ПЛАНАРНЫЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
PLANAR ELECTRODYNAMIC ACOUSTIC TRANSDUCER

Изобретение относится к области акустических систем, в частности к планарным электродинамическим акустическим преобразователям, и предназначено для использования в акустических системах для преобразования электрических сигналов в колебания диафрагмы, создающей звуковые колебания.
Известен аналог - планарный электродинамический акустический преобразователь - 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 планарный электродинамический акустический 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.
Различие устройств аналогов в форме и размерах диафрагмы, расположении, форме и количестве токопроводящих дорожек, а также в конфигурации магнитных систем. Их общим признаком является то, что токопроводящие дорожки на диафрагме расположены в форме меандра со сменой направлений электрического тока на противоположный.
Недостатком аналогов является не высокое качество передачи сигнала, обусловленное расположением токопроводящих дорожек. При расположении дорожек в виде меандра происходит смена направления тока на противоположный, в результате чего в различных фрагментах электрической цепи возникает электромагнитная индукция с разным направлением. Вызванные индукцией токи складываются, что приводит к амплитудным искажениям подаваемого сигнала.
Известен аналог - безмеандровый планарный электродинамический акустический преобразователь - RU 2717699, 08.05.2019, принятый в качестве прототипа, содержащий корпус со встроенными стержневыми постоянными магнитами, расположенными параллельно друг другу, параллельно плоскости магнитов закреплена плоская гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма с нанесенной на нее токопроводящей дорожкой, длинные прямые участки дорожки параллельны стержневым постоянным магнитам, а концы токопроводящей дорожки имеют электрические выводы, форма токопроводящей дорожки характеризуется тем, что направление по ходу следования вдоль токопроводящей дорожки от ее начала к концу во всех участках токопроводящей дорожки расположенных вдоль магнитов с одной стороны относительно центрального магнита при нечетном количестве магнитов, расположенных в одной плоскости, совпадает, также совпадает направление тока в этих участках, ось, проведенная через центральный магнит или между двумя магнитами, расположенными в середине, и перпендикулярная ей ось, проведенная через середину стержневого магнита, ограничивают форму токопроводящей дорожки так, что все участки токопроводящей дорожки, расположенные с одной стороны относительно каждой из осей, пересекают вторую ось с одной стороны, центральные стержневые магниты направлены полюсами одного знака друг к другу и являются отталкивающимися, нецентральные магниты с одной стороны относительно диафрагмы расположены разными полюсами друг к другу и являются притягивающимися, центральные магниты расположены дальше относительно плоскости диафрагмы, чем нецентральные магниты, на необходимом для обеспечения равномерности характеристик магнитного поля в области токопроводящей дорожки расстоянии.
Прототип обладает более высоким качеством передачи сигнала по сравнению с предыдущими аналогами. Первым недостатком прототипа является недостаточно высокое качество передаваемого сигнала и качество звучания акустической системы, обусловленные тем, что вблизи к центральному магниту расположены участки токопроводящих дорожек, в которых ток течет в противоположном направлении. Взаимодействие электромагнитных полей этих участков дорожек отрицательно сказывается на качестве передаваемого сигнала и звучании акустической системы. Второй недостаток прототипа связан с первым и заключается в том, что устройство по прототипу имеет низкую технологичность изготовления. Оптимизация магнитной системы для обеспечения равномерности магнитного поля в области дорожек требует отличия размера центрального магнита от остальных магнитов и необходимость его расположения на большем расстоянии от мембраны. Результат такой оптимизации зависит от точности изготовления магнитов и обойм, расположенных в корпусе излучателя, в которые устанавливают магниты. Большая номенклатура деталей и высокие требования к точности размеров деталей усложняют производство устройства. Даже при хорошей настройке на некое «нулевое» положение мембраны в динамике, при колебаниях, нарастание неравномерности поля в области центрального магнита выражено сильнее по мере увеличения амплитуды колебаний. Это приводит к искажениям передаваемого сигнала на повышенных уровнях звукового давления.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в исключении перечисленных недостатков прототипа и создании планарного электродинамического акустического преобразователя с высоким качеством передачи сигнала и технологичного в изготовлении.
Технический результат достигается в планарном электродинамическом акустическом преобразователе, содержащем корпус со встроенными стержневыми постоянными магнитами, расположенными параллельно друг другу, параллельно плоскости магнитов закреплена плоская гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма с нанесенной на нее токопроводящей дорожкой, длинные прямые участки дорожки параллельны стержневым постоянным магнитам, а начало и конец токопроводящей дорожки имеют электрические выводы, диафрагма содержит подвижную зону, участвующую в колебаниях и неподвижные боковые зоны, через которые диафрагма жестко зафиксирована к корпусу, форма токопроводящей дорожки характеризуется тем, что в подвижной зоне диафрагмы направление по ходу следования вдоль токопроводящей дорожки от ее начала к концу во всех участках токопроводящей дорожки расположенных вдоль магнитов совпадает, также совпадает направление тока в этих участках, а участки токопроводящей дорожки с противоположным относительно указанного выше направления направлением по ходу следования вдоль токопроводящей дорожки от ее начала к концу расположены в неподвижных боковых зонах диафрагмы.
Магниты могут быть расположены с двух сторон относительно диафрагмы, при этом расположение магнитов совпадает с промежутками между группами близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
Магниты могут быть расположены с одной стороны относительно диафрагмы, при этом расположение магнитов совпадает с промежутками между группами близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
Магниты могут быть расположены с двух сторон относительно диафрагмы, при этом расположение магнитов совпадает с расположением групп близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
Магниты могут быть расположены с одной стороны относительно диафрагмы, при этом расположение магнитов совпадает с расположением групп близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие прямоугольную форму. Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие форму овала. Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие форму эллипса. Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие каплеобразную форму. Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие форму ромба. Могут использоваться постоянные стержневые магниты, в сечении имеющие форму многоугольника.
Устройство может содержать одну группу близко лежащих участков токопроводящих дорожек с одинаковым направлением тока, расположенных вдоль магнитов в их магнитном поле.
На фиг. 1 изображен общий вид планарного электродинамического акустического преобразователя.
На фиг. 2 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов.
На фиг. 3 изображена схема направления тока в токопроводящей дорожке диафрагмы.
На фиг. 4 изображено сечение планарного электродинамического акустического преобразователя.
На фиг. 5 изображен вариант расположения магнитов с одной стороны относительно диафрагмы.
На фиг. 6 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов в варианте устройства планарного электродинамического акустического преобразователя, содержащем одну группу близко лежащих участков токопроводящих дорожек с одинаковым направлением тока, расположенных вдоль магнитов.
На фиг. 7 изображен внешний вид планарного электродинамического акустического преобразователя с одной группой близко лежащих участков токопроводящих дорожек с одинаковым направлением тока, расположенных вдоль магнитов.
На фиг. 8 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов в варианте устройства планарного электродинамического акустического преобразователя, содержащем восемь магнитов.
На фиг. 9 изображен внешний вид планарного электродинамического акустического преобразователя с шестью магнитами.
На фиг. 10 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов в варианте устройства, в котором магниты расположены с двух сторон относительно диафрагмы и расположение магнитов совпадает с расположением групп близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
На фиг. 11 изображено взаимное расположение диафрагмы и магнитов в варианте устройства, в котором магниты расположены с одной стороны относительно диафрагмы и расположение магнитов совпадает с расположением групп близко лежащих участков токопроводящей дорожки.
Планарный электродинамический акустический преобразователь, изображенный на фиг. 1, содержит корпус 1 со встроенными стержневыми постоянными магнитами 2, расположенными параллельно друг другу, параллельно плоскости магнитов 2 закреплена плоская гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма 3 с нанесенной на нее токопроводящей дорожкой 4, как показано на фиг. 2, длинные прямые участки 5 дорожки 4 параллельны стержневым постоянным магнитам 2, а начало 6 и конец 7 токопроводящей дорожки 4 имеют электрические выводы, диафрагма 3 содержит подвижную зону 8, как показано на фиг. 3, участвующую в колебаниях и неподвижные зоны 9, через которые диафрагма жестко зафиксирована к корпусу 1, форма токопроводящей дорожки 4 характеризуется тем, что в подвижной зоне 8 диафрагмы 3 направление 10 по ходу следования вдоль токопроводящей дорожки от ее начала 6 к концу 7 во всех участках 5 токопроводящей дорожки 4 расположенных вдоль магнитов 2 совпадает, также совпадает направление тока в этих участках, а участки 11 токопроводящей дорожки 4 с противоположным относительно указанного выше направления 10 направлением 12 по ходу следования вдоль токопроводящей дорожки 4 от ее начала 6 к концу 7 расположены в неподвижных зонах 9 диафрагмы 3.
Магниты 2 могут быть расположены с двух сторон относительно диафрагмы 3, как показано на фиг. 4, при этом расположение магнитов 2 совпадает с промежутками 12 между группами 13 близко лежащих участков токопроводящей дорожки 4. Магниты 2 могут быть расположены с одной стороны относительно диафрагмы 3, как показано на фиг. 5, при этом расположение магнитов 2 совпадает с промежутками 12 между группами 13 близко лежащих участков токопроводящей дорожки 4. Устройство может содержать одну широкую группу 13 близко лежащих участков токопроводящих дорожек 4 с одинаковым направлением тока, расположенных вдоль магнитов 3 в их магнитном поле, как показано на фиг. 6.
Рассмотрим пример конкретной реализации планарного электродинамического акустического преобразователя. В первом примере конкретной реализации используют шесть магнитов 2, как показано на фиг. 1, 2, 3, 4. В отличие от известных изодинамических излучателей и прототипа, с целью уменьшения амплитудных искажений и повышения разрешающей способности излучателя, а также повышения технологичности изготовления токопроводящая дорожка 4 выполнена с обеспечением исключения изменения направления 10 тока во всех близлежащих участках подвижной зоны 8 диафрагмы 3, как показано на фиг. 3. Для этого линия токопроводящей дорожки 4 выполнена такой, что по ходу следования от начала 6 к концу 7 все проходы через подвижную зону 8 осуществляются в одном направлении, после чего происходит разворот и проходы в противоположном направлении 12 в неподвижной зоне 9. Для фигуры токопроводящей дорожки в виде меандра, как в известных изодинамических излучателях - аналогах, характерна извилистость со сменой направлений, что является причиной возникновения противоположных по направлению электромагнитных индукций. В прототипе фигура токопроводящей дорожки является разновидностью однонаправленной спирали, в которой нет извилин, а имеется закручивание спирали строго в одну сторону. Но в прототипе подвижная часть диафрагмы содержит участки, в которых токопроводящая дорожка имеет различное направление тока. Для объединения этих участков и исключения искажения применяется центральный магнит. В предлагаемом изобретении нет необходимости в центральном магните и все участки токопроводящей дорожки 4 на подвижной зоне 8 диафрагмы 3 имеют одинаковое направление. Благодаря этому исключено возникновение противоположной по направлению электромагнитной индукции, что повышает качество передачи сигнала. А исключение центрального магнита повышает технологичность изготовления за счет снижения номенклатуры деталей и снижения требований к точности расположения магнитов.
Во втором примере конкретной реализации используют два магнита 2, как показано на фиг.6, между которыми расположена одна группа 13 участков токопроводящей дорожки 4 с одинаковым направлением тока. На фиг. 7 изображен внешний вид такого преобразователя. В третьем примере конкретной реализации используют восемь магнитов 2, как показано на фиг. 8. В четвертом примере конкретной реализации планарный электродинамический акустический преобразователь содержит шесть магнитов, как показано на фиг. 9. Во втором и третьем примерах конкретной реализации диафрагма 3 имеет круглую форму, а все участки 13 токопроводящей дорожки 4 кроме тех, которые расположены вдоль магнитов 2, имеют дугообразную форму.
Гибкая диэлектрическая тонкопленочная диафрагма 3 установлена на изолирующей рамке 14 для изоляции магнитов 2 от токопроводящей дорожки 4 диафрагмы 3. Неподвижные зоны 9 диафрагмы 3 прижаты к рамке 14. Возможно исполнение устройства без изолирующей рамки 14, если материал и конструкция корпуса 1 надежно обеспечат изоляцию. При этом неподвижные зоны 9 диафрагмы 3 жестко прижаты к корпусу 1. Крепежными элементами 15 стягивают элементы конструкции между собой, однако возможно исполнение устройства без них. Корпус 1 может быть цельным, изготовленным литьем пластмассы с диафрагмой 3 и магнитами 2 в качестве закладных элементов при литье или может быть напечатан на 3d принтере вокруг элементов устройства.