Электродинамический ларингофон
Электродинамический ларингофон, в корпусе которого установлены две идентичные магнитные системы, намагниченные встречно друг другу. Одна система установлена жестко на корпусе, а вторая - на массивном инертном теле, упруго подвешенная внутри корпуса против первой магнитной системы. На каждой магнитной системе друг против друга жестко установлены разделительные прокладки, на которых жестко установлены две плоскоспиральные катушки, выполненные с обеих сторон немагнитных подложек. Между упомянутыми плоскоспиральными катушками образован плоский воздушный зазор, в котором действует плоское радиальнонаправленное магнитное поле. При колебании магнитных систем друг относительно друга индукция магнитного поля в упомянутом зазоре увеличивается - уменьшается с частотой колебаний магнитных систем друг относительно друга и с пропорциональной амплитуде этих колебаний амплитудой. При этом, в плоскоспиральных катушках индуцируется ЭДС с частотой и амплитудой, обусловленной колебаниями магнитных систем относительно друг друга.
Заявляемая полезная модель относится к электроакустическим преобразователям, в частности (кл. МПК: H 04 R), а именно, к контактным микрофонам (МПК: H 04 R 1/46), в частности, к электродинамическим контактным микрофонам (МПК: H 04 R 9/08,9/12), в том числе - к ларингофонам
Известно несколько аналогов заявляемой полезной модели. Известен угольный ларингофон разработки предприятия «Волна» (г.Москва) - «ЛА-5». В этом ларингофоне легкий прочный корпус достаточно сильно прижимается к тканям гортани оператора ошейным эргономическим ремешком. Этот корпус совершает колебания, совпадающие по частоте и по амплитуде с колебаниями тканей гортани. На этом корпусе установлен подвижный электрод. Массивное инертное тело на гибком упругом подвесе установлено на упомянутом корпусе с возможностью колебаний относительно этого корпуса. В упомянутом массивном теле установлена угольная камера с контрэлектродом без возможности перемещения относительно массивного инертного тела. Упомянутый легкий электрод входит в угольную камеру, которая заполнена угольным порошком. Во время разговора корпус вместе с легким электродом колеблется в соответствии с колебаниями тканей гортани, тогда как массивное инертное тело остается благодаря своей инертности неподвижным, и легкий электрод перемещается внутри угольной камеры «внутрь - к наружи» и плотность угольного порошка изменяется в колебательном режиме. В результате: изменяется резистивное (электрическое) сопротивление заключенного в камере угольного порошка то в сторону увеличения, то в сторону уменьшения. Протекающий через угольный порошок постоянный электрический ток соответственно
то уменьшается, то увеличивается. Эта переменная составляющая электрического тока отделяется электрической цепью аппаратуры, усиливается и передается в микрофонный канал связной аппаратуры.
Недостатками угольных (резистивных) ларингофонов является: высокий уровень собственных шумов, создаваемый из-за движения зерен угольного порошка относительно друг друга и относительно электродов (легкого электрода и электрода угольной камеры), некоторого искрения между зернами угольного порошка, а также между зернами и упомянутого электрода.
Вторым недостатком угольного ларингофона является относительно низкая слоговая разборчивость, обусловленная, с одной стороны упомянутыми шумами, а с другой стороны достаточной жесткостью подвески массивного инертного типа в корпусе.
Наконец, третьим существенным недостатком является недостаточная надежность ларингофона из-за деструктуризации зерен угольного порошка из-за постоянного воздействия на угольный порошок акустических вибраций, механических нагрузок при эволюциях ларингофона, повторяющих эволюции оператора, с которым ларингофон контактирует, а также из-за электрического нагрева и искрения в точках соприкосновения между собой зерен угольного порошка и в точках их соприкосновения с упомянутыми электродами.
Другим аналогом заявляемой полезной модели является ларингофон разработки предприятия «Волна» модели ЛЭМ-3.
В этом ларингофоне легкий прочный корпус достаточно сильно прижимается к тканям гортани оператора эргономичным ошейным ремешком и совершает акустические колебания с частотой и амплитудой колебаний тканей гортани оператора. Внутри корпуса жестко установлен якорь из магнитомягкого материала, совершающий
колебания вместе с корпусом ларингофона. Внутри корпуса на упругой прочной подвеске установлено массивное инертное тело, которое остается благодаря своей инертности в основном неподвижным (относительно тканей гортани оператора), т.е. колеблется относительно корпуса с установленным на нем якорем. Массивное инертное тело включает в себя жестко установленную на нем магнитную цепь, содержащую кольцевой постоянный магнит, жестко установленный на полюсном наконечнике с центральным керном. В зазоре между кольцевым постоянным магнитом и керном полюсного наконечника жестко установлена катушка, охватывающая упомянутый керн. При работе оператора корпус ларингофона вместе с якорем колеблется с частотой и амплитудой колебания тканей гортани, тогда как массивное инертное тело с магнитной цепью и катушкой остается неподвижной. В результате, зазор между якорем и магнитной цепью изменяется с частотой и амплитудой колебаний корпуса ларингофона. Соответственно изменяется магнитный поток через керн полюсного наконечника и катушек возникает ЭДС индукции с частотой акустических колебаний тканей гортани и с амплитудой, пропорциональной амплитуде упомянутых акустических колебаний. Недостатком и этого аналога являются: а) большой коэффициент нелинейных искажений из-за нелинейности магнитных характеристик элементов магнитной цепи и воздушного зазора между якорем и магнитной цепью массивного инертного тела. б) Недостаточная надежность ларингофона из-за возможности залипания якоря на магнитной цепи при больших акустических амплитудах и больших эволюциях оператора и его транспортного средства.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является «Шумостойкий электродинамический микрофон» (Заявка №2006120186 от 08.06.2006 г.; заявитель: ОАО «ОКБ «Октава»).
В этом микрофоне имеется корпус, внутри которого установлен капсюль, содержащий акустически чувствительную мембрану, на обе стороны которой установлены плоскоспиральные катушки, электрически соединенные друг с другом; две идентично встречно намагниченные магнитные системы, каждая из которых состоит из постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью, расположенного на периферии упомянутой магнитной системы, и центрального цилиндрического постоянного магнита с осевой намагниченностью, намагниченного в сторону, противоположную относительно упомянутого кольцевого магнита; магнитопроводящую плату из магнитомягкого мягкого материала, на которой установлены упомянутые кольцевой периферийный и центральный цилиндрический постоянные магниты; и содержащий в своей средней зоне между кольцевым и цилиндрическим постоянными магнитами несколько осевых сквозных отверстий; между упомянутыми идентичными магнитными системами расположена плоская полость, в которой в плоскости симметрии установлена упомянутая акустически чувствительная мембрана с установленными на ней плоскоспиральными катушками, выполненные с обеих ее сторон методом печатного монтажа.
Недостатком этого прототипа является его недостаточная шумостойкость, поскольку он восприимчив к акустическим воздушным шумам, что особенно сказывается в сильно зашумленных объектах: кабинах вертолетов, кабинах бронетехники, особенно на гусеничном ходу, а также на поле боя.
Целью создания заявляемой полезной модели является устранение недостатков прототипа, т.е. обеспечение высокой шумостойкости, а также устранение собственных шумов, уменьшение коэффициента нелинейных искажений и обеспечение таким образом более высокой слоговой разборчивости.
Поставленная цель достигается тем, что в электродинамическом ларингофоне, содержащем корпус, в котором установлены две идентичных магнитных цепи, каждая из которых содержит периферийный кольцевой постоянный магнит и центральный керновой цилиндрический постоянный магнит, установленные на магнитопроводящей (магнитомягкой) плате с концентрическим воздушным кольцевым зазором между упомянутыми магнитами. Кольцевой и цилиндрический постоянные магниты намагничены в противоположных направлениях. Обе идентичные магнитные системы намагничены встречно друг относительно друга. Одна. Одна магнитная система жестко установлена на корпусе ларингофона, а другая, идентичная, магнитная система жестко установлена на массивном инертном теле, подвешенном внутри корпуса, на упругой подвеске, а именно на упругой мембране с периферийными синусоидальными кольцевыми гофрами, при этом упомянутые магнитные системы расположены параллельно друг другу и образуют между собой плоский воздушный зазор, в котором размещены две плоскоспиральные электрические катушки, выполненные методом печатного монтажа на обеих сторонах двух тонкопленочных подложек и жестко установленные на разделительных прокладках в области между кольцевым и цилиндрическим постоянными магнитами, жестко установленных в свою очередь на упомянутых магнитных системах так, что между упомянутыми плоскоспиральными катушками находится воздушный зазор. Этот зазор позволяет свободно колебаться магнитной системе, с плоскоспиральной катушкой, установленными на массивном инертном теле, относительно идентичной магнитной цепи с расположенной на ней плоскоспиральной катушкой, при воздействии на ларингофон акустических колебаний со стороны тканей гортани оператора.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются: жесткая установка одной идентичной магнитной цепи на корпусе ларингофона, а другой идентичной магнитной цепи - на массивном инертном теле, упруго подвешенном внутри корпуса на упругой мембране с синусоидальными кольцевыми гофрами; жесткая установка разделительных прокладок на упомянутых идентичных магнитных системах, жесткая установка плоскоспиральных двухсторонних катушек, выполненных на тонкопленочных подложках, на упомянутых прокладках, установленных на идентичных магнитных системах.
При этом достигаются следующие технические факты: а) низкий уровень собственных шумов; б) низкий уровень нелинейных искажений; в) более высокая, чем у аналогов слоговая разборчивость; г) более высокая надежность из-за отсутствия залипания (электромагнитные ларингофоны) и деструктуризации угольного порошка (угольные ларингофоны).
Другие технические эффекты не исследовались.
Перечень фигур поясняющих чертежей:
- Электродинамический ларингофон. Осевое сечение.
Заявляемый электродинамический ларингофон состоит из корпуса 1, в котором поверхность 2, примыкающая к тканям 3 гортани оператора, покрыта материалом 4, не вызывающим раздражения кожи оператора и неприятных ощущений, например, натуральной кожей.
Внутри корпуса установлены две идентичных, встречно намагниченных магнитных системы 5 и 6. Магнитная система 5 состоит из магнитопроводящей (магнитомягкой) платы 7, на которой установлены периферийный кольцевой постоянный магнит 8 и центральный керновой цилиндрический магнит 9, намагниченных в противоположных направлениях. Кольцевая полость 10 между магнитами 8 и 9
заполнена твердым материалом. Магниты 8 и 9 и материал пространства 10 выполнены из магнитопласта: зоны магнитов 8 и 9 намагничены указанным образом, а зона материала 10 не намагничена.
На торцевых поверхностях магнитов 8 и 9 и материала 10 жестко установлена разделительная прокладка 11, на которой жестко установлена подложка 12, на которую методом печатного монтажа на обе ее поверхности нанесена плоскоспиральная катушка 13.
Магнитная система 5, жестко установлена на поверхности 2 внутри корпуса 1.
Идентичная магнитная система 6 также, состоит из магнитомягкой (магнитопроводящей) платы 14, на которой жестко установлены кольцевой постоянный магнит 15 и цилиндрический керновой постоянный магнит 16, намагниченный в направлении, противоположном направлению намагничивания кольцевого магнита 15. Кольцевое пространство 17 заполнено твердым материалом. Магниты 15 и 16 и материал пространства 17 выполнены из магнитопласта. Зоны магнитов 15 и 16 намагничены указанным образом, а зона материала 17 - не намагничена.
На торцевых поверхностях магнитов 15 и 16 и твердого материала 17 жестко установлена разделительная прокладка 18, на которой жестко установлена подложка 19, на которую методом печатного монтажа на обе ее поверхности установлена плоскоспиральная катушка 20.
Магнитная система 6 жестко установлена на массивной инертной плате 21, выполненной из материала большой плотности (например, из латуни, свинца и т.п.).
Вместе с магнитной системой 6 плата 21 образует массивное инертное тело, которое подвешено внутри корпуса 2 на упругой подвеске 22, выполненной из прочного упругого материала, например, фосфористой бронзы. Подвеска выполнена
в виде мембраны с гофрированным периферическим краем 23. Подвеска своим краем (не показан) жестко установлена на корпусе 1.
Между магнитными системами 5 и 6, а именно между плоскоспиральными катушками 13 и 20 расположен воздушный зазор 24, в котором действует радиально направленное от периферии к центральному магниту магнитное поле (не показано). Электрические выводы плоскоспиральный катушек 13 и 20 (не показаны) подключены к тракту передачи аппаратуры связи (не показана).
Работает заявляемый электродинамический ларингофон следующим образом. Покрытая материалом 4 поверхность 2 корпуса 1 плотно прижимается к ткани 3 гортани оператора. Акустические колебания тканей гортани передаются корпусу 1 ларингофона и этот корпус колеблется с частотой этих колебаний и с амплитудой, пропорциональной амплитуде упомянутых тканей 3. Вместе с корпусом колеблется магнитная система 5, т.е. с той же частотой и соответствующей амплитудой. Соответственно, колеблется плоскоспиральная катушка 13, жестко установленная на магнитной системе 5 вместе с разделительной прокладкой 11 и подложкой 12.
Магнитная же система 6 упруго подвешенная на подвеске 23 вместе с плоскоспиральной катушкой 20, жестко установленной с помощью подложки 19 на разделительной прокладке 18, в свою очередь жестко установленной на упомянутой магнитной системе 6, в силу массивности (инертности) этой системы остается неподвижной относительно корпуса оператора (не показан) и, таким образом, то приближается, то отдаляется от магнитной системы 5. При этом плоский воздушный зазор 24 между магнитными системами 5 и 6 то сужается, то расширяется в соответствии с частотой и амплитудой колебания тканей 3 гортани и корпуса 1 ларингофона.
Магнитной поле, созданное магнитными системами 5 и 6 в упомянутом воздушном зазоре 24, в зонах над немагнитным твердым материалом 10 и 17 имеет плоскую форму, а его силовые линии направлены по радиусу от северных полюсов кольцевых магнитов 8 и 15 к южным полюсам магнитов 9 и 16. При сужении - расширении воздушного зазора 2 магнитная индукция в этом зазоре то увеличивается то уменьшается с частотой колебания тканей 3 гортани и с амплитудой, пропорциональной амплитуде колебаний упомянутой ткани 3. Разделительные прокладки 11 и 18 устанавливают плоскоспиральные катушки 13 и 20 в той зоне плоского радиально направленного магнитного поля, где колебания индукции магнитного поля являются максимальными по амплитуде, что позволяет получить в катушках максимальную ЭДС индукции, т.е. максимальную чувствительность ларингофона. Массивная инертная немагнитная плата 21 существенно увеличивает массивность (инертность) инертного тела (состоящего из этой платы 21, магнитной системы 6 с установленными на ней разделительной прокладкой 18 и плоскоспиральной катушкой 20 на подложке 19) и тем самым еще более увеличивает амплитуду колебаний зазора 24, а вместе с этим - амплитуду колебаний индукции магнитного поля в этом зазоре, т.е. чувствительность ларингофона.
Такое решение технической задачи «электродинамический ларингофон» позволяет уменьшить уровень собственных шумов ларингофона, его коэффициент нелинейных искажений, повысить надежность и слоговую разборчивость ларингофона.
Опытный образец заявляемой полезной модели был разработан и испытан заявителем - ОАО «ОКБ «Октава», что подтвердили создаваемые технические эффекты, указанные выше. Другие технические эффекты не исследовались.
1. Электродинамический ларингофон, содержащий корпус, дне идентичные магнитные системы, каждая из которых содержит магнитомягкую (магнитопроводящую) плату, на которой установлены кольцевой постоянный магнит и центральный (керновой) постоянный магнит, разделенные кольцевым концентричным немагнитным зазором и намагниченные в противоположных друг к другу направлениях; массивное инертное тело, упруго подвешенное внутри корпуса на упругой подвеске; первая упомянутая магнитная система жестко установлена на упомянутом корпусе, а вторая - жестко установлена на упомянутом массивном инертном теле; обе системы намагничены встречно друг другу, отличающийся тем, что на упомянутых магнитных системах жестко установлены друг против друга две немагнитные разделительные прокладки, на которых жестко установлены две плоскоспиральные катушки на немагнитных подложках, между которыми образован плоский воздушный зазор.
2. Электродинамический ларингофон по п.1, отличающийся тем, что упомянутые плоскоспиральные катушки установлены на упомянутых немагнитных подложках с обеих сторон упомянутых подложек.
3. Электродинамический ларингофон по п.1, отличающийся тем, что упомянутые немагнитные подложки выполнены из стеклотекстолита.
4. Электродинамический ларингофон по п.1, отличающийся тем, что упругая подвеска массивного инертного тела выполнена в виде упругой немагнитной мембраны с периферическими синусоидальными упругими гофрами.
