ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГОЛОВКА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА
ELECTRODYNAMIC SOUND REPRODUCING HEAD

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.
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].
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.
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.
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.
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.
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.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором фигура изображает схематический чертеж электродинамической головки воспроизведения звука согласно изобретению.
Электродинамическая головка воспроизведения звука (фигура) содержит:
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.
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.
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.