RU215761U1 - ELECTROMAGNETIC SYSTEM OF ELECTRODYNAMIC LOUDSPEAKER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электроакустики, в частности, к конструкции электродинамических громкоговорителей, использующихся для преобразования электрической работы в механическую/акустическую, с пониженными характеристиками индуктивного сопротивления электрической части и магнитной системы. Технической задачей данной полезной модели является достижение более высоких, по сравнению с известными техническими решениями, показателей снижения индуктивно-реактивных свойств как самих звуковых катушек, так и всей магнитной системы электродинамического громкоговорителя в целом, не снижая, при этом, музыкальных возможностей громкоговорителя. Конструкция магнитной системы электродинамического громкоговорителя характеризуется тем, что она включает постоянный кольцевой магнит, магнитный изолятор, центральный керн с верхним фланцем и нижним фланцем, образующие два кольцевых магнитных зазора - верхний и нижний, в которых на одном каркасе находятся, соответственно, верхняя звуковая катушка и нижняя звуковая катушка, состоящие каждая из двух обмоток - обмотки высокого тока и обмотки низкого тока с таким подключением и конструкцией, что в обмотке высокого тока и в обмотке низкого тока отдельной звуковой катушки токи имеют встречное направление и разную величину, при этом обмотка высокого тока верхней звуковой катушки и обмотка высокого тока нижней звуковой катушки включены противофазно, при этом обмотка низкого тока верхней звуковой катушки и обмотка низкого тока нижней звуковой катушки включены тоже противофазно.

The utility model relates to the field of electroacoustics, in particular, to the design of electrodynamic loudspeakers used to convert electrical work into mechanical/acoustic, with reduced characteristics of the inductive resistance of the electrical part and the magnetic system. The technical objective of this utility model is to achieve higher, in comparison with known technical solutions, indicators of reducing the inductive-reactive properties of both the voice coils themselves and the entire magnetic system of the electrodynamic loudspeaker as a whole, without reducing the musical capabilities of the loudspeaker. The design of the magnetic system of an electrodynamic loudspeaker is characterized by the fact that it includes a permanent ring magnet, a magnetic insulator, a central core with an upper flange and a lower flange, forming two annular magnetic gaps - upper and lower, in which, respectively, the upper voice coil and the lower voice coil, each consisting of two windings - a high current winding and a low current winding with such a connection and design that in the high current winding and in the low current winding of a separate voice coil, the currents have the opposite direction and different magnitudes, while the high current winding of the upper the voice coil and the high current winding of the lower voice coil are connected in antiphase, while the low current winding of the upper voice coil and the low current winding of the lower voice coil are also switched in antiphase.

Description

Полезная модель относится к области электроакустики, в частности, к конструкции электродинамических громкоговорителей, использующихся для преобразования электрической работы в механическую/акустическую, с пониженными характеристиками индуктивного сопротивления электрической части и магнитной системы.The utility model relates to the field of electroacoustics, in particular, to the design of electrodynamic loudspeakers used to convert electrical work into mechanical/acoustic, with reduced characteristics of the inductive resistance of the electrical part and the magnetic system.

Известна конструкция электромагнитной системы электродинамического громкоговорителя с короткозамкнутым витком, неподвижно расположенным на центральном керне. На фиг. 4 показана конструкция электродинамического громкоговорителя с короткозамкнутым витком, неподвижно расположенным на центральном керне, где:Known for the design of the electromagnetic system of the electrodynamic loudspeaker with a short-circuited coil, fixedly located on the central core. In FIG. 4 shows the design of an electrodynamic loudspeaker with a short-circuited coil fixedly located on the central core, where:

1 - центральный керн;1 - central core;

2 - постоянный кольцевой магнит;2 - permanent ring magnet;

3 - фланец;3 - flange;

4 - каркас звуковой катушки;4 - voice coil frame;

5 - звуковая катушка;5 - voice coil;

6 - короткозамкнутый виток.6 - short-circuited coil.

Недостатками данной системы является эффект амортизатора, когда происходит торможение звуковой катушки магнитным полем короткозамкнутого витка, что сильно снижает ее подвижную отзывчивость и она перестает передавать короткие, динамичные и быстрые фрагменты насыщенного звукового спектра - то есть, несмотря на существенное снижение индуктивного сопротивления, так же снижается и детализация воспроизводимого звука за счет пропуска громкоговорителем некоторых составляющих спектра сигнала источника.The disadvantages of this system is the shock absorber effect, when the voice coil is braked by the magnetic field of a short-circuited coil, which greatly reduces its mobile responsiveness and it ceases to transmit short, dynamic and fast fragments of a saturated sound spectrum - that is, despite a significant decrease in inductive resistance, it also decreases and detailing the reproduced sound due to the passage by the loudspeaker of some components of the spectrum of the source signal.

Так же, существует решение в виде Активного Контроля Полного электрического сопротивления «AIC» (Active Impedance Control) от Ассоциации Аудио Инженеров (Audio Engineering Society), в которой короткозамкнутый виток был заменен неподвижной катушкой, установленной во фланце, напротив основной подвижной звуковой катушки, в том же кольцевом магнитном зазоре. Эта дополнительная неподвижная катушка включается в противофазе основной звуковой катушке и имеет свой собственный терминал {выводы) для управления системой AIC. На фиг. 5 показана конструкция электродинамического громкоговорителя с системой Активного Контроля Полного электрического сопротивления «AIC» (Active Impedance Control), где:Also, there is a solution in the form of Active Impedance Control "AIC" from the Audio Engineering Society, in which the short-circuited coil was replaced with a fixed coil mounted in a flange, opposite the main moving voice coil, in the same annular magnetic gap. This additional fixed coil is switched in anti-phase to the main voice coil and has its own terminal(s) for controlling the AIC system. In FIG. 5 shows the design of an electrodynamic loudspeaker with an Active Impedance Control system "AIC" (Active Impedance Control), where:

1 - центральный керн;1 - central core;

2 - постоянный кольцевой магнит;2 - permanent ring magnet;

3 - фланец;3 - flange;

4 - каркас звуковой катушки;4 - voice coil frame;

5 - звуковая катушка (черная сплошная штриховка);5 - voice coil (black solid shading);

6 - неподвижная катушка Активного Контроля Полного Сопротивления (без штриховки).6 - fixed coil of Active Impedance Control (without shading).

Данное решение относится к активным системам (что, собственно, уже ясно из самого названия), что существенно усложняет всю систему в целом, и предъявляет особые требования к качеству в контексте надежности. Недостатками данной системы является так же, как и в первом аналоге, наличие эффекта амортизатора - несмотря на то, что, в отличие от первого аналога, ток короткого замыкания регулируется, тем не менее, он все равно оказывает тормозящее действие на звуковую катушку со всеми вытекающими последствиями. Другим недостатком данной системы является необходимость использования дополнительного оборудования, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и ухудшает ее ремонтопригодность. В отличие от первого аналога, система AIC, так и не получила широкого распространения.This solution refers to active systems (which, in fact, is already clear from the name itself), which significantly complicates the entire system as a whole, and imposes special quality requirements in the context of reliability. The disadvantages of this system are the same as in the first analogue, the presence of a shock absorber effect - despite the fact that, unlike the first analogue, the short circuit current is regulated, however, it still has a braking effect on the voice coil with all the consequences consequences. Another disadvantage of this system is the need to use additional equipment, which complicates the design, reduces its reliability and impairs its maintainability. Unlike the first analogue, the AIC system has not been widely adopted.

Ближайшим аналогом заявляемой электромагнитной системы электродинамического громкоговорителя является электромагнитная система электродинамического громкоговорителя японского конструктора Есихиро Кобаяши с двумя магнитными зазорами и двумя звуковыми катушками «SPEAKER UNIT HAVING TWO VOICE COILS WOUND AROUND A COMMON COIL BOBBN» (№ документа US 4,783,824). На фиг. 6 показана конструкция электродинамического громкоговорителя Есихиро Кобаяши, с двумя магнитными зазорами и двумя звуковыми катушками. Данный громкоговоритель получил магнитную систему с двумя кольцевыми магнитными зазорами, в которых на одном каркасе располагаются по одной звуковой катушке, с одинаковой индуктивностью и включенные противофазно - то есть, одноименными полюсами навстречу друг другу. Противофазное включение звуковых катушек приближается по действию к первому аналогу с неподвижным короткозамкнутым витком на центральном керне - каждая звуковая катушка, друг для друга, повторяет своим мгновенным значением переменного магнитного поля, магнитное поле короткозамкнутого витка в первом аналоге. Однако, в отличие от первого аналога, где короткозамкнутый виток находится неподвижно на центральном керне (что приводит к эффекту амортизатора - торможению звуковой катушки), в конструкции Есихиро Кобаяши, обе катушки подвижны и совершают полезную акустическую работу, не вызывая торможения друг друга - то есть, не создавая друг для друга эффекта амортизатора. Так же, конструкция Есихиро Кобаяши, снижает модуляцию постоянного магнитного поля магнитной системы громкоговорителя переменным магнитным полем звуковой катушки, так как катушки имеют разную мгновенную полярность переменного магнитного поля и находятся в магнитных зазорах с разным направлением постоянного магнитного поля. Т.о., когда одна звуковая катушка осуществляет положительную модуляцию своим переменным магнитным полем постоянного магнитного поля магнитной системы громкоговорителя, то другая звуковая катушка, в то же мгновение, осуществляет отрицательную модуляцию своим переменным магнитным полем постоянного магнитного поля магнитной системы этого же громкоговорителя.The closest analogue of the claimed electromagnetic system of an electrodynamic loudspeaker is the electromagnetic system of an electrodynamic loudspeaker of the Japanese designer Yoshihiro Kobayashi with two magnetic gaps and two voice coils "SPEAKER UNIT HAVING TWO VOICE COILS WOUND AROUND A COMMON COIL BOBBN" (Document No. US 4,783,824). In FIG. 6 shows the construction of an electrodynamic loudspeaker by Yoshihiro Kobayashi, with two magnetic gaps and two voice coils. This loudspeaker received a magnetic system with two annular magnetic gaps, in which one voice coil is located on one frame, with the same inductance and turned on out of phase - that is, with the same poles towards each other. The anti-phase switching on of voice coils approaches in action the first analog with a fixed short-circuited coil on the central core - each voice coil, for each other, repeats with its instantaneous value of the alternating magnetic field, the magnetic field of the short-circuited coil in the first analog. However, unlike the first analogue, where the short-circuited loop is motionless on the central core (which leads to the effect of a shock absorber - braking of the voice coil), in the design of Yoshihiro Kobayashi, both coils are movable and perform useful acoustic work without causing braking of each other - that is without creating a shock absorber effect for each other. Also, the design of Yoshihiro Kobayashi reduces the modulation of the constant magnetic field of the loudspeaker magnetic system by the alternating magnetic field of the voice coil, since the coils have different instantaneous polarity of the alternating magnetic field and are in magnetic gaps with different directions of the constant magnetic field. Thus, when one voice coil positively modulates its alternating magnetic field of the constant magnetic field of the loudspeaker's magnetic system, the other voice coil, at the same instant, modulates negatively its alternating magnetic field of the constant magnetic field of the same loudspeaker's magnetic system.

Недостатком данного аналога является не полностью раскрытый потенциал показателя снижения индуктивно-реактивных свойств, как самих звуковых катушек, так и всей магнитной системы этого громкоговорителя в целом.The disadvantage of this analogue is not fully disclosed the potential of the reduction in the inductive-reactive properties of both the voice coils themselves and the entire magnetic system of this loudspeaker as a whole.

Т.о., технической задачей данной полезной модели является достижение более высоких, по сравнению с известными техническими решениями, показателей снижения индуктивно-реактивных свойств, как самих звуковых катушек, так и всей магнитной системы электродинамического громкоговорителя в целом, не снижая, при этом, музыкальных возможностей громкоговорителя.Thus, the technical objective of this utility model is to achieve higher, in comparison with known technical solutions, indicators of reducing the inductive-reactive properties of both the voice coils themselves and the entire magnetic system of the electrodynamic loudspeaker as a whole, without reducing, at the same time, the musical capabilities of the loudspeaker.

Решение поставленной технической задачи по заявляемой конструкции магнитной системы электродинамического громкоговорителя характеризуется тем, что она включает постоянный кольцевой магнит (Позиция 2), магнитный изолятор (Позиция 6), центральный керн (Позиция 1) с верхним фланцем (Позиция 3в) и нижним фланцем (Позиция 3н), образующие два кольцевых магнитных зазора - верхний и нижний, в которых на одном каркасе (Позиция 4) находятся, соответственно, верхняя звуковая катушка (Позиция 5в) и нижняя звуковая катушка (Позиция 5н), состоящие каждая из двух обмоток - обмотки высокого тока и обмотки низкого тока с таким подключением и конструкцией, что в обмотке высокого тока и в обмотке низкого тока отдельной звуковой катушки токи имеют встречное направление и разную величину, при этом обмотка высокого тока верхней звуковой катушки и обмотка высокого тока нижней звуковой катушки включены противофазно, при этом обмотка низкого тока верхней звуковой катушки и обмотка низкого тока нижней звуковой катушки включены тоже противофазно. Заявляемое техническое решение показано на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, где:The solution of the set technical problem according to the claimed design of the magnetic system of the electrodynamic loudspeaker is characterized by the fact that it includes a permanent ring magnet (Position 2), a magnetic insulator (Position 6), a central core (Position 1) with an upper flange (Position 3c) and a lower flange (Position 3n), forming two annular magnetic gaps - upper and lower, in which on the same frame (Position 4) there are, respectively, the upper voice coil (Position 5c) and the lower voice coil (Position 5n), each consisting of two windings - windings of high current and low current windings with such a connection and design that in the high current winding and in the low current winding of a separate voice coil, the currents have the opposite direction and different magnitudes, while the high current winding of the upper voice coil and the high current winding of the lower voice coil are connected in antiphase, at the same time, the low current winding of the upper voice coil and the low current winding of the lower voice coil the coils are also connected in antiphase. The claimed technical solution is shown in Fig. 1, Fig. 2 and FIG. 3, where:

1 - центральный керн;1 - central core;

2 - постоянный кольцевой магнит;2 - permanent ring magnet;

3н - нижний фланец;3n - bottom flange;

3в - верхний фланец;3c - upper flange;

4 - каркас звуковой катушки;4 - voice coil frame;

5н - нижняя звуковая катушка;5n - lower voice coil;

5в - верхняя звуковая катушка;5c - upper voice coil;

6 - магнитный изолятор;6 - magnetic insulator;

• - ток большей величины в витках звуковых катушек направлен к наблюдателю;• - the current of greater magnitude in the turns of the voice coils is directed towards the observer;

- ток меньшей величины в витках звуковых катушек направлен к наблюдателю;

- a current of smaller magnitude in the turns of the voice coils is directed towards the observer;

- ток большей величины в витках звуковых катушек направлен от наблюдателя;

- a larger current in the turns of the voice coils is directed away from the observer;

× - ток меньшей величины в витках звуковых катушек направлен от наблюдателя.× - the current of smaller magnitude in the turns of the voice coils is directed away from the observer.

Данное техническое решение было опробовано на двух широкополосных электродинамических громкоговорителях 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), которым были полностью заменены магнитные и электрические части. Полученным прототипам были присвоены названия «GEN2». Т.о. в прототипе GEN2, от оригинального заводского громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) остались только диффузор, центрирующая шайба и диффузородержатель.This technical solution was tested on two broadband electrodynamic loudspeakers 8 GDSH-1-4 (4 GD-35), which completely replaced the magnetic and electrical parts. The resulting prototypes were named "GEN2". That. in the GEN2 prototype, from the original factory loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35), only a diffuser, a centering washer and a diffuser holder remained.

Эффективность заявляемой конструкции прототипов подтверждается сравнительными измерениями Общих Гармонических Искажений (THD - Total Harmonic Distortion) с другими аналогичными громкоговорителями, для чего были взяты:The effectiveness of the claimed prototype design is confirmed by comparative measurements of Total Harmonic Distortion (THD - Total Harmonic Distortion) with other similar loudspeakers, for which the following were taken:

- оригинальный заводской громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35);- original factory loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35);

- громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с установленным короткозамкнутым витком;- loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) with an installed short-circuited coil;

- громкоговоритель 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по схеме Есихиро Кобаяши;- loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) with electrical and magnetic parts, redesigned according to the scheme of Yoshihiro Kobayashi;

- оригинальный заводской громкоговоритель премиального уровня Sonido SFR175-A-8 для подтверждения высокой эффективности заявляемой конструкции;- original manufacturer premium loudspeaker Sonido SFR175-A-8 to confirm the high efficiency of the proposed design;

- прототип GEN2 на базе громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по заявляемой схеме - оснащение каждой звуковой катушки двумя обмотками с большим током и с меньшим током, и обеспечение противофазной работы обмоток высокого тока верхней и нижней звуковых катушек с одновременным обеспечением противофазной работы обмоток низкого тока верхней и нижней звуковых катушек.- GEN2 prototype based on the loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) with electrical and magnetic parts redesigned according to the claimed scheme - equipping each voice coil with two windings with a high current and a lower current, and ensuring anti-phase operation of the high current windings upper and lower voice coils while simultaneously providing anti-phase operation of the low current windings of the upper and lower voice coils.

Внимание!!!Attention!!!

Графики предоставлены с инвертированными цветами рабочих полей (в т.ч. и с инверсией цвета кривых) - инверсия сделана для лучшей читаемости в печатном виде! Оригинальные легенды кривых программы, использованной для измерений, не соответствуют действительности! Расшифровка кривых произведена непосредственно в рабочих полях соответствующими надписями со стрелками!Graphs are provided with inverted colors of the working fields (including inverted curve colors) - the inversion is made for better readability in printed form! The original legends of the curves of the program used for measurements do not correspond to reality! The decoding of the curves is made directly in the working fields with the corresponding inscriptions with arrows!

На Фиг. 7 и Фиг. 8 показаны графики АЧХ (Амплитудной Частотной Характеристики) и Общих Гармонических Искажений (THD):On FIG. 7 and FIG. 8 shows the graphs of the frequency response (frequency response) and total harmonic distortion (THD):

- оригинального заводского громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35);- original factory loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35);

- громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с установленным короткозамкнутым витком;- loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) with a short-circuited coil installed;

- громкоговорителя 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с электрической и магнитной частями, переделанными по схеме Есихиро Кобаяши;- loudspeaker 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) with electrical and magnetic parts, converted according to the scheme of Yoshihiro Kobayashi;

- оригинального заводского громкоговорителя премиального уровня Sonido SFR 175-А-8;- original factory premium loudspeaker Sonido SFR 175-A-8;

- прототипа GEN2, выполненного по заявляемой схеме.- prototype GEN2, made according to the claimed scheme.

Результаты измерений очевидно показали, что прототип GEN2 имеет существенно меньше искажений, и в среднечастотной, и в высокочастотной областях, по сравнению, и с заводским 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), и с 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с короткозамкнутым витком, и с 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) переделанным по схеме Есихиро Кобаяши, и даже по сравнению с оригинальным заводским премиальным Sonido SFR-175А¹ (¹ Пики искажений в районе 1-2KHZ на всех сравниваемых образцах вызваны не работой электромагнитной системы громкоговорителей, а естественным процессом - переходом работы диффузора из поршневого режима в зонный режим, что подтверждается соответствующим провалом в АЧХ.). При этом мощность тестового сигнала (свип-тона) при измерении прототипа GEN2 была значительно большей (около 0 dB), чем мощность при измерении заводского 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35), 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) с короткозамкнутым витком (около -30 dB) и 8 ГДШ-1-4 (4 ГД-35) переделанным по схеме Есихиро Кобаяши, а также и немного большей, чем мощность при измерении Sonido SFR-175A. На данный момент сформулированы и технически подготовлены более совершенные технические решения в виде частично собранных прототипов GEN3 и GEN4, которые позволят приблизиться, без преувеличения, к пределу качества электродинамических громкоговорителей.The measurement results obviously showed that the GEN2 prototype has significantly less distortion, both in the mid-frequency and high-frequency regions, in comparison with the factory 8 GDSH-1-4 (4 GD-35), and with 8 GDSH-1-4 ( 4 GD-35) with a short-circuited coil, and with 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) redesigned according to the scheme of Yoshihiro Kobayashi, and even in comparison with the original factory premium Sonido SFR-175A ¹ ( ¹ Distortion peaks in the region of 1- 2KHZ on all compared samples are not caused by the operation of the electromagnetic system of the loudspeakers, but by a natural process - the transition of the diffuser from the piston mode to the zone mode, which is confirmed by the corresponding dip in the frequency response.). At the same time, the power of the test signal (sweep tone) when measuring the prototype GEN2 was significantly higher (about 0 dB) than the power when measuring the factory 8 GDSH-1-4 (4 GD-35), 8 GDSH-1-4 (4 GD -35) with a short-circuited coil (about -30 dB) and 8 GDSH-1-4 (4 GD-35) converted according to Yoshihiro Kobayashi's scheme, as well as slightly higher than the power measured by Sonido SFR-175A. At the moment, more advanced technical solutions have been formulated and technically prepared in the form of partially assembled prototypes of GEN3 and GEN4, which will make it possible to approach, without exaggeration, the quality limit of electrodynamic loudspeakers.

Claims (1)

Конструкция магнитной системы электродинамического громкоговорителя, характеризующаяся тем, что она включает постоянный кольцевой магнит, магнитный изолятор, центральный керн с верхним фланцем и нижним фланцем, образующие два кольцевых магнитных зазора - верхний и нижний, в которых на одном каркасе находятся, соответственно, верхняя звуковая катушка и нижняя звуковая катушка, состоящие каждая из двух обмоток - обмотки высокого тока и обмотки низкого тока с таким подключением и конструкцией, что в обмотке высокого тока и в обмотке низкого тока отдельной звуковой катушки токи имеют встречное направление и разную величину, при этом обмотка высокого тока верхней звуковой катушки и обмотка высокого тока нижней звуковой катушки включены противофазно, при этом обмотка низкого тока верхней звуковой катушки и обмотка низкого тока нижней звуковой катушки включены тоже противофазно.The design of the magnetic system of an electrodynamic loudspeaker, characterized in that it includes a permanent ring magnet, a magnetic insulator, a central core with an upper flange and a lower flange, forming two annular magnetic gaps - upper and lower, in which the upper voice coil is located on the same frame, respectively and the lower voice coil, each consisting of two windings - a high current winding and a low current winding with such a connection and design that in the high current winding and in the low current winding of a separate voice coil, the currents have the opposite direction and different magnitudes, while the high current winding the upper voice coil and the high current winding of the lower voice coil are connected in antiphase, while the low current winding of the upper voice coil and the low current winding of the lower voice coil are also switched in antiphase.

Images