ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ДЕМПФИРОВАНИЕМ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ МЕМБРАНЫ Российский патент 2018 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к электроакустическим преобразователям, которые могут использоваться в телефонных капсулях и широкополосных громкоговорителях с демпфированием излучающей мембраны.

Известен электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны (ЭПДИМ), содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен звукообразующий блок с упругим креплением по периферии и соединенный проводниками с генератором переменных электрических колебаний (патент США №4297537, H04R 7/26).

Технический недостаток аналога: механический демпфер из эластичного материала ограничивает только максимальные амплитуды механических колебаний излучающей мембраны и не способен подавить в ЭПДИМ паразитные резонансные колебания, что отрицательно сказывается на его амплитудно-частотной характеристике и сужает спектр излучаемых акустических колебаний.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является ЭПДИМ, содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен пьезоблок включающий излучающую мембрану с упругим креплением по периферии и соединенный проводниками с генератором переменных электрических колебаний (RU 2088045 C1, 6, H04R 17/00, 20.08.1997).

Технический недостаток известного ЭПДИМ: демпфер из эластичного материала, механически воздействуя на излучающую мембрану, чрезмерно уменьшает амплитуду ее колебаний на высоких звуковых частотах, что сужает спектр излучаемых акустических колебаний, исключающий возможность прослушивания высококачественных музыкальных композиций; демпфер не подавляет полностью паразитные резонансные колебания в излучающей мембране, приводящие к нелинейным искажениям; демпфер, имеющий непосредственный контакт со всей поверхностью излучающей мембраны и подверженный изменению его физических параметров вследствие неизбежного старения под действием знакопеременных деформаций, ухудшает со временем технические характеристики, в т.ч. коэффициент полезного действия (кпд), сокращает срок службы ЭПДИМ.

Техническая задача: выравнивание амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ во всем спектре звуковых частот и обеспечение спектра излучаемых акустических колебаний от 20 до 20000 Гц для возможности прослушивания высококачественных музыкальных композиций, полное подавление паразитных резонансных колебаний в излучающей мембране, уменьшение нелинейных искажений, повышение кпд и увеличение срока службы ЭПДИМ. Согласно изобретению, электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны содержит корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого закреплен пьезоблок включающий излучающую мембрану с упругим креплением по периферии и пьезоэлементы соединенные проводниками с генератором переменных электрических колебаний. Излучающая мембрана снабжена с одной или обеих сторон пьезоэлементами соединенных между собой проводниками последовательно или параллельно в зависимости от выбора амплитуды излучаемых акустических колебаний и требуемого импеданса.

На фиг. 1 показан ЭПДИМ, общий вид в осесимметричном вертикальном сечении по линии А-А (согласно фиг. 2). Он содержит корпус 1 с акустическими отверстиями 2, пьезоблок 3 включающий излучающую мембрану 4 с упругим креплением по периферии 5, электрические колебания переменной частоты подводятся к пьезоблоку 3 проводниками 6 от генератора переменных электрических колебании 7, излучающая мембрана 4 пьезоблока 3 снабжена несколькими пьезоэлементами 8 (они могут быть установлены и на др. стороне), соединенными между собой последовательно или параллельно.

На фиг. 2 (вид снизу на излучающую мембрану 4) показано расположение четырех (может быть иное расположение и др. количество) пьезоэлементов 8 на излучающей мембране 4.

На фиг. 3 представлен график амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ, изображенного на фигурах 1 и 2.

В исходном состоянии, фиг. 1, на пьезоэлементы 8 электрические колебания не подаются по проводникам 6 от генератора переменных электрических колебаний 7, и ЭПДИМ не излучает акустические колебания.

ЭПДИМ работает следующим образом.

От генератора переменных электрических колебаний 7 электрические колебания с частотой от 10 Гц до 30 кГц поступают по проводникам 6 к пьезоэлементам 8, которые возбуждают в излучающей мембране 4 механические колебания, длина волн которых соизмерима с частотой подводимых электрических колебаний.

На низких частотах длины волн механических колебаний от пьезоэлементов 8 максимальные, и при взаимодействии в излучающей мембране 4 синфазно складываются, увеличивая амплитуду колебаний излучающей мембраны 4, что приводит к увеличению амплитуды акустических колебаний на низких звуковых частотах от 20 до 1000 Гц. Это видно на графике амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) - фиг. 3.

На средних частотах длины волн механических колебаний, возбуждаемых пьезоэлементами 8 в излучающей мембране 4, взаимодействуют между собой со сдвигом по фазе, что корректирует результирующую амплитуду колебаний и способствует выравниванию АЧХ на частотах от 2 до 10 кГц - фиг. 3.

На верхних частотах механические колебания, возбуждаемые пьезоэлементами 8 в излучающей мембране 4, взаимодействуют, в основном, в противофазе, что препятствует возникновению паразитных резонансов в излучающей мембране 4 и уменьшает нелинейные искажения.

В описанных режимах «фазового демпфирования» (назовем так эти режимы) излучающая мембрана 4 возбуждает акустические колебания в широком спектре частот от 20 Гц до 20 кГц с хорошей АЧХ - фиг. 3.

Таким образом, благодаря тому, что в ЭПДИМ излучающая мембрана 4 снабжена с одной или обеих сторон несколькими пьезоэлементами 8, соединенными между собой последовательно или параллельно, что в совокупности обеспечивает фазовое демпфирование амплитуды механических колебаний в излучающей мембране 4, достигнуто выравнивание амплитудно-частотной характеристики ЭПДИМ во всем спектре звуковых частот; получен спектр излучаемых акустических колебаний от 20 до 20000 Гц (и выше - фиг. 3), что сделало возможным прослушивание высококачественных музыкальных композиций; полностью подавлены паразитные резонансные колебания в излучающей мембране 4 и, следовательно, уменьшены нелинейные искажения; повышен кпд и увеличен срок службы ЭПДИМ. В ходе экспериментов получен спектр излучаемых колебаний от 20 Гц до 30 кГц с хорошей равномерностью АЧХ, что позволяет использовать изобретение и на ультразвуковых частотах.

Изобретение относится к акустике, в частности к электроакустическим преобразователям. Электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны содержит корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого по периферии закреплена излучающая мембрана с пьезоэлементами, соединенными проводниками с генератором электрических колебаний. Взаимное расположение нескольких пьезоэлементов с одной или обеих сторон на излучающей мембране, закрепленной по периферии на упругом креплении, произведено таким образом, чтобы механические колебания взаимодействововали между собой. При этом на низких частотах преобразователь выполнен с возможностью синфазного сложения длин волн и с возможностью максимального увеличивая амплитуды колебаний в излучающей мембране, на средних частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой со сдвигом по фазе и с возможностью выравнивания амплитудно-частотной характеристики за счет эффекта фазового демпфирования механических колебаний в мембране, на высоких частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой в противофазе с возможностью препятствования возникновению паразитных резонансных колебаний, а также возможностью уменьшения нелинейных искажений. Технический результат – повышение качества звучания. 3 ил.

Электроакустический преобразователь с демпфированием излучающей мембраны, содержащий корпус с отверстиями для выхода акустических колебаний, внутри которого по периферии закреплена излучающая мембрана с пьезоэлементами, соединенными проводниками с генератором электрических колебаний, отличающийся тем, что взаимное расположение нескольких пьезоэлементов с одной или обеих сторон на излучающей мембране, закрепленной по периферии на упругом креплении, произведено таким образом, чтобы механические колебания возбуждаемых ими длин волн в излучающей мембране в широком спектре частот взаимодействововали между собой, при этом на низких частотах преобразователь выполнен с возможностью синфазного сложения длин волн и с возможностью максимального увеличивая амплитуды колебаний в излучающей мембране, на средних частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой со сдвигом по фазе и с возможностью выравнивания амплитудно-частотной характеристики за счет эффекта фазового демпфирования механических колебаний в мембране, на высоких частотах преобразователь выполнен с возможностью взаимодействия длин волн между собой в противофазе с возможностью препятствования возникновению паразитных резонансных колебаний, а также возможностью уменьшения нелинейных искажений.