ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК H04R23/00 

Изобретение относится к электроакустике, к звуковым излучателям, использующие повышающий трансформатор с коэффициентом передачи более 1:50, для получения постоянного высоковольтного дугового разряда модулируемого звуковым сигналом.

Из области техники известны, устройства для получения звука т.к. плазмаспикеры и другие излучатели, использующие различные виды модуляции звуковым сигналом, в которых применяется высоковольтный дуговой разряд, являющийся самостоятельным как по виду, так и по способу его получения и имеет характерные отличия от других разрядов, таких как коронный и факельный. (Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А.М. Прохоров. 1983.)

Так же известно, что для обеспечения звуковых колебаний минимальной точности воспроизведения в диапазоне 20 гц - 20 кГц несущая частота создающая дугу при любой модуляции должна быть минимум в два раза выше верхней границы данного диапазона, то есть не менее 40 кГц. А для более точного звучания (увеличения информативности), несущая частота должна быть выше, в два и более раз. В результате получаемые частоты 80 кГц и выше, выходят за пределы возможности повышающего трансформатора создать электрическую дугу и передать в нее не искаженный сигнал, реального, приемлемых габаритов при достаточной мощности, непрерывно работающего не ограниченное время. С коэффициентом более 1:50 по причине высокой индуктивности повышающей обмотки.

Наиболее близким решением по технической сущности является устройство пат № CN 101820573 от 01.09.2010, где электрическая дуга создается посредством одного повышающего трансформатора с коэффициентом трансформации 1:100, стр.10 фиг.3 и применяется схема управления, использующая широтно-импульсную модуляцию звуковым сигналом.

Недостатком данного решения является то, что при широтно-импульсной модуляции значительно изменяется спектр передаваемых трансформатором импульсов. Так, при длительности импульсов равной половине периода следования, высокочастотные составляющие минимальны и чем больше длительность импульсов отличается от половины периода следования, тем больше высокочастотных составляющих в спектре. Таким образом, при минимальной и максимальной длительности импульсов полоса пропускания трансформатора должна составлять десятки мегагерц даже на несущей частоте 40 кГц, иначе форма передаваемых импульсов значительно искажается и приводит к нестабильной работе дуги, треску, шуму и полного ее пропадания, что не приемлемо для получения звука. Так же при такой модуляции изменение информации происходит один раз за период несущей частоты.

Известно, что повышающие высоковольтные трансформаторы имеют очень большую индуктивность вторичных обмоток и междувитковую емкость, что значительно ограничивает полосу их пропускания. Отсюда следует, что, используя повышающий трансформатор управляемый широтно-импульсной модуляцией, не возможно получить точное звучание.

Целью заявленного изобретения является создание излучателя повышенной точности звучания при прослушивании.

Достигается тем, что электродуговой громкоговоритель, состоит из более одного повышающего трансформатора, вторичные обмотки которых соединены параллельно и подключены к электродам, между которых создается высоковольтная электрическая дуга, излучающая звуковые колебания, с помощью усилителя звуковой частоты и коммутатора, поочередно распределяющего выходное напряжение усилителя на первичные обмотки трансформаторов. При этом получаются импульсы постоянной частоты и длительности с амплитудой, равной выходному напряжению усилителя. За время действия импульса в трансформаторе накапливается энергия, пропорциональная выходному напряжению усилителя, которая между импульсами накопления передается в дугу.

Поскольку передача энергии осуществляется в обратно ходовом режиме и носит импульсный характер, то передаваемый в дугу импульс можно считать дискретным. То есть о частоте импульсов можно говорить как о частоте дискретизации.

В заявляемом громкоговорителе с помощью вышеописанной коммутации осуществляется амплитудно-импульсная модуляция тока дуги, при которой спектр передаваемых повышающими трансформаторами дискретных импульсов практически не меняется, что обеспечивает неискаженную передачу модулирующего сигнала при применении повышающих трансформаторов с коэффициентом более 1:50 даже на частотах работы вблизи их верхней границы полосы пропускания.

В дополнение необходимо добавить, что, применительно к заявляемому устройству, чем выше частота дискретизации, тем выше точность (разборчивость, детальность) излучаемого звука. Для достижения этого, в заявляемом устройстве используются более одного повышающего трансформатора. Работающие на одинаковой, близкой к предельной частоте, по очереди со сдвигом, равномерно распределенные в пределах одного периода несущей частоты по отношению друг к другу, имеющие определенные соотношения импульсов накопления и передачи. При этом на электродах дуги действует последовательность дискретных импульсов от каждого, так же в течении одного периода, что способствует увеличению частоты дискретизации (точности) звука во столько раз, сколько повышающих трансформаторов применено в устройстве.

Из этого следует, что поочередная коммутация трансформаторов более одного при помощи амплитудно-импульсной модуляции позволяет передать не искаженный звуковой сигнал в электрическую дугу и увеличить точность (разборчивость) излучаемого звука.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого громкоговорителя.

Громкоговоритель содержит тактовый генератор 3, коммутатор 2, подключающий первичные обмотки, например в варианте четырех трансформаторов т1, т2, т3 и т4, к усилителю 1, а их вторичные повышающие обмотки соединены параллельно и подключены к электродам 4 и 5. Между ними возникает электрическая дуга, излучающая звуковые колебания под воздействием импульсного тока, амплитуда которого, модулируется выходным напряжением усилителя звуковой частоты 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Под действием управляющих импульсов тактового генератора 3, коммутатор 2 поочередно коммутирует первичные обмотки трансформаторов т1, т2, т3 и т4 так, что на них образуются импульсы постоянной частоты и длительности с амплитудой равной выходному напряжению усилителя 1. Тем самым, в итоге осуществляется амплитудно-импульсная модуляция тока дуги звуковым сигналом. Трансформаторы работают на одинаковой частоте, в обратноходовом режиме, при этом высокая индуктивность, параллельно соединенных вторичных обмоток повышающих трансформаторов, находящихся в режиме накопления энергии, не оказывает влияние на импульс тока дуги вырабатываемый трансформатором в режиме передачи. Импульсы на обмотках отдельных трансформаторов равномерно сдвинуты относительно друг друга в пределах одного периода несущей частоты, имеющие определенные соотношения импульсов накопления и передачи (фиг.2). При этом на электродах дуги действует последовательность дискретных импульсов от каждого трансформатора в тот же период, что эквивалентно увеличению частоты дискретизации звука во столько раз, сколько трансформаторов применено в устройстве.

Коммутатор может быть выполнен любым способом, учитывающий количество повышающих трансформаторов. Обеспечивающий непосредственное подключение и отключение каждой из первичных обмоток к выходному напряжению усилителя и необходимое, в том числе для реализации амплитудно-импульсной модуляции, распределение его между обмотками описанным выше образом. Например используя в качестве коммутирующих элементов, мощные силовые ключи на полевых транзисторах.

Частота тактового генератора выбирается такой, чтобы обеспечить частоту импульсов на каждой первичной обмотке несколько ниже верхней границы частоты пропускания применяемых повышающих трансформаторов, для обеспечения минимальных искажений передаваемых дискретных импульсов.

В качестве усилителя звуковой частоты предпочтительно использовать импульсный усилитель класса D, так как у таких усилителей хорошая нагрузочная способность, устойчивость к импульсным нагрузкам, высокий к.п.д. и малое тепловыделение.

Изобретение относится к электроакустике, устройствам воспроизведения звуковых сигналов высоковольтной электрической дугой. Технический результат - повышение точности воспроизведения звуковых сигналов. Достигается тем, что используется более одного повышающего трансформатора, вторичные обмотки которых соединены параллельно и подключены к электродам, между которыми создается высоковольтная электрическая дуга, излучающая звуковые колебания, с помощью усилителя звуковой частоты и коммутатора, поочередно распределяющего выходное напряжение усилителя на первичные обмотки трансформаторов. При этом получают импульсы постоянной частоты и длительности. За время действия импульса в трансформаторе накапливается энергия, пропорциональная выходному напряжению усилителя, которая между импульсами накопления передается в дугу. Импульсы на первичных обмотках трансформаторов равномерно сдвинуты относительно друг друга в пределах одного периода несущей частоты. Имеют временные соотношения накопления и передачи энергии, соответствующие количеству используемых трансформаторов. При этом на электродах дуги осуществляется последовательная, поочередная, амплитудно-импульсная модуляция от каждого трансформатора, увеличивая точность звукового сигнала. 2 ил.

Электродуговой громкоговоритель, содержащий электронную схему управления повышающими трансформаторами для создания высоковольтной электрической дуги между электродами, модулируемой звуковым электрическим сигналом, находящимися на некотором расстоянии между собой, отличающийся тем, что используют более одного повышающего трансформатора, повышающие вторичные обмотки которых соединены параллельно и подключены к электродам, а первичные обмотки коммутируют таким образом, чтобы получить импульсы тока, следующие друг за другом от каждого повышающего трансформатора через высоковольтную дугу и модулируемые амплитудно-импульсным способом.