Электродинамический привод для плоских акустических систем.
ELECTRODYNAMIC DRIVE FOR FLAT LOUDSPEAKERS

Предлагаемое техническое решение относится к акустике. Представляет собой электродинамический привод   для работы акустических систем плоского типа.
Известен целый ряд промышленно производимых электродинамических приводов для работы плоских акустических систем разных фирм: Dayton BST,  Monacor, Visatone, Mechakustik и др.  Такие громкоговорители обычно предназначены для работы в среднечастотном и высокочастотном диапазоне. Нижняя граничная частота большинства громкоговорителей редко простирается ниже 100 герц. Реже встречаются громкоговорители, способные обеспечить рабочий диапазон в готовой акустической системе в пределах 50 Герц -10 килогерц. Среди промышленно изготавливаемых изделий не нашлось такого возбудителя, который бы обеспечивал полный спектр слышимого акустического излучения (20Гц-20000 Гц).  В результате промышленно-производимые электродинамические возбудители многих производителей являются непригодными для создания полностью широкополосной акустической системы плоского типа.  Частотный диапазон работы таких возбудителей несёт за собой необходимость применения различных мер по обеспечению расширения частотного диапазона акустической системы: таких как создание мультиполосных систем, в которых расширение в нижнюю и верхнюю область граничных частот достигается путем применения дополнительных акустических звеньев, включающих сложные системы акустических фильтров, либо применение дополнительных электродинамических возбудителей, специализированных для работы в узком акустическом диапазоне верхнего либо нижнего регистра.
Среди прочих проблем вызванных применением стандартно производимых возбудителей акустических колебаний для проектирования плоских акустических систем можно выделить их низкую электрическую мощность. В результате, для  создания  акустической системы повышенной мощности, пригодной для применения в профессиональной среде требуется идти на компромисс: создавать в пределах площади одной звукоизлучающей мембраны сборку из нескольких акустических возбудителей, что несет за собой модуляционно-амплитудные искажения звукового сигнала, ухудшающие акустические качества громкоговорителя.
Само собой разумеется, что решение этих технических задач такими сложными и громоздкими средствами нецелесообразно и сопряжено с повышенными материальными временными и трудозатратами.
Одним из наиболее близких технических решений, является патент России №2456764 от 10.02.2012, в котором раскрыт плоский громкоговоритель.  Данный плоский громкоговоритель выполнен в виде корпуса, в котором установлены: магнитная система, цилиндрическая катушка, закреплённая на каркасе, звукоизлучающая мембрана, прикрепленная к каркасу цилиндрической катушки, система удержания катушки в пределах магнитного зазора и гибкие провода для подвода электрического сигнала к катушке. Недостатками данного устройства являются недостаточно широкий  рабочий диапазон и электрическая мощность.
Технический результат – расширения рабочего диапазона громкоговорителя.
Технический результат достигается тем, что широкополосный плоский громкоговоритель содержит корпус, в котором установлены: магнитная система, цилиндрическая катушка, закреплённая на каркасе, звукоизлучающая мембрана, прикрепленная к каркасу цилиндрической катушки, система удержания катушки в пределах магнитного зазора и гибкие провода для подвода электрического сигнала к катушке. При этом:
магнитная система выполнена в виде постоянного магнита цилиндрической формы, ферритового кольца, в центре которого установлен, указанный магнит цилиндрической формы и шайбы скрепляющих их в единую конструкцию,
цилиндрическая катушка, закреплённая на каркасе, расположена над магнитом цилиндрической формы и в зазоре между магнитом цилиндрической формы и ферритовым кольцом,
система удержания катушки в пределах магнитного зазора состоит из двух центрирующих шайб разного диаметра закрепленных на некотором расстоянии друг от друга, в виде концентрически гофрированных дисков,  внутренним отверстием, прикреплённых к катушке, а внешним периметром - к корпусу,
а гибкие подводящие электрический сигнал к катушке провода  вшиты в одну из центрирующих шайб и одним концом припаяны к выводам катушки, а другим к внешней контактной группе.
Центрирующие шайбы изготовляют из суровой ткани либо из иного подходящего для этого материала.
При этом звукоизлучающая мембрана прикреплена к каркасу цилиндрической катушки посредством промежуточного кольца.
Изобретение поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 показан общий вид предлагаемого электродинамического привода и пример его применения в плоском громкоговорителе.
На фиг.2 показан электродинамический привод в разобранном виде;
На фиг.3 показан электродинамический привод для плоского громкоговорителя;
На фиг.4 показан электродинамический привод в 3D c разрезом.
На фигурах обозначены:
1. Корпус,
2. Постоянный магнит цилиндрической формы,
3. Ферритовое кольцо,
4. Стальная шайба,
5. Система удержания катушки в пределах магнитного зазора в виде двух центрирующих шайб разного диаметра,
6. Подводящие электрический сигнал к катушке провода,
7. Кольцо,
8. Контакты,
9.  Цилиндрическая катушка,
10. Звукоизлучающая мембрана.
Предлагаемый нами электродинамический привод для плоских громкоговорителей представляет собой устройство для преобразования электрического сигнала от усилителя мощности в механическую энергию колебаний соответствующих частот, возбуждающих собой звукоизлучающую мембрану резонирующего типа, а так же способ его использования в плоском громкоговорителе показан на фиг.1.
Изделие, показано на фиг.2-4 и состоит из:
- пластикового корпуса 1, выполняющего роль опоры, к которой прикреплены магнитная система, система удержания катушки в магнитном зазоре, крепления к опорной раме в виде ряда резьбовых отверстий;
- деталей магнитной системы, включающей в себя постоянный магнит 2 цилиндрической формы (NeFeB), ферритовое кольцо 3, образующее собой внешний периметр кольцевого зазора магнитной системы и стальную шайбу 4, скрепляющую их в единую конструкцию;
- цилиндрической катушки 9 намотанной медным проводом и закреплённой на каркасе цилиндрической форме из текстолита или иного материала;
- системы удержания катушки в пределах магнитного зазора 5 с целью обеспечения её свободного возвратно-поступательного движения, и состоящую из двух центрирующих шайб разного диаметра закрепленных на некотором расстоянии друг от друга (на практике расстояние составляет от 5 до 15 мм) и изготовленных из суровой  ткани методом прессования в виде концентрически гофрированных дисков,  внутренним отверстием, закреплённым к катушке, а внешнем периметром к опорной раме;
- гибких, подводящих электрический сигнал к катушке, проводов 6, вшитых в одну из центрирующих шайб и одним концом припаянных к выводам катушки, а другим к внешней контактной группе для подвода электрического сигнала от усилителя;
- промежуточное кольцо 7 крепления каркаса катушки к поверхности звукоизлучающей мембраны 10;
- контактов 8 подвода электрического сигнала.
Отличительной особенностью данного возбудителя является применение в магнитопроводе кольца, выполненного из материала феррита (ферритовое кольцо).  Этот материал обладает высокой магнитной проницаемостью при том, что электропроводность у него довольно низкая. Такое его свойство не дает индуцироваться токам Фуко при пересечении магнитных линий подвижной катушки в толщи вещества магнитопровода. Отсутствие противо- ЭДС, вызванной этим эффектом дает высокую эффективность работы электродинамического возбудителя в нижнем регистре частот (порядка десятков герц), когда амплитуда колебаний катушки становится больше. Чем выше скорость движения магнитных линий, пересекающих тело магнитопровода, тем более ощутимые токи Фуко будут противодействовать вектору приложения силы, порождающей эту скорость. таким образом, если использовать стальной магнитопровод, как это обычно принято, то подвижная катушка будет как бы "вязнуть" в противодействующем магнитном поле под действием собственного движения в магнитном зазоре. Применение феррита в качестве вещества магнитопровода приводит к реализации такого полезного акустического действия, как повышение КПД, особенно в низком диапазоне частот, что в свою очередь влечет возможность значительного расширения рабочего диапазона такого устройства, вплоть до нижней границы слышимости в 20 Гц.
Магнитопровод предлагаемого электродинамического привода составной и включает в себя три детали: постоянный магнит цилиндрической или иной формы 2, стальную шайбу 4 и ферритовое кольцо 3.
Применение двух центрирующих шайб разного диаметра является средством достижения следующего технического результата: снижение ярко выраженного механического резонанса на определенной частоте, совпадающей с частотой собственного резонанса шайб. Шайбы с разными параметрами геометрии и жесткости будут обладать двумя не совпадающими частотами возбуждения резонанса. В результате такого технического решения на графике амплитудно-частотной характеристики громкоговорителя, снабженного таким приводом, сглаживается с существенным уменьшением амплитуды частотный выброс, соответствующий частоте возбуждения описываемых деталей. Как результат, повышается качество звуковых характеристик.
В итоге: один громкоговоритель, снабженный одной мембраной воспроизводит акустический сигнал широкого спектра; не требуются средства фильтрации сигнала; требуется двухканальный усилитель мощности вместо многоканального; уменьшается габарит изделия при сохранении потребительских качеств; параметры объективного контроля качества акустической системы (амплитудно-частотная диаграмма, график анализа спектрально-частотной магнитуды, (спектральной плотности сигнала), диаграмма направленности излучения звукового сигнала, замеры фазовых нелинейных искажений...) демонстрируют заметные преимущества перед иными акустическими системами. Это делает изделия, снабженные предлагаемым широкополосным плоским громкоговорителем, полностью пригодными для применения в областях звукотехники с повышенными требованиями к качеству звуковоспроизведения. В том числе и такой "проблемной" сфере, как озвучивание концертов академической музыки.