Способ преобразования звуковых колебаний в электрические колебания Советский патент 1992 года по МПК H04R9/08 

ника в магнитном поле в нем возникает, ЭДС равная:

Э--АФ Э At

где ЛФ - приращение магнитного потока в единицу времени,

Поскольку /A f 1 где f - Частота колебаний;

очевидно, чем ерШё1 частота колебаний звуковой катушки, тем большая ЭДС наводится в ней . 1

Таким образом, известный способ более чувствителен для высоких звуковых частот и менее чувствителен для низких. Ё этом заключается его первый недостаток.

Далее, ЭДС наводимая в подвижной звуковой катушке поступает на усилительные устройства. Имеющиеся выводы катушки ограничивают свободу колебаний мембраны и вносят искажения в частотную характеристику микрофона. В этом заключается второй недостаток способа.

Целью изобретения является повышение чувствительности на низких частотах и устранение нелинейных искажений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе преобразования звуковых колебаний в электрические колебания, заключающемся в возбуждении механических колебаний мембраны под действием на нее звуковых колебаний, передаче механических колебаний мембраны звуковой катушке, преобразовании механических колебаний звуковой катушки в адекватный электрический сигнал, перед возбуждением механических колебаний мембраны под действием на нее звуковых колебаний, коаксиально звуковой катушке неподвижно устанавливают дополнительную катушку, а преобразование механических колебаний звуковой катушки в адекватный электрический сигнал производят при резонансе индуктивно связанных контуров звуковой и дополнительной катушек, возбуждая дополнительную катушку напряжением фиксированной резонансной частоты в диапазоне:

сор ± 0,5 Аш -.--fr- Lao Сзв

где Аи) - ширина резонансной кривой,

LSB. Сзв - индуктивность и собственная межвитковая емкость звуковой катушки соответственно,

и используя звуковую катушку в режиме холостого хода, а преобразованные в электрический сигнал колебания звуковой катушки снимают с дополнительной катушки,

выделяя из полученного электрического сигнала полезный сигнал как разность мгновенных значений тока покоя и модулированного тока.

Для качественной оценки предлагаемого способа рассмотрим процессы в двух индуктивно связанных контурах, в одном из которых, использует звуковую катушку в режиме Х.Х.

Ток первичного контура на частоте о равен:

Ui ,

О)

где Ui - напряжение первичного контура,

п и XLI активная и реактивная составляющие первичного контура. При частоте резонанса ft) ft)p выполняется непременное условие:

Mi

НР--ГГ

(2) (3)

Учитывая, что в (1) XLI намного больше П, следует, что при резонансе происходит резкое увеличение тока в первичном конту- ре (3), причем кратность возрастания определяется из (1) и (3) приближенно:

5

0

5

0

5

.$, где XLI п .

Значительные перепады токов в первичном контуре при колебаниях вторичного контура под воздействием звуковой волны и определяют высокую чувствительность предлагаемого способа, при котором вторичный контур использован в качестве звуковой катушки, а первичный (дополнительная катушка) для возбуждения и снятия звукового Сигнала.

Очевидно, что частотная характеристика звукового сигнала не зависит от частоты колебаний звуковой катушки, или, что равноценно, от скорости расстройки контура. Этим обеспечивается высокая чувствительность на низких Частотах.

Так как звуковая катушка работает в режиме Х.Х./r.e. не имеет электрической связи со схемой, то не вносятся искажения в характеристику звукового сигнала от выводов звуковой катушки.

Анализ известных технических решений показал, что заявляемый способ отличается тем, что преобразование механических колебаний в адекватные электрические ведут при резонансе двух индуктивно связанных контуров в диапазоне Wp ±0,5 А со 1/Сзв Сзв1 . Причем, один контур работает в режиме Х.Х. и звуковая катушка жестко связана с мембраной, а другой включает неподвижную дополнитель- ную катушку, коаксиально установленную относительно звуковой.

Осуществление предлагаемого способа поясняется с помощью устройства, представление/гона чертеже.

Устройство - резонансный микрофон состоит из капсулы 1, включающей корпус 2, крышку 3, мембрану 4 из неметаллического материала, к последней жестко закреплена звуковая катушка 5.

Выводы звуковой катушки не использу- ются, они разомкнуты и прижаты клеем к телу катушки.

На дне корпуса крепится маг(1йтнШ сердечник 6, на котором намотана допблнй- тельная катушка 7, выводы 8 которой распо- ложены на задней стенке капсулгы. Мембрана 4 зажимается между крышкой и корпусом через уплотнительные кольца 9. Генератор 10 с фиксированной частотой электрических Јо/щ0аний, равной

(0 1/СзВ7 С

(где ЦБ, Сзв - собственная индуктивность и собственная межвитковя емкость, соответственно, звуковой катушки) предназначен для возбуждения дополнительной катушки 7. С токового шунта 11 модулированный сигнал поступает на вход детектора 12. С выхода 13 снимается сигнал звуковой частоты.

Преобразование звуковых колебаний в электрические колебания согласно предлагаемого способа с помощью резонансного микрофона осуществляется следующим об- разом.

Звуковые волны, попадая на мембрану

4,вызывают вибрацию ее поверхности, с которой жестко связана звуковая катушка 5. При включенном генераторе 10 в звуковой катушке возникают резонансные явления и устанавливается рабочий режим - резонанс перенапряжений. При отсутствии звуковых волн ток в дополнительной катушке 7 не изменяется, поэтому напряжение на выходе 13 детектора 12 отсутствует.

Звуковые волны вызывают перемещения мембраны вместе со звуковой катушкой

5,вызывая изменения потокосцепления с сердечником 6. В результате изменяется индуктивность звуковой катушки и про- исходит расстройка контура. Как следствие, изменяется индуктивность дополнительной катушки 7, что приводит к изменению тока

этой катушки, см. (1) и (3) и к изменению напряжения на шунте 11.

Поскольку частота генератора 10 и его выходное напряжение остаются неизменными, звуковые колебания, перемещая звуковую крышку 5, осуществляют амплитудную модуляцию резонансного тока, потребляемого от генератора дополнительной катушкой 7.

Модулированное звуковыми колебаниями напряжение выделяется на токовом шунте 11, и поступает на вход детектора 12, где происходит детектирование и выделение электрического сигнала звуко вой частоты (выход 13).

Работа микрофона возможна на любой ветви и в любой точке резонансной кривой.

Итак, наряду с известными способами преобразования звуковых колебаний в электрические, на основе который разработаны такие конструкции микрофонов; динамические, ленточные,, конденсаторные, пьезоэлектрические, электромагнитные, угольные, транзисторные, стереофонические и т.д., предлагаемый способ позволяет разработать новую конструкцию микрофона - резонансного катушечного. Этот микрофон обеспечит следующие преимущества: линейность частотной характеристики на высших и низших частотах; идеальную конструкцию звуковой катушки, работающей в режиме холостого хода; а также низкое внутреннее сопротивление микрофона, обеспечивающее возможность работы на любую нагрузку.

Формула изобретения

Способ преобразования звуковых колебаний в электрические колебания, заключающийся в возбуждении механических колебаний мембраны под действием на нее звуковых колебаний, передаче механических колебаний мембраны звуковой катушке, преобразовании механических колебаний звуковой катушки в адекватный электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности на низких частотах и устранения нелинейных искажений, перед возбуждением механических колебаний мембраны под действием на нее звуковых колебаний, коаксиально звуковой катушке неподвижно устанавливают дополнительную катушку, а преобразование механических колебаний звуковой катушки в адекватный электрический сигнал производят при резонансе индуктивно связанных контуров звуковой и дополнительной катушек, возбуждая дополнительную катушку напряжением фиксированной резонансной частоты в диапазоне

о)р ±0,5 Aft)

и ис пол ьзуя зву ко вую катуш ку в режиме холостого хода, а преобразованные в электрический сигнал колебания звуковой катушки

где Act)-ширина резонансной кривой;снимают с дополнительной катушки, выдеLae и Сзв-индуктивность и собственная 5 ляя из полученногр электрического сигнала межвитковая емкость звуковой катушки со- полезный сигнал как разность мгновенных ответственно,значений тока покоя и модулированного тока

Использование: электротехника. Сущность изобретения: преобразование механических колебаний звуковой катушки, Изобретение относится к электротехнике, в частности, к способам преобразования звуковых колебаний в электрические колебания, осуществляемые с помощью индукционных методов.: Известен способ преобразования звуковых колебаний в электрические, заключающийся в том,- что сначала звуковые колебания преобразуют в механические, после чего механические - в частотные электрические сигналы. При воздействий акустического давления на мембрану, она приводится в движение. Поскольку мембрана является одной из обкладок конденсатора, то меняется емкость мембраны - конденсатора. Другой обкладкой конденсатора является плоская спираль печатной платы. Катушка-спираль и конденсатор подключены на вход автогенератора. Изменение емкости приводит к изменению частоты автогенератора. Таким образом, акустическое давление осуществляет .частотную мосвязанной с мембраной, в электрические осуществляют при рёзЪнансё двух индуктивно связанных контуров. Первичный контур возбуждают напряжением резонансной частоты в диапазоне: uJp- 0,5 А о 1 / .СС где ширина резонансной кривой, L и С индуктивность и собственная меж- вйтковая емкость йтЬ йчного контура. Вто- ричный контур --резонирующий, используют в режиме холостого хбда и он жестко связан с мембраной, а первичный - неподвижный. Полезный сигнал звуковой частоты выделяют в цепи первичного контура как разность Мгновенных значений тока Покоя и модулированного тока. 1 ил. ,, - - - Т дуляцию выходного сигнала автогенератора. Недостаток способа в том, что мала величина индуктивности неферромагнитной катушки уводит несущую частоту автогенератора в область сверхчастот (десятки, сотни МГц), что делает способ зависимым к изменению окружающего поля. Наиболее близким техническим решением является способ преобразования звуковых колебаний в электрические, используемый в динамическом (катушечном) микрофоне. Способ заключается в том, что звуковые колебания сначала преобразуют в механические колебания, после чего механические колебания преобразуют в адекватные электрические, причем преобразование механических колебаний в электрические осуществляют по закону электромагнитной индукции Ф а радея. При движении проводУ Ј VI о° 00 4 СО

д 7 4

о 13