ЛАРИНГОФОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Заявляемая полезная модель относится к технике электроакустическим преобразователям, в частности (кл. МПК: H04R), а именно, к ларингофонам (МПК: H04R 1/46), электромагнитного типа (МПК: H04R 9/13), в том числе, дифференциальных.
Вариант 1.
Известен аналог заявляемой полезной модели. Это дифференциальный электродинамический ларингофон, описанный в патентах Японии №61-18294, 61-18296, 61-18297 (акцептованные заявки от 04.07.1986, Кл. МПК H04R 9/02, 06, выданных Японской фирме «Pioneer». В этом ларингофоне две идентичных магнитных системы с кольцевым «воздушным» зазорами, заполненными магнитной жидкостью, укреплены на противоположных стенках корпуса. Одна из этих стенок контактирует с гортанью оператора, в результате чего корпус совершает колебания с частотой звука, создаваемого оператором и с амплитудой, равной (близкой) амплитуде колебаний тканей гортани.
Внутри корпуса упруго укреплен с осевой подвижностью массивный (инерционный) элемент, на котором укреплены с обеих его сторон две кольцевых тонкостенных катушки, входящих в кольцевые зазоры упомянутых магнитных систем без соприкосновения со стенками зазоров, т.е. концентрично стенкам зазоров.
Ларингофон работает следующим образом: при произнесении оператором звука стенки его гортани вибрируют с частотой звука и с амплитудой, пропорциональной
амплитуде звука. Эти вибрации приводят к аналогичным вибрациям корпуса ларингофона и укрепленных на его торцевых стенках: упомянутых магнитных систем. Упруго укрепленный массивный (инерционный) элемент с двумя упомянутыми тонкостенными катушками в силу своей инертности остается неподвижным, и упомянутые катушки совершают внутри кольцевых зазоров магнитных систем, соответствующие звуку, осевые колебания относительно стенок кольцевых зазоров и действующего в зазорах радиально магнитного поля. В результате, в катушках индуцируется электродвижущая сила (ЭДС) с частотой звука, создаваемого оператором и с пропорциональной этому звуку амплитудой.
Недостатками этого аналога являются, во-первых, недостаточная чувствительность, обусловленная относительно малым числом витков катушек и относительно малой (порядка 0,2 Тесла) индукцией магнитного поля в кольцевых зазорах. А во-вторых, низкой технологичностью сборки ларингофона, а именно, сложностью центрирования катушек в кольцевых зазорах: необходимостью очень точной установки магнитных систем на стенках корпуса; необходимостью очень точной подвески массивного элемента внутри корпуса; При этом, центровка производится совершенно вслепую без возможности контроля.
Известен аналог заявляемой полезной модели, описанный в Европатенте №548579, (патент США №5220162 от 16.06.93 по Кл. НПК 381-68, кл. МПК H04R 25/00), выданном фирме Tibbets Industries Incorp, «Электроакустический преобразователь с поперечным зазором и со сбалансированным якорем», предназначенный для установки в слуховом аппарате, устанавливаемом в ухо пациента (в ушной канал или в среднее ухо). Этот же аналог описан в патенте США №5299176, класс НПК 367-175, класс МПК H04R 25/00, выданный фирме Tibbets Industries (США).
В этом аналоге, содержащем корпус, внутри которого установлены две магнитные системы, содержащие каждая, в свою очередь, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на полюсном наконечнике, имеющем в осевом сечении «Т»-образную форму. Полюсный наконечник «Т» выполнен трубчатым (с осевым каналом). Он выполнен заодно с круглой платой, центральное отверстие в которой является продолжением упомянутого осевого канала. Обе магнитные системы установлены соосно магнитами друг к другу и с поперечным зазором между этими системами. Магниты этих систем намагничены в одном направлении, так что в поперечном зазоре радиально направленное магнитное поле отсутствует. В упомянутом поперечном зазоре установлен магнитомягкий плоский якорь со свободными краями, к которому в его центре с обеих сторон жестко прикреплены (например, приварены) две жесткие тяги. Конец одной тяги установлен в центре тарельчатой пружины, укрепленной на донной части корпуса; конец же другой тяги связан с молоточком, упирающимся в барабанную перепонку.
Недостатками этого аналога являются, во-первых, невосприимчивость к акустическим сигналам, распространяющимися в тканях головы оператора; а во-вторых, недостаточная эргономичность, связанная с неустойчивостью позиции при выполнении всякого рода эволюции оператором, а так же с трубчатой формой корпуса преобразователя, поскольку чувствительная часть преобразователя находится на торце трубки.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является микрофон воздушной восприимчивости «Дифференциальный электромагнитный микрофон шумостойкий» ДЭМШ-1А, производства завода «ОАО «Октава», г.Тула.
c
Микрофон ДЭМШ-1А (воздушной восприимчивости) содержит корпус, в котором жестко установлен электромагнитный дифференциальный капсюль. Этот капсюль содержит две идентичные магнитные системы, каждая из которых содержит кольцевой высокоэрцитивный постоянный магнит (Н=2000 Эрст, Br - 2000 Гс или 0,2 Тесла), намагниченный вдоль продольной оси и полюсный наконечник, имеющий в осевом сечении «Т»-образную форму, внутри ножки которого выполнен осевой канал, придавая этой ножке трубчатую форму. Ножка полюсного наконечника выполнена за одно целое с плоским круговым основанием. По краю этого основания установлен упомянутый постоянный магнит, а в пространстве между ножкой полюсного наконечника и постоянным магнитом установлена но основании полюсного наконечника катушка.
Две такие магнитные системы установлены соосно магнитами навстречу друг другу на калиброванном расстоянии друг от друга с помощью двух калиброванных по толщине магнитомягких узеньких разделительных колец. Между этими кольцами зажата магнитомягкая мембрана, диаметр которой равен наружному диаметру оснований полюсных наконечников, разделительных колец и постоянных магнитов. Магниты обеих магнитных систем, намагниченных в одну сторону так, что в пространстве между магнитными системами радиальная составляющая магнитной индукции отсутствует и мембрана установлена в зазоре между магнитными системами так, что радиальный магнитный поток через мембрану в отсутствии звука отсутствует. Обе магнитные системы с разделительными кольцами и мембраной завальцованы в немагнитную обойму.
При воздействии звука на мембрану она приближается к кольцевому магнитопроводу одного полюсного наконечника, отдаляясь от другого, а при изменении знака звукового давления приближается ко второму магнитопроводу, отдаляясь от
первого. В результате в мембране и полюсных наконечниках возникает переменное магнитное поле, индуцирующее в катушках ЭДС с частотой звука, создаваемого оператором и с амплитудой, пропорциональной амплитуде этого звука. Недостатками прототипа являются недостаточная эргономичность из-за неустойчивой позиции микрофона возле рта оператора при эволюциях, выполняемых оператором и/или транспортным средством; во-вторых, недостаточная чувствительность и шумостойкость микрофона, поскольку прототип имеет воздушную восприимчивость к акустическим сигналам оператора и источникам воздушных акустических помех.
Целью создания заявляемой полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков: обеспечение восприимчивости к акустическим сигналам, распространяющихся по тканям оператора, а именно, по тканям гортани и обеспечение невосприимчивости к воздушным акустическим сигналам (в целом-обеспечение шумостойкости), обеспечение более высокой эргономичности самого преобразователя и его позиционирования, упрощение изготовления (сборки).
Поставленная цель достигается тем, что заявляемый в качестве полезной модели ларингофон электромагнитный дифференциальный содержит корпус с передней и задней торцевыми стенками и боковой стенкой; электромагнитный дифференциальный капсюль, упруго подвешенный внутри корпуса и содержащий две идентичных магнитных системы, каждая из которых состоит из «Т»-образного в осевом сечении полюсного наконечника, имеющего выполненных как единое целое трубчатый магнитопровод и круглую плату с центральным осевым отверстием, являющимся продолжением трубчатого канала упомянутого магнитопровода; кольцевой постоянный магнит, установленный на упомянутой плате по ее периметру и намагниченный вдоль оси этого магнита; электрическую кольцевую
катушку, установленную в пространстве между кольцевым постоянным магнитом и магнитопроводами; обе магнитные системы установлены в немагнитной завальцованной обойме так, что магниты обращены друг к другу; магнитные системы отделены друг от друга двумя магнитопроводящими кольцами, установленными на торцевых поверхностях постоянных магнитов и образующих плоский воздушный зазор между магнитными системами; между упомянутыми разделительными кольцами в плоском воздушном зазоре установлена магнитопроводящая (магнитомягкая) круглая мембрана и жестко зажатая между этими кольцами; кольцевые магниты намагничены вдоль их оси в одном направлении; отличающийся тем, что две жесткие тяги своими внутренними концами жестко укреплены в центре упомянутой мембраны, а своими наружными концами жестко укреплены в центре торцевых стенок корпуса, от капсюля к корпусу.. Упомянутые тяги проходят через каналы трубчатых магнитопроводов полюсных наконечников. Полюсные наконечники, мембраны, магниты и разделительные кольца имеют одинаковый диаметр.
Достигаемый эффект создаваемый Вариантом I заявляемой полезной модели: высокая чувствительность ларингофона (до 4 мВ против 1,5 мВ у выпускаемых ларингофонов типа ЛЭМ-5); более высокая эргономичность и надежность, а также более высокий коэффициент унификации, что значительно снижает себестоимость изделия. Другие эффекты, создаваемые заявляемой полезной моделью (Вариант I) не исследовались.
Вариант II.
Известен аналог заявляемой полезной модели. Это дифференциальный электродинамический ларингофон, описанный в патентах Японии (акцептованные заявки №№61-18294, 61-18296, 61-18297 от 04.07.1986 г., Кл. МПК H04R 9/02, 06)
выданных японской фирме «Pioneer». В этом ларингофоне две идентичных магнитных цепи с кольцевым воздушным зазором, заполненным магнитной жидкостью, укреплены на противоположных торцевых стенках корпуса. Одна из этих стенок контактирует с гортанью оператора, в результате чего корпус совершает колебания с частотой звука, издаваемого оператором и с амплитудой равной (близкой к) амплитуде колебаний тканей гортани. Внутри корпуса упруго укреплен с осевой подвижностью массивный (инерционный) элемент, на котором укреплены с обеих его сторон две кольцевых тонкостенных катушки, входящих в кольцевые зазоры упомянутых магнитных цепей без соприкосновения со стенками зазоров, т.е. концентрично стенкам зазора. Ларингофон работает следующим образом: при произнесении оператором звука стенки его гортани вибрируют с частотой этого звука и с амплитудой гортани. Эти вибрации приводят к аналогичным вибрациям корпуса ларингофона и укрепленных на его торцевых стенках магнитных цепей. Упруго укрепленный на боковых стенках массивный элемент (инерционный элемент) с двумя упомянутыми катушками в силу своей инертности остается неподвижным и эти катушки совершают внутри кольцевых зазоров магнитных цепей соответствующие осевые колебания относительно стенок зазоров и действующего внутри зазоров радиального магнитного поля. В результате, в катушках индуцируется ЭДС с частотой звука, и с амплитудой, пропорциональной амплитуде звука.
Недостатками этого аналога являются: во-первых, недостаточная чувствительность, обусловленная недостаточным числом витков катушек и относительно малой (порядка 0,2 Тесла) индукцией магнитного поля в кольцевых зазорах; во-вторых, низкой технологичностью изготовления ларингофона, а именно, сложностью центрирования катушек в кольцевых зазорах: необходимостью очень точной
установки катушек на массивном элементе, необходимостью очень точной установки массивного элемента на боковых стенках корпуса; необходимостью очень точной установки магнитных цепей на торцевых стенках корпуса; необходимостью очень точной установки катушек в кольцевых зазорах магнитных цепей - совершенно вслепую без возможности контроля центров.
Другим аналогом заявляемой полезной модели ларингофона является угольный ларингофон в соответствии с патентом Японии 54-19730, класс НПК 102К 18; 17. Класс МПК H04R 1/46, 21/02 от 14.07.1979. В этом ларингофоне массивная камера с угольным порошком упруго установлена на боковых стенках корпуса, а подвижный электрод, входящий в камеру с угольным порошком, соединен жесткой тягой с торцевой стенкой корпуса ларингофона. Тяга жестко укреплена как на торцевой стенке корпуса, так и на подвижном электроде. Торцевая стенка ларингофона плотно установлена на гортани оператора и совершает колебания одинаковые по частоте и амплитуде с колебаниями гортани. Связанный с этой стенкой с помощью тяги упомянутый подвижный электрод совершает с торцевой стенкой одинаковые по частоте и амплитуде колебания. Массивная камера с угольным порошком, упруго подвешенная на боковых стенках корпуса в силу своей инерционности остается неподвижной, в результате чего изменяется плотность упаковки угольного порошка и его сопротивление.
Недостатками этого аналога являются: высокий уровень собственных шумов, недостаточно высокие электроакустические параметры, в том числе большая неравномерность амплитудно-частотной характеристики, недостаточно высокая слоговая разборчивость, недостаточная надежность.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является микрофон воздушной восприимчивости «Дифференциальный электромагнитный
микрофон шумостойкий» - ДЭМШ-1А, изготовитель завод «ОАО «Октава», г.Тула.
c
с
Этот микрофон содержит корпус, в котором жестко установлен электромагнитный дифференциальный капсюль, содержащий две идентичных магнитных системы, каждая из которых содержит высокоэрцитивный постоянный магнит (Н=2000 Эрст, Вr=2000 Г), намагниченных вдоль продольной оси, и полюсный наконечник, имеющий в осевом сечении «Т»-образную форму, внутри ножки «Т» которого выполнен осевой (сквозной) канал, придавая этой ножке трубчатую форму. Ножка полюсного наконечника выполнена заодно целое с плоским круговым основанием. По краю (периметру) этого основания установлен упомянутый постоянный магнит, а в пространстве между ножкой полюсного наконечника и постоянным кольцевым магнитом жестко установлена на основании полюсного наконечника катушка.
Две такие магнитные системы установлены соосно магнитами навстречу друг другу на калиброванном расстоянии друг от друга с помощью двух калиброванных по толщине магнитомягких узких разделительных колец, между которыми жестко зажата магнитомягкая мембрана. Наружные диаметры оснований полюсных наконечников, постоянных кольцевых магнитов, разделительных колец и диаметр мембраны одинаковы (равны между собой). Магниты обеих магнитных систем намагничены в одну сторону, так что в пространстве между магнитными системами радиальная составляющая магнитной индукции отсутствует (равна нулю) и мембрана в этом пространстве - зазоре между магнитными системами - так, что радиальный магнитный поток через мембрану в отсутствии звука отсутствует (его радиальная составляющая).
Обе магнитных системы с разделительными кольцами и мембраной жестко завальцованы в немагнитный (латунный) корпус.
При воздействии звука на мембрану последняя приходит в колебательное движение, периодически с частотой звука приближаясь к ножке одного полюсного наконечника и отдаляясь от другой, а затем приближаясь ко второй и отдаляясь от первой. Амплитуда колебаний мембраны пропорциональна амплитуде воздействующего звука. В результате, в мембране и ножках полюсных наконечников возникает переменный (с частотой звука и амплитудой, пропорциональной амплитуде звука) магнитный поток, возбуждая в катушках капсюля соответствующую ЭДС.
Недостатками прототипа являются: во-первых, недостаточная эргономичность, связанная с неустойчивостью позиции микрофона возле рта оператора при выполнении всякого рода эволюции оператором и/или транспортным средством. Вторым недостатком является недостаточная чувствительность, обусловленная воздушной восприимчивостью микрофона.
Третьим недостатком является недостаточная шумостойкость, поскольку микрофон практически воспринимает все звуки из воздушной среды, хотя и с различной чувствительностью от направления и удаленностью источника звука.
Целью создания заявляемой полезной модели является устранение недостатков, указанных в вышеприведенных аналогах: повышение эргономичности: устойчивостью позиции при выполнении эволюции оператором и/или транспортным средством; повышение чувствительности; повышение шумостойкости (восприимчивость только к звукам, создаваемыми оператором и поступающими в микрофон через ткани гортани и невосприимчивость к звукам в воздушной среде); обеспечение большей надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в заявляемой полезной модели ларингофон электромагнитный дифференциальный содержит корпус с передней и задней торцевыми стенками и боковой стенкой; электромагнитный дифференциальный капсюль, упруго подвешенный внутри корпуса и содержащий две идентичных магнитных системы, каждая из которых состоит из «Т»-образного в осевом сечении полюсного наконечника, имеющего выполненных как единое целое трубчатую ножку «Т» и круглую плату с центральным осевым отверстием, являющимся продолжением трубчатого канала упомянутой ножки; кольцевой постоянный магнит, установленный на упомянутой плате по ее периметру и намагниченный вдоль оси этого магнита; электрическую кольцевую катушку, установленную в пространстве между кольцевым постоянным магнитом и ножкой «Т»-образного полюсного наконечника; обе магнитные системы установлены в немагнитной завальцованной обойме так, что магниты обращены друг к другу; магниты системы отделены друг от друга двумя магнитопроводящими кольцами, установленными на торцевых поверхностях постоянных магнитов, и образующих плоский воздушный зазор между магнитными системами; между упомянутыми разделительными кольцами в плоском воздушном зазоре установлена магнитопроводящая (магнитомягкая) круглая мембрана и жестко зажата между этими кольцами; кольцевые магниты намагничены вдоль их оси в одном направлении, отличающийся тем, что одна жесткая тяга своим внутренним концом жестко укреплена в центре упомянутой мембраны, а своим наружным концом жестко укреплен в центре торцевой стенки корпуса. Упомянутая тяга проходит через канал трубчатой ножки полюсного наконечника. Полюсные наконечники, магниты и разделительные кольца имеют одинаковый диаметр.
Эффект, создаваемый Вариантом II полезной модели ларингофона электромагнитного дифференциального: высокая чувствительность ларингофона (до 4 мВ против 1,5 мВ промышленно выпускаемого ларингофона «ЛЭМ-5») более высокая эргономичность и надежность, меньший уровень собственных шумов сравнительно с промышленно выпускаемым угольным ларингофоном (ЛА-5), более высокая слоговая разборчивость, более высокий коэффициент унификации и соответственно - меньшая себестоимость изделия (сравнительно с прототипом).
Другие эффекты заявляемой полезной модели (Вариант II) не исследовались.
Перечень фигур чертежей, поясняющих сущность заявляемой полезной модели:
Фиг.1 Дифференциальный электромагнитный ларингофон с двумя тягами от мембраны к корпусу (Вариант I). Осевое сечение.
Фиг.2 Дифференциальный электромагнитный ларингофон с одной тягой от мембраны к корпусу (Вариант II). Осевое сечение.
Фиг.3 Магнитная система с разделительным кольцом и мембраной (Вариант I) Осевое сечение.
Заявляемый в качестве полезной модели ларингофон электромагнитный дифференциальный состоит из корпуса 1, содержащего переднюю 2 и заднюю 3 торцевые стенки и боковую стенку 4. Передняя торцевая стенка 2 плотно контактирует с тканью 5 гортани оператора. Внутри корпуса 1 установлен капсюль 5, упруго подвешенный на тягах 6 и 7 (Вариант) или только на тяге 6 (Вариант II), наружные концы которых жестко установлены на торцевых стенках 2 и 3 (Вариант 1) или только на торцевой стенке 2 (Вариант II), а внутренние концы жестко установлены на магнитомягкой (магнитопроводящей) мембране 8. Капсюль содержит две идентичных магнитных системы 9 и 10. Каждая из которых содержит круглые
полюсные наконечники 11 и 12 «Т»-образного сечения, имеющие плоскую плату и ножку «Т» с осевым сквозным каналом 13. Платы имеют осевые отверстия 14, служащие продолжением каналов 13. На полюсных наконечниках 11 и 12 жестко установлены кольцевые постоянные магниты 15 и 16, а в пространстве между постоянными магнитами и ножками полюсных наконечников установлены кольцевые электрические катушки 17 и 18.
На торцевых поверхностях постоянных магнитов 15 и 16 установлены магнитомягкие (магнитопроводящие) разделительные кольца 19 и 20, между которыми жестко зажата упомянутая мембрана 8, на которой жестко укреплены упомянутые тяги 6 и 7 (Вариант 1) или только 6 (Вариант II). Наружные концы тяг жестко укреплены на торцевых стенках 2 и 3.
Разделительные кольца 19 и 20 образуют между магнитными системами 9 и 10 воздушный зазор 21, в средней плоскости которого установлена упомянутая мембрана 8.
Работает ларингофон следующим образом. При создании оператором рабочего звука, этот звук через ткани гортани воздействует на корпус 1 ларингофона, на его торцевую стенку 2 и приводит корпус в колебательное движение с частотой звука и с амплитудой, пропорциональной амплитуде звука. Капсюль 5 упруго подвешенный на мембране 8 с помощью тяг 6 и 7 (Вариант 1) или только на тяге 6 (Вариант II) в силу своей массивности (инертности) колеблется относительно корпуса 1. Тяги 6 и 7 (Вариант 1) или только 6 (ВариантII) передают колебания корпуса мембране 8, которая совершает колебания внутри воздушного зазора 21, приближаясь и удаляясь относительно ножек полюсных наконечников 11 и 12. При этом в мембране 8 возникает переменный магнитный поток, замыкающийся через ножки и платы полюсных наконечников 11 и 12, возбуждая в электрических
катушках 17 и 18 ЭДС индукции. Катушки электрически соединены так, что ЭДС катушек складываются, и на выходе ларингофона возникает ЭДС, имеющая частоту звука и амплитуду, пропорциональную амплитуде звука (электрический выход ларингофона не показан).
В зависимости от условий эксплуатации ларингофона в нем устанавливаются либо две тяги 6 и 7 либо, если условия эксплуатации не создают больших перегрузок механического характера (не более 9 g вибрационной и ударной нагрузок), то устанавливается только одна тяга 6 Варианты 1 и П - соответственно). При использовании Варианта П упрощается конструкция ларингофона, технология сборки, сокращается номенклатура деталей, что в конечном итоге уменьшает себестоимость ларингофона.
В целом сравнительно с аналогами, заявляемая полезная модель имеет большую надежность, более высокие электроакустические параметры.
Полезная модель была изготовлена на заводе ОАО «Октава», г.Тула (опытный образец), на основе чего были разработаны чертежи ларингофона электромагнитного дифференциального в Тульском ОАО «ОКБ «Октава» для производства указанного ларингофона в заводе ОАО «Октава».