СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЧЕРЕЗ МАГНИТОЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ОСОБЕННО В ПРИБОРАХ СВЯЗИ Российский патент 2002 года по МПК H04R9/02 

Изобретение относится к способу управления распространением магнитных полей через магнитно-электродинамические преобразователи, особенно в приборах связи, согласно родовому понятию в пункте 1 формулы изобретения.

Кроме того, изобретение относится к устройству для управления распространением магнитных полей через магнитно-электродинамические преобразователи, особенно в приборах связи, согласно родовому понятию в пункте 8 формулы изобретения.

Магнито-электродинамические преобразователи представляют собой подгруппу электроакустических преобразователей, которые в соответствии с их назначением используются повсюду, где необходимо преобразовывать электрические или электронные сигналы в речь и/или преобразовывать речь в электрические или электронные сигналы. Типовыми областями применения являются, следовательно, аудиотехника, аппаратура высококачественной передачи и воспроизведения, бытовая техника со средствами выработки предупредительных сигналов или сигналов вызовов, а также техника связи.

В последней названной области применения преимущественно используются электродинамические преобразователи, например, в портативных устройствах связи (проводных, беспроводных, например, радиотелефонах и мобильных телефонах), головных телефонах, головных телефонных гарнитурах, чаще всего в виде наушников, но иногда и в виде микрофона. Реже используются электромагнитные преобразователи.

Большим недостатком этих типов преобразователей, особенно электродинамических преобразователей, является то, что они согласно фиг.1, где представлен принцип построения электродинамического преобразователя, вырабатывают статические магнитные поля (поля рассеяния) MF_s, например, за счет объемного магнита ОМ, которые беспрепятственно проникают через немагнитные материалы (синтетические материалы). Намагничиваемые предметы, такие как кнопки, канцелярские скрепки, железные (металлические) опилки, частицы материалов (в металлообрабатывающих отраслях промышленности, слесарных мастерских и т.д.), неизбежно притягиваются в направлении центра преобразователя. Если такие частицы достаточно малы для проникновения через отверстия для ввода/вывода речевого сигнала, они собираются в зоне наивысшей напряженности поля (в воздушном зазоре объемного магнита ОМ) и закрепляются на продолжительное время на мембране М преобразователя. В зависимости от того, насколько чувствительна мембрана М и тем самым преобразователь к таким малым инородным телам, это может привести либо к внезапному полному отказу или к постепенному отказу мембраны М.

Кроме того, относительное перемещение соответствующего портативного прибора вблизи электрических проводников, в частности, индуктивностей, приводит к нежелательным индуцированным токам (сердечные стимуляторы, медицинские приборы и т.д.).

Вследствие миниатюризации приборов, характеризуемой, например, весьма малым расстоянием (см. фиг.1) между отверстием для вывода звукового сигнала преобразователя и отверстием для вывода звукового сигнала в корпусе портативного устройства (в частности, на рынке предлагаются все более миниатюрные беспроводные радиотелефоны и мобильные телефоны), указанные проблемы усугубляются, так как часто в случае плоских миниатюрных преобразователей применяются "редкоземельные" магниты (такие как, например, магниты из сплавов Nd или Sm) с более высокими остаточными намагниченностями и, следовательно, с более интенсивными полями рассеяния.

Описанные выше проблемы, с одной стороны, приводят в ряде стран (например, в Австралии, Великобритании, США) к требованиям, которые устанавливают ограничения статического магнитного поля. С другой стороны, в последнее время имеют место случаи выхода из строя слуховых капсюлей, особенно в мобильных телефонах стандарта GSM (Глобальная мобильная система связи), из-за жесткого закрепления мембран. Мелкоячеистая ткань (например, противопыльный прокладочный материал) в акустических апертурах, правда, препятствует жесткому закреплению мембран, однако изнашивается со временем, и воспроизведение постепенно становится все более тихим, так как магнитная сила продолжительное время оказывает влияние на намагниченные частицы, удерживаемые в ткани.

Чтобы решить эту проблему, при реализации микрофонов в портативных устройствах стали использовать электреты и пьезомикрофоны, которые представляют равноправные альтернативы.

При реализации слуховых капсюлей, однако, дело обстоит иначе.

Применение в качестве слуховых капсюлей пьезопреобразователей не приводит к проявлению в явном виде магнитного поля. Технология преобразования, основанная на пьезоэффекте, имеет два явных недостатка по сравнению с технологией преобразования, основанной на магнитном поле:
1) В аспекте качества речевого сигнала электродинамические преобразователи явно превосходят пьезопреобразователи, особенно в случае малых диаметров.

2) В некоторых странах (например, в Австралии, Великобритании, США, Италии), а кроме того, в British Telecom и в France Telecom существует требование "совместимости со слуховым аппаратом" (ССА) в целях стимулирования использования слуховых аппаратов, которые почти исключительно являются индуктивными и исходят из существования динамического магнитного поля (переменного поля). Это означает, что требуемое магнитное переменное поле (измерение переменного магнитного поля в плоскости измерения ССА иллюстрируется на фиг.1) должно вырабатываться с применением аддитивных дополнительных катушек.

Поэтому в последнее время вновь обращаются к электродинамическим преобразователям и одновременно пытаются по-иному подойти к решению вышеуказанной проблемы.

При применении электродинамических преобразователей снижению статических полей рассеяния естественным образом способствует большее расстояние между апертурой для выхода звука преобразователя и верхней поверхностью переносного аппарата, как это, например, имеет место в переносном аппарате коммерчески доступной модели "Symphony" фирмы Сименс. Однако это полностью противоположно требованиям рынка относительно поставок переносных аппаратов с все меньшими размерами, особенно что касается мобильных (беспроводных) портативных аппаратов. Чтобы решить эту проблему, расстояние между апертурой для выхода звука преобразователя и верхней поверхностью переносного аппарата должно составлять порядка 1 см. Таким образом можно устранить негативные влияния статического магнитного поля.

Вследствие увеличения расстояния, как показано на фиг.2, где представлена схема электродинамического преобразователя, динамическое магнитное поле MF_d, которое обусловлено требованием ССА и которое при правильном расчете звуковой катушки 3К, вырабатывающей это динамическое магнитное поле MFd, в обычных электродинамических преобразователях также достаточно велико, ослабляется настолько сильно, что уже недостаточно для удовлетворения требования ССА. Таким образом, и здесь вновь нужны дополнительные катушки индуктивности без сердечника для усиления переменного поля.

Исходя из фиг. 1, поэтому согласно фиг.3 обычно применяется покрытие П (экранирование, например, в форме листового экрана), которое концентрирует силовые линии рассеянного поля MF_s, пропуская меньшее их количество во внешнее пространство. Такое покрытие может быть снабжено отверстиями, чтобы обеспечить его "прозрачность" для звукового давления, которое вырабатывает мембрана. Магнитные переменные поля MFd (см. фиг.2), необходимые для выполнения требования ССА, и в этом случае ослабляются и поэтому должны и в этом случае формироваться с помощью дополнительных катушек, которые размещаются перед покрытием.

Из документа ЕР 0 422 424 А2 известен электродинамический преобразователь с улучшенным электрическим и магнитным экранированием, который содержит звуковую катушку, мембрану и магнитную систему, которая закрыта от корпуса крышкой. Между внутренней стороной крышки и внутренней полюсной пластиной магнитной системы зажат вкладыш из немагнитного электрически изолирующего материала, который определяет осевое положение магнитной системы относительно крышки, причем крышка обеспечивает экранирование от внешних магнитных полей и имеет отверстия для пропускания звукового давления.

Из документа DE 3 401 072 A1 известен электродинамический преобразователь для неразрушающего контроля деталей с помощью ультразвука, причем головка преобразователя имеет электромагнит с ярмом, который имеет внешний полюсный наконечник и окруженный им внутренний полюсный наконечник. Не нем размещены возбуждающая и приемная катушки. Чтобы обеспечить возможность непосредственно приложения внутреннего полюсного наконечника к детали, перемещающейся относительно него, они снабжены защитным колпаком, окруженным защитным кольцом, торцевая поверхность которого, обращенная к детали, выступает над торцевой поверхностью защитного колпака, причем внутренний полюсный наконечник и/или защитный колпак имеют проходящие радиально прорези, препятствующие распространению вихревых токов, и прорези для пропускания звукового давления.

В основе изобретения лежит задача улучшить распространение магнитных полей через магнито-электродинамический преобразователь, особенно в приборах связи, тем, что вырабатываемые преобразователями статические магнитные поля по существу экранируются, а динамические магнитные поля излучаются по существу беспрепятственно.

Эта задача решена исходя из способа, определенного родовым понятием пункта 1 формулы изобретения, с помощью признаков, приведенных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Кроме того, эта задача решена, исходя из устройства, определенного родовым понятием пункта 8 формулы изобретения, с помощью признаков, приведенных в отличительной части пункта 8 формулы изобретения.

Идея, лежащая в основе изобретения, состоит в том, что магнитное покрытие, например, по технологическим причинам, в форме экранирующего листа или листа глубокой вытяжки, который по существу непроницаем для статических магнитных полей магнито-электродинамического преобразователя, предусмотрено по меньшей мере в зоне выхода звукового сигнала преобразователя. Покрытие может вводиться, например, при монтаже преобразователя между корпусом, окружающим преобразователь (например, корпусом портативного аппарата), и преобразователем, или оно может предварительно устанавливаться на преобразователе в форме экранирующего стакана.

Покрытие имеет ряд отверстий, проходящих сквозь него, причем число отверстий рассчитывается таким образом, что
(1) снабженное отверстиями покрытие имеет в результате по отношению к своей первоначальной прочности или жесткости предварительно заданную прочность или жесткость и поэтому может монтироваться механически;
(2) отверстия обеспечивают пропускание уровня звукового давления, которое может вырабатываться преобразователем;
(3) отверстия пространственно ограничивают вихревые токи в покрытии, вызванные динамическими магнитными полями преобразователя, вследствие чего эти вихревые токи не могут проявиться в их полной силе.

Покрытие представляет собой особую комбинацию геометрических характеристик и магнитных свойств материала.

Пространственное ограничение обеспечивается с помощью признаков, указанных в пункте 2 формулы изобретения, тем, что отверстия пересекают вихревые токи, которые индуцировались бы в покрытии в их отсутствие.

Отверстия выполняют условия (1)...(3), касающиеся их выполнения и числа, в соответствии с признаками пункта 3 формулы изобретения, особенно эффективно в том случае, если они выполнены в покрытии по существу радиально или проходят таким образом.

Согласно пункту 4 предпочтительным является выполнение в покрытии прорезей; т.е. отверстия, таким образом, выполняются в виде прорезей.

При выполнении отверстий в покрытии предпочтительно, если отверстие (отверстия) вследствие свойства сходимости вихревых токов (концентрации вихревых токов), особенно в случае покрытий с вращательной симметрией (осесимметричных покрытий), располагается (располагаются) в центре покрытий.

Поэтому согласно пункту 5 по меньшей мере одна из прорезей по существу имеет такую длину, какова длина покрытия в его максимальной протяженности.

Согласно пункту 6 формулы изобретения предпочтительно, чтобы магнитное покрытие было выполнено из магнитомягкого материала, т.е. имело малую коэрцитивную силу.

При помещении заготовки из магнитного материала в магнитное поле, как, например, в предлагаемом случае, происходит усиление существующих в магнитном поле динамических составляющих магнитного поля, если материал заготовки (в данном случае материал покрытия) так согласован с магнитным полем, в котором находится заготовка, что при этих обстоятельствах он оказывается на самом крутом участке подъема первоначальной кривой намагничивания цикла гистерезиса. В данном случае (особенно при применении электродинамических преобразователей в приборах связи, где динамическое магнитное поле, вырабатываемое звуковой катушкой в динамическом преобразователе, используется для стимулирования слуховых аппаратов, что характеризуется понятием совместимости со слуховыми аппаратами) такое усиление по этой причине является желательным, потому что не требуются специальные меры для усиления динамического магнитного поля, например дополнительные катушки индуктивности без сердечников.

Согласно пункту 7 предпочтительным является, если магнитное покрытие выполнено из такого материала, что при заданном магнитном поле преобразователя обеспечивается максимальное усиление динамического магнитного поля, пропускаемого через покрытие.

Вышеуказанные выводы, описанные для пунктов 1-7 на способ, в равной мере имеют силу по отношению к пунктам 8-14 на устройство.

Пример осуществления изобретения поясняется ниже со ссылками на чертежи, представленные на фиг.4-6, на которых показано следующее:
фиг.4 - конкретный вариант выполнения покрытия, сопоставимый с вариантом осуществления, показанным на фиг.3;
фиг.5 - характеристика гистерезиса;
фиг.6 - схематичное представление электродинамического преобразователя с усиленным динамическим магнитным полем, сопоставимого с конструкцией, показанной на фиг.2.

На фиг.4 по сравнению с вариантом выполнения покрытия П по фиг.3 показано покрытие П' специальной формы, например осесимметричное. Покрытие П' может в процессе монтажа преобразователя устанавливаться между корпусом портативного аппарата и преобразователем, или оно может предварительно монтироваться на преобразователе в форме экранирующего стакана. Особенностью покрытия ГГ является комбинация геометрических характеристик с магнитными свойствами материала.

По возможности радиальное расположение отверстий ОТВ, которые выполнены, например, в виде прорезей ПР, обеспечивает снижение вихревых токов в покрытии ГГ или, соответственно, в плоскости чертежа, которые вырабатываются магнитным переменным полем звуковой катушки преобразователя. Степень снижения может повышаться еще и за счет того, если по меньшей мере одна прорезь ПР' из числа прорезей ПР проходит через центр покрытия П'. По правилу Ленца (правило трех пальцев) первоначальное переменное поле ослабляется остаточными вихревыми токами всего лишь незначительно. Покрытие П' предпочтительно должно выполняться из магнитомягкого материала, который согласно фиг.5 согласован с напряженностью магнитного поля Нтм, выработанной в месте расположения покрытия П' объемным магнитом преобразователя.

Согласно фиг.5 звуковая катушка ЗК вырабатывает только аддитивное переменное поле Н_AC2. Правильный выбор материала обеспечивает нахождение на самом крутом участке подъема первоначальной кривой намагничивания цикла гистерезиса, в результате чего вырабатывается достаточно заметное намагничивание переменным током М_AC2 в направлении, перпендикулярном к плоскости покрытия. Если напряженность поля Нтм относительно гистерезиса выбрана слишком малой (напряженность поля Н'тм с аддитивным переменным полем Н_АС1) или слишком большой (напряженность поля Н"тм с аддитивным переменным полем Н_AC3), то вклад переменного поля посредством намагничивания в ССА-поле пренебрежимо мал. Только при переменном поле Н_AC2 путем намагничивания М_AC2 покрытия П' вырабатывается дополнительное переменное поле Н_MAC2, которое вызывает перекомпенсацию исходного переменного поля MF_d звуковой катушки ЗК, ослабленное вследствие потерь вихревых токов.

Фиг. 6 иллюстрирует данное явление усиления исходя из фиг.2 на примере упрощенного представления электродинамического преобразователя. По сравнению с представлением, приведенным на фиг.2, динамическое магнитное поле MF_d, представленное на фиг.6, усиливается. Это выражается увеличением числа силовых линий.

Если электродинамический преобразователь накрывается или экранируется с помощью покрытия П', как описано выше, то можно, как показывают проведенные измерения, снизить статическое магнитное поле MF_s на поверхности мобильных устройств примерно на 87%, так что никакие металлические опилки, канцелярские скрепки, кнопки и т.п. больше не будут притягиваться в направлении, противоположном направлению силы тяжести. Одновременно возросла ССА-напряженность поля примерно на 200%.

Потери уровня громкости звучания преобразователя из-за наличия покрытия П' составили всего лишь 18%, что может быть легко скомпенсировано за счет усиления схемы звуковоспроизведения примерно на 1,5 дБ.

Изобретение относится к способу и устройству управления распространением магнитных полей через магнитоэлектродинамический преобразователь, особенно в приборах связи. Для того чтобы улучшить распространение магнитных полей через магнитоэлектродинамический преобразователь, особенно в приборах связи, таким образом, что вырабатываемые преобразователем статические магнитные поля существенно экранируются, а динамические магнитные поля излучаются по существу беспрепятственно по меньшей мере в зоне выхода аудиосигнала, применяется магнитное покрытие, непроницаемое для статических магнитных полей. Покрытие имеет ряд отверстий, причем количество отверстий определено таким образом, что покрытие, снабженное отверстиями, обладает по сравнению с первоначальной его прочностью и, соответственно, жесткостью такой прочностью и/или жесткостью, которая необходима для механического монтажа. Отверстия пропускают заданный уровень звукового давления, вырабатываемого преобразователем, и пространственно ограничивают вихревые точки на покрытии, вызванные динамическими магнитными полями, в результате чего вихревые токи не могут формироваться в полной мере. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления распространением магнитных полей через магнитоэлектродинамический преобразователь, особенно в приборах связи, причем магнитоэлектродинамический преобразователь накрыт по меньшей мере в зоне выхода аудиосигнала покрытием (П'), которое имеет отверстия (ОВТ), причем отверстия (ОТВ) пропускают вырабатываемый преобразователем уровень звукового давления, отличающийся тем, что а) покрытие (П') является магнитным и непроницаемо для статических магнитных полей (MF_s), б) отверстия (ОТВ) размещены в покрытии (П') таким образом, что покрытие (П') обладает необходимой для механического монтажа прочностью и/или жесткостью, в) отверстия пространственно ограничивают вихревые токи в покрытии (П'), вызванные динамическими магнитными полями (MF_d). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отверстия (ОТВ) пересекают вихревые токи, которые индуцируются в покрытии (П') при отсутствии отверстий (ОТВ). 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отверстия (ОТВ) размещены по существу радиально в покрытии (П'). 4. Способ по п. 1 или 2, или 3, отличающийся тем, что отверстия (ОТВ) выполнены в виде прорезей (ПР). 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что по меньшей мере одна прорезь (ПР') из числа прорезей (ПР) по существу имеет длину, равную длине покрытия (П') в его максимальной протяженности. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что магнитное покрытие (П') выполнено из магнитомягкого материала. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что магнитное покрытие (П') выполнено из такого материала, что при заданном магнитном поле преобразователя (MF_s, MF_d) обеспечивается максимальное усиление пропускаемого через покрытие (П') динамического магнитного поля. 8. Устройство для управления распространением магнитных полей через магнитоэлектродинамический преобразователь, особенно в приборах связи, причем магнитоэлектродинамический преобразователь накрыт по меньшей мере в зоне выхода аудиосигнала покрытием (П'), которое имеет отверстие (ОТВ), причем отверстия (ОТВ) пропускают вырабатываемый преобразователем уровень звукового давления, отличающееся тем, что а) покрытие (П') является магнитным и непроницаемо для статических магнитных полей (MF_s), б) отверстия (ОТВ) размещены в покрытии (П') таким образом, что покрытие (П') обладает необходимой для механического монтажа прочностью и/или жесткостью, в) отверстия (ОТВ) пространственно ограничивают вихревые токи в покрытии, вызванные динамическими магнитными полями (MF_d). 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что отверстия (ОТВ) выполнены с возможностью пересечения вихревых токов, которые индуцируются в покрытии (П') при отсутствии отверстий (ОТВ). 10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что отверстия (ОТВ) размещены по существу радиально в покрытии (П'). 11. Устройство по п. 8 или 9, или 10, отличающееся тем, что отверстия (ОТВ) выполнены в виде прорезей (ПР). 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что по меньшей мере одна прорезь (ПР') из числа прорезей (ПР) по существу имеет длину, равную длине покрытия (П') в его максимальной протяженности. 13. Устройство по любому из пп. 8-12, отличающееся тем, что магнитное покрытие (П') выполнено из магнитомягкого материала. 14. Устройство по любому из пп. 8-13, отличающееся тем, что магнитное покрытие (П') выполнено из такого материала, что при заданном магнитном поле преобразователя (MF_s, MF_d) обеспечивается максимальное усиление пропускаемого через покрытие (П') динамического магнитного поля.