые расположены вплотную друг к другу так, что каждая ячейка одного типа каждой своей стороной граничит с ячейками другого типа, ограничивающие каждую ячейку первого типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока по часовой стрелке, а ограничивающие каждую ячейку второго типа участки токопроводящей дорожки имеют направление тока против часовой стрелки, постоянные магниты двух типов отличаются расположением полярностей относительно диафрагмы и расположены так, что магниты первого типа расположены в центрах ячеек первого типа, а магниты второго типа расположены в центрах ячеек второго типа.
2. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что каждая ячейка ограничена несколькими параллельными рядами участков токопроводящей дорожки, имеющими ток одного направления.
3. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что одна из обращенных к плоскости диафрагмы поверхностей магнита является конической.
4. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является полусферой.
5. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что обращенная к плоскости диафрагмы поверхность магнита является эллипсоидом.
6. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что магнит имеет цилиндрическую форму со скругленными кромками.
7. Планарный электродинамический электроакустический преобразователь с матричной структурой на основе равносторонних треугольников по п. 1, отличающийся тем, что магнит имеет цилиндрическую форму с фасками.
