ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электроакустики, в частности, к конструкции электродинамических громкоговорителей, использующихся для преобразования электрической работы в механическую/акустическую, с пониженными характеристиками индуктивного сопротивления электрической части и магнитной системы.
Известна конструкция электромагнитной системы электродинамического громкоговорителя с короткозамкнутым витком, неподвижно расположенным на центральном керне. На фиг. 4 показана конструкция электродинамического громкоговорителя с короткозамкнутым витком, неподвижно расположенным на центральном керне, где:
1 - центральный керн;
2 - постоянный кольцевой магнит;
3 - фланец;
4 - каркас звуковой катушки;
5 - звуковая катушка;
6 - короткозамкнутый виток.
Недостатками данной системы является эффект амортизатора, когда происходит торможение звуковой катушки магнитным полем короткозамкнутого витка, что сильно снижает ее подвижную отзывчивость и она перестает передавать короткие, динамичные и быстрые фрагменты насыщенного звукового спектра - то есть, несмотря на существенное снижение индуктивного сопротивления, так же снижается и детализация воспроизводимого звука за счет пропуска громкоговорителем некоторых составляющих спектра сигнала источника.
Так же, существует решение в виде Активного Контроля Полного электрического сопротивления «AIC» (Active Impedance Control) от Ассоциации Аудио Инженеров (Audio Engineering Society), в которой короткозамкнутый виток был заменен неподвижной катушкой, установленной во фланце, напротив основной подвижной звуковой катушки, в том же кольцевом магнитном зазоре. Эта дополнительная неподвижная катушка включается в противофазе основной звуковой катушке и имеет свой собственный терминал {выводы) для управления системой AIC. На фиг. 5 показана конструкция электродинамического громкоговорителя с системой Активного Контроля Полного электрического сопротивления «AIC» (Active Impedance Control), где:
1 - центральный керн;
2 - постоянный кольцевой магнит;
3 - фланец;
4 - каркас звуковой катушки;
5 - звуковая катушка (черная сплошная штриховка);
6 - неподвижная катушка Активного Контроля Полного Сопротивления (без штриховки).
Данное решение относится к активным системам (что, собственно, уже ясно из самого названия), что существенно усложняет всю систему в целом, и предъявляет особые требования к качеству в контексте надежности. Недостатками данной системы является так же, как и в первом аналоге, наличие эффекта амортизатора - несмотря на то, что, в отличие от первого аналога, ток короткого замыкания регулируется, тем не менее, он все равно оказывает тормозящее действие на звуковую катушку со всеми вытекающими последствиями. Другим недостатком данной системы является необходимость использования дополнительного оборудования, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и ухудшает ее ремонтопригодность. В отличие от первого аналога, система AIC, так и не получила широкого распространения.
Ближайшим аналогом заявляемой электромагнитной системы электродинамического громкоговорителя является электромагнитная система электродинамического громкоговорителя японского конструктора Есихиро Кобаяши с двумя магнитными зазорами и двумя звуковыми катушками «SPEAKER UNIT HAVING TWO VOICE COILS WOUND AROUND A COMMON COIL BOBBN» (№ документа US 4,783,824). На фиг. 6 показана конструкция электродинамического громкоговорителя Есихиро Кобаяши, с двумя магнитными зазорами и двумя звуковыми катушками. Данный громкоговоритель получил магнитную систему с двумя кольцевыми магнитными зазорами, в которых на одном каркасе располагаются по одной звуковой катушке, с одинаковой индуктивностью и включенные противофазно - то есть, одноименными полюсами навстречу друг другу. Противофазное включение звуковых катушек приближается по действию к первому аналогу с неподвижным короткозамкнутым витком на центральном керне - каждая звуковая катушка, друг для друга, повторяет своим мгновенным значением переменного магнитного поля, магнитное поле короткозамкнутого витка в первом аналоге. Однако, в отличие от первого аналога, где короткозамкнутый виток находится неподвижно на центральном керне (что приводит к эффекту амортизатора - торможению звуковой катушки), в конструкции Есихиро Кобаяши, обе катушки подвижны и совершают полезную акустическую работу, не вызывая торможения друг друга - то есть, не создавая друг для друга эффекта амортизатора. Так же, конструкция Есихиро Кобаяши, снижает модуляцию постоянного магнитного поля магнитной системы громкоговорителя переменным магнитным полем звуковой катушки, так как катушки имеют разную мгновенную полярность переменного магнитного поля и находятся в магнитных зазорах с разным направлением постоянного магнитного поля. Т.о., когда одна звуковая катушка осуществляет положительную модуляцию своим переменным магнитным полем постоянного магнитного поля магнитной системы громкоговорителя, то другая звуковая катушка, в то же мгновение, осуществляет отрицательную модуляцию своим переменным магнитным полем постоянного магнитного поля магнитной системы этого же громкоговорителя.
Недостатком данного аналога является не полностью раскрытый потенциал показателя снижения индуктивно-реактивных свойств, как самих звуковых катушек, так и всей магнитной системы этого громкоговорителя в целом.
Т.о., технической задачей данной полезной модели является достижение более высоких, по сравнению с известными техническими решениями, показателей снижения индуктивно-реактивных свойств, как самих звуковых катушек, так и всей магнитной системы электродинамического громкоговорителя в целом, не снижая, при этом, музыкальных возможностей громкоговорителя.
Решение поставленной технической задачи по заявляемой конструкции магнитной системы электродинамического громкоговорителя характеризуется тем, что она включает постоянный кольцевой магнит (Позиция 2), магнитный изолятор (Позиция 6), центральный керн (Позиция 1) с верхним фланцем (Позиция 3в) и нижним фланцем (Позиция 3н), образующие два кольцевых магнитных зазора - верхний и нижний, в которых на одном каркасе (Позиция 4) находятся, соответственно, верхняя звуковая катушка (Позиция 5в) и нижняя звуковая катушка (Позиция 5н), состоящие каждая из двух обмоток - обмотки высокого тока и обмотки низкого тока с таким подключением и конструкцией, что в обмотке высокого тока и в обмотке низкого тока отдельной звуковой катушки токи имеют встречное направление и разную величину, при этом обмотка высокого тока верхней звуковой катушки и обмотка высокого тока нижней звуковой катушки включены противофазно, при этом обмотка низкого тока верхней звуковой катушки и обмотка низкого тока нижней звуковой катушки включены тоже противофазно. Заявляемое техническое решение показано на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, где:
1 - центральный керн;
2 - постоянный кольцевой магнит;
3н - нижний фланец;
3в - верхний фланец;
4 - каркас звуковой катушки;
5н - нижняя звуковая катушка;
5в - верхняя звуковая катушка;
6 - магнитный изолятор;
• - ток большей величины в витках звуковых катушек направлен к наблюдателю;
- ток меньшей величины в витках звуковых катушек направлен к наблюдателю;
- ток большей величины в витках звуковых катушек направлен от наблюдателя;
× - ток меньшей величины в витках звуковых катушек направлен от наблюдателя.
Данное техническое решение было опробовано на двух широкополосных электродинамических громкоговорителях 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), которым были полностью заменены магнитные и электрические части. Полученным прототипам были присвоены названия «GEN2». Т.о. в прототипе GEN2, от оригинального заводского громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) остались только диффузор, центрирующая шайба и диффузородержатель.
Эффективность заявляемой конструкции прототипов подтверждается сравнительными измерениями Общих Гармонических Искажений (THD - Total Harmonic Distortion) с другими аналогичными громкоговорителями, для чего были взяты:
- оригинальный заводской громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35);
- громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с установленным короткозамкнутым витком;
- громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по схеме Есихиро Кобаяши;
- оригинальный заводской громкоговоритель премиального уровня Sonido SFR175-A-8 для подтверждения высокой эффективности заявляемой конструкции;
- прототип GEN2 на базе громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по заявляемой схеме - оснащение каждой звуковой катушки двумя обмотками с большим током и с меньшим током, и обеспечение противофазной работы обмоток высокого тока верхней и нижней звуковых катушек с одновременным обеспечением противофазной работы обмоток низкого тока верхней и нижней звуковых катушек.
Внимание!!!
Графики предоставлены с инвертированными цветами рабочих полей (в т.ч. и с инверсией цвета кривых) - инверсия сделана для лучшей читаемости в печатном виде! Оригинальные легенды кривых программы, использованной для измерений, не соответствуют действительности! Расшифровка кривых произведена непосредственно в рабочих полях соответствующими надписями со стрелками!
На Фиг. 7 и Фиг. 8 показаны графики АЧХ (Амплитудной Частотной Характеристики) и Общих Гармонических Искажений (THD):
- оригинального заводского громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35);
- громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с установленным короткозамкнутым витком;
- громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по схеме Есихиро Кобаяши;
- оригинального заводского громкоговорителя премиального уровня Sonido SFR 175-А-8;
- прототипа GEN2, выполненного по заявляемой схеме.
1
1
Результаты измерений очевидно показали, что прототип GEN2 имеет существенно меньше искажений, и в среднечастотной, и в высокочастотной областях, по сравнению, и с заводским 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), и с 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с короткозамкнутым витком, и с 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) переделанным по схеме Есихиро Кобаяши, и даже по сравнению с оригинальным заводским премиальным Sonido SFR-175А ( Пики искажений в районе 1-2KHZ на всех сравниваемых образцах вызваны не работой электромагнитной системы громкоговорителей, а естественным процессом - переходом работы диффузора из поршневого режима в зонный режим, что подтверждается соответствующим провалом в АЧХ.). При этом мощность тестового сигнала (свип-тона) при измерении прототипа GEN2 была значительно большей (около 0 dB), чем мощность при измерении заводского 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с короткозамкнутым витком (около -30 dB) и 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) переделанным по схеме Есихиро Кобаяши, а также и немного большей, чем мощность при измерении Sonido SFR-175A. На данный момент сформулированы и технически подготовлены более совершенные технические решения в виде частично собранных прототипов GEN3 и GEN4, которые позволят приблизиться, без преувеличения, к пределу качества электродинамических громкоговорителей.