Шумостойкий микрофон
Предложен шумостойкий малогабаритный динамический микрофон, содержащий капсюль, с магнитной цепью, создающей кольцевой воздушный зазор, в котором размещена подвижная катушка без возможности касания стенок этого зазора и установленная на диафрагме подвижной системы по границе ее гибкой гофрированной части и центральной жесткой куполообразной части. Акустические волны воздействуют на фронтальную поверхность диафрагмы, проходя через фронтальные входные отверстия во фронтальной крышке корпуса. На тыльную центральную часть диафрагмы акустические волны воздействуют через автономный тыльный акустический вход, образованный частью отверстий в тыльной крышке корпуса, центральным каналом разделительного кольца, установленного между упомянутой тыльной крышкой и дном стакана магнитопровода, каналом в керновом постоянном магните и каналом в центральном полюсном наконечнике. Тыльный вход к тыльной поверхности подгофренной части диафрагмы образован входными отверстиями в боковой цилиндрической части корпуса, полостью между стаканом магнитопровода и корпусом и его осевыми отверстиями в монтажном установочном кольце. электродинамический катушечный телефонный капсюль, содержащий корпус с водонепроницаемой отбортовкой на вертикальной цилиндрической стенке, внутри которого установлена магнитная цепь, состоящая из магнитопровода цилиндрической формы, постоянного кернового магнита и концентрично расположенных центрального и периферийного полюсных наконечников, разделенных немагнитным перфорированным кольцом, образующим между полюсными наконечниками кольцевой воздушный зазор с радиально направленным постоянным магнитным полем. По периферийному краю закреплена звукочувствительная диафрагма с установленной
в ее центре звуковой катушкой, размещенной в упомянутом кольцевом воздушном зазоре. На внешний периферийный край диафрагмы и на отбортовку боковой стенки корпуса установлено уплотнительное кольцо, например, из мягкой резины. Перфорированная крышка плотно, без зазоров, прижимает уплотнительное кольцо к внешнему краю диафрагмы и отбортовке корпуса, не пропуская воду и/или влагу к клеевому соединению звукочувствительной диафрагмы с внешним полюсным наконечником. Это позволяет избежать разрушения водой (влагой) клеевых соединений телефонного капсюля.
Заявляемая полезная модель относится к технике электроакустических преобразователей (Кл. H 04 R), а именно к направленным электродинамическим микрофонам (H04R 9/08), в частности, к шумостойким микрофонам градиента давления 1-го порядка (H 04 R 9/08, 1/20, 1/32, 1/34, 1/38), а именно, к микрофонам «близкой речи», т.е. более чувствительным к акустическим волнам сферической формы, нежели к акустическим волнам плоской формы, и с диаграммой направленности в форме «восьмерки» (улитка Паскаля).
Аналогом заявляемой полезной модели является микрофон «МДМ-4. Это малогабаритный динамический шумостойкий микрофон «близкой речи». Микрофон содержит полукорпус с фронтальной крышкой и цилиндрической боковой стенкой. Во фронтальной крышке выполнено несколько отверстий фронтального акустического входа. Микрофон содержит также тыльный полукорпус с тыльной крышкой и цилиндрической боковой стенкой. В тыльной крышке выполнено несколько отверстий тыльного акустического входа. Боковые стенки переднего и тыльного полукорпусов герметично соединены между собой, например, склеены, В отверстиях фронтального и тыльного акустических входов установлены акустические сопротивления, например, из ткани соответствующей плотности. Будучи соединены между собой, упомянутые полукорпуса образуют единый корпус микрофона с фронтальными и тыльными отверстиями фронтального и тыльного акустических входов.
Внутри корпуса установлен капсюль динамического шумостойкого направленного микрофона, который содержит кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, на переднем торце этого магнита установлен кольцевой
полюсный наконечник, а на заднем торце этого магнита установлен полюсный наконечник Т-образного сечения, у которого стойка от «Т» проходит через отверстие в кольцевом постоянном магните с существенным зазором между наружной поверхностью этой стойки и внутренней поверхностью кольцевого постоянного магнита. Наружная поверхность стойки и внутренняя поверхность переднего кольцевого полюсного наконечника образуют кольцевой воздушный зазор, в котором действует радиально направленное магнитное поле. Стойка «Т» выполнена полой (трубчатой) формы, на торцах полости стойки установлены акустические сопротивления. В плоской части «Т»-образного полюсного наконечника выполнен ряд отверстий, соединяющих полость между стойкой «Т» и магнитом и пространством позади капсюля. На переднем полюсном наконечнике, по его периферийному (наружному) краю жестко установлена (приклеена) подвижная система микрофона, которая содержит диафрагму с периферийным кольцевым установочным воротником, установленным на упомянутом капсюле, а также концентричное по отношению к воротнику гибкое гофрированное кольцо и жесткую куполообразную центральную часть. На границе гибкого гофрированного кольца и куполообразной центральной части диафрагмы установлена подвижная цилиндрическая токопроводящая катушка с толщиной цилиндрической ее стенки порядка 0,4 мм. Эта катушка установлена в кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи без возможности касания ею стенок кольцевого воздушного зазора. Капсюль заключен в скрепляющую обойму из немагнитного материала с отбортовкой наружу от капсюля. На этой отбортовке установлен, (например, приклеен) установочный воротник.
Капсюль установлен в корпус так, что герметично разделяет полость корпуса на фронтальную полость и тыльную полость.
Фронтальная полость расположена над звукочувствительной диафрагмой и звук от источника через упомянутые отверстия фронтального акустического входа и эту полость достигает фронтальной поверхности звукочувствительной диафрагмы. Тыльной поверхности диафрагмы звук достигает через отверстия тыльного входа в тыльной крышке, а также через трубку стойки «Т». Этот звук воздействует на тыльную поверхность жесткой куполообразной части диафрагмы со сдвигом по фазе относительно звука, воздействующего на фронтальную поверхность диафрагмы, что обеспечивает микрофону «восьмерочную» диаграмму направленности.
К тыльной поверхности гибкой гофрированной кольцевой части диафрагмы звук достигает через отверстия в тыльной крышке, тыльную полость корпуса, отверстия в плоской части «Т-образного полюсного наконечника, полость между стойкой «Т» и внутренней поверхностью кольцеобразного постоянного магнита, а также через кольцевой воздушный зазор магнитной цепи с расположенной в этом зазоре подвижной катушкой.
Недостатком этого аналога является то, что звук достигает тыльной стороны гибкой кольцевой гофрированной части сильно ослабленным относительно звука, достигающего тыльной стороны жесткой куполообразной части, так как звук к тыльной стороне гибкой гофрированной кольцевой части проходит через зазор между подвижной цилиндрической катушкой и внутренней поверхностью кольцевого переднего полюсного наконечника, который обладает очень большим акустическим сопротивлением, а площадь гибкого гофрированного кольца больше того же порядка, что и площадь жесткой куполообразной части. В результате, диаграмма направленности оказывается существенно ассимметричной: тыльный
лепесток восьмерки оказывается короче фронтального. Это существенно ухудшает шумостойкость микрофона, его осевую избирательность.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является микрофон МДМ-1. Этот микрофон содержит корпус с крышкой. В крышке выполнен ряд отверстий фронтального акустического входа, обеспечивающих акустическим волнам доступ к фронтальной поверхности звукочувствительной диафрагмы подвижной системы, установленной на находящемся внутри корпуса капсюле. Между крышкой корпуса и звукочувствительной диафрагмой расположена наддиафрагменная воздушная полость.
Корпус с крышкой имеет боковую цилиндрическую стенку, охватывающую капсюль таким образом, что установочное кольцо капсюля плотно примыкает к упомянутой боковой стенке корпуса и герметично отделяет наддиафрагменную полость от полости, расположенной под установочным кольцом и охватывающей тыльную часть капсюля. Капсюль имеет магнитопроводящий корпус, внутри которого установлен керновой цилиндрический постоянный магнит, на свободном торце которого установлен цилиндрический центральный внутренний полюсный наконечник, диаметр которого равен диаметру упомянутого постоянного магнита. На магнитопроводе, на его торце установлен внешний полюсный наконечник. Внутренний и внешний полюсный наконечники образуют кольцевой воздушный магнитный зазор, в котором действует радиально направленное магнитное поле. Внутренний и внешний полюсный наконечники разделены немагнитным (латунным) центрирующим кольцом, в котором выполнен ряд осевых сквозных отверстий, снабженных акустическими сопротивлениями. На внешнем полюсном наконечнике установлено монтажное установочное кольцо, к которому
жестко крепится, (например, приклеивается) установочный кольцевой воротник диафрагмы подвижной системы.
Диафрагма подвижной системы содержит гибкое гофрированное кольцо, концентрично расположенное относительно установочного кольцевого воротника, упомянутого выше. Кроме того, диафрагма содержит жесткую куполообразную часть, концентрично расположенную внутри гибкого гофрированного кольца. На границе гибкого гофрированного кольца и жесткой куполообразной части диафрагмы, установлена (например, приклеена) цилиндрическая электропроводящая катушка, расположенная внутри воздушного кольцевого магнитного зазора.
В монтажном установочном кольце выполнен ряд радиальнонаклонных прорезей-каналов, соединяющих полость, расположенную под установочным монтажным кольцом с полостью, расположенной между гибким гофрированным кольцом диафрагмы и внешним полюсным наконечником.
В цилиндрической стенке корпуса выполнен ряд радиальных отверстий, соединяющих внешнее пространство, в котором распространяются акустические волны источника, с полостью микрофона, расположенный под установочным монтажным кольцом.
Этот ряд отверстий, а также полость, расположенная под установочным монтажным кольцом, и ряд радиально-наклонных прорезей-каналов, обеспечивают акустическим волнам (звуку) проход к тыльной поверхности гибкого гофрированного кольца диафрагмы подвижной системы, т.е. тыльный вход микрофона, обеспечивающий за счет сдвига по фазе между фронтальным и тыльным звуковым давлением «восьмерочную» диафрагму направленности микрофона, т.е. шумостойкость микрофона.
Недостатком прототипа является то, что акустические волны воздействуют только на тыльную сторону гибкого гофрированного кольца диафрагмы и не воздействуют на ее жесткую куполообразную центральную часть, что приводит к ассиметрии диаграммы направленности, т.е. более короткому тыльному лепестку «восьмерки», и к уменьшению шумостойкости.
Целью создания заявляемой полезной модели является обеспечение равного воздействия акустических волн на тыльную поверхность кольцевой гибкой гофрированной части диафрагмы и центральной жесткой куполообразной части диафрагмы, обеспечение более высокой шумостойкости микрофона за счет большей симметричности диафрагмы направленности и большей осевой чувствительности этого микрофона.
Поставленная цель достигается тем, что в шумостойком микрофоне, содержащем: передний полукорпус с крышкой, в которой выполнены фронтальные входные акустические отверстия, а также боковую сплошную цилиндрическую стенку; тыльный полукорпус с тыльной крышкой, в которой выполнены тыльные входные акустические отверстия, а также боковую цилиндрическую стенку с большими отверстиями тыльного акустического входа; упомянутые передний и тыльный полукорпусы жестко соединены между собой в единый корпус торцами своих боковых стенок (в частности, методом склеивания); электродинамический капсюль, жестко установленный внутри корпуса и содержащий: магнитную цепь с магнитопроводом с донным центральным осевым отверстием тыльного входа, керновой цилиндрический постоянный магнит с осевой намагниченностью и с осевым центральным цилиндрическим каналом, установленный внутри магнитопровода, так что ось центрального отверстия тыльного входа магнитопровода совпадает с осью центрального цилиндрического канала тыльного акустического
входа; центральный кольцевой полюсный наконечник с центральным осевым каналом тыльного акустического входа, установленный так, что ось центрального осевого канала центрального полюсного наконечника совпадает с осью центрального осевого цилиндрического канала постоянного магнита: кольцевой воздушный магнитный зазор с радиальным магнитным полем внутри этого зазора; установочное монтажное немагнитное кольцо, жестко соединенное с боковой цилиндрической стенкой магнитопровода и плотно, без зазора, контактирующие с внутренней поверхностью боковой цилиндрической стенки переднего полукорпуса; подвижную систему, состоящую из звукочувствительной диафрагмы, имеющей установочный кольцевой воротник, установленный по внешнему торцевому краю установочного монтажного кольца; гибкую гофрированную кольцевую часть, концентрично расположенную относительно установочного воротника, и жесткую куполообразную центральную часть, концентрично расположенную относительно кольцевого установочного воротника; звуковую токопроводящую цилиндрическую катушку, укрепленную на диафрагме по границе между гибким гофрированным кольцом и жесткой куполообразной центральной частью и размещенной в кольцевом магнитном зазоре по его средней линии; поддиафрагменную полость, разделенную катушкой на подкупольную центральную и подгофренную периферийные части; в установочном монтажном кольце выполнены несколько осевых сквозных отверстий, соединяющих подгофренную часть поддиафрагменной полости с полостью, образованной тыльным полукорпусом и магнитопроводом капсюля; отличающегося тем, что в тыльном полукорпусе между тыльной его крышкой и дном магнитопровода установлено разделительно-уплотнительное кольцо, осевой канал которого соосно совпадает с осевым каналом, образованным осевым отверстием в дне магнитопровода, осевым каналом постоянного магнита
и осевым каналом центрального полюсного наконечника, а также с центральными отверстиями тыльного входа в крышке тыльного полукорпуса.
При этом отверстия тыльного акустического входа в полости корпуса, соединенную с подгофренной полостью между диафрагмой и капсюлем микрофона герметично отделены от центральных отверстий тыльного акустического входа в осевой канал - входа в тыльную подкупольную полость микрофона упомянутым разделительно-уплотнительным кольцом.
В заявляемой полезной модели акустические волны действуют на всю тыльную поверхность диафрагмы, а именно, на гибкую гофрированную кольцевую часть и на жесткую куполообразную центральную часть, обеспечивая максимальную симметричность «восьмерки» диаграммы направленности.
Перечень фигур чертежей, поясняющих сущность заявляемой полезной модели.
Фиг.1 - Малогабаритный динамический шумостойкий микрофон (осевое сечение).
Фиг.2 - Подвижная система микрофона.
Заявляемый в качестве полезной модели малогабаритный динамический шумостойкий микрофон состоит из переднего полукорпуса 1 с крышкой 2, в которой выполнены фронтальные входные акустические отверстия 3 и боковой сплошной цилиндрической стенки 4. На отверстиях 3, на внутренней поверхности крышки 2 установлены акустические сопротивления 5.
Передний полукорпус 1 жестко соединен с тыльным полукорпусом 6 по всему периметру боковой цилиндрической стенки 4 и всему периметру боковой цилиндрической стенки 7 тыльного полукорпуса 6 в единый корпус микрофона. Упомянутый тыльный полукорпус 6 содержит тыльную крышку 8 в основном
плоской формы, в которой выполнены тыльные входные акустические отверстия 9. На внутренней поверхности тыльной крышки 8, на ее отверстиях 9 установлены акустические сопротивления 10. В боковой цилиндрической стенке 7 выполнены по всему ее периметру отверстия 11 тыльного входа, на которых установлены акустические сопротивления 12. Внутри единого корпуса, состоящего из полукорпусов 1 и 6, установлен микрофонный капсюль 13, состоящий из магнитной цепи, содержащей магнитопровод 14, в котором выполнено донное осевое центральное отверстие 15 тыльного входа, на котором установлено акустическое сопротивление 16.
Внутри магнитопровода 14 установлен керновой цилиндрический постоянный магнит 17 с осевой намагниченностью и с осевым цилиндрическим центральным каналом 18. Оси донного осевого центрального отверстия 15 магнитопровода и осевого цилиндрического канала 18 совпадают. На переднем полюсе 19 постоянного магнита 17 установлен центральный кольцевой полюсный наконечник 20. Ось отверстия 21 упомянутого полюсного наконечника 20 совпадает с осью цилиндрического осевого канала 18, образуя вместе с донным осевым отверстием магнитопровода единый тыльный акустический вход. На передней поверхности кольцевого полюсного наконечника 20, его отверстиях 21 установлено акустическое сопротивление 22. Магнитопровод 14 с помощью установочного монтажного кольца 23 жестко установлен на переднем полукорпусе 1. В упомянутом кольце 23 выполнено несколько осевых отверстий 24, на которых установлены акустические сопротивления 25. На периферийной части установочного монтажного кольца 23 жестко закреплен (приклеен) установочный воротник 26 подвижной системы 27, концентрично которому расположено гибкое гофрированное кольцо 28, а в центре подвижной системы 27 расположена ее жесткая куполообразная
часть 29. Звуковая цилиндрическая катушка 30 жестко установлена (приклеена) к подвижной системе 27 по границе между гибкой гофрированной кольцевой частью 28 и жесткой куполообразной частью 29.
Звуковая катушка размещена в кольцевом воздушном зазоре 31 магнитной системы, магнитной системы, образованном центральным полюсным наконечником 20 и магнитопроводом 14. В этом зазоре действует радиально направленное магнитное поле. Осевые отверстия 24 соединяют полость 32, расположенную между магнитопроводом 14 и корпусом микрофона, с полость 33, расположенной под гибким гофрированным кольцом подвижной системы и установочным монтажным кольцом. Герметизирующее кольцо 34, жестко установленное между крышкой 8 и тыльного полукорпуса 6 и магнитопроводом 14 (его донной частью), отделяет упомянутую полость 32 от канала тыльного акустического входа в полость 35, расположенную под куполообразной частью 29 диафрагмы подвижной системы 27. Упомянутый канал образован отверстиями 9 в крышке 8, каналом кольца 34, донным отверстием 15 магнитопровода 14, каналом 18 в керновом постоянном магните 17, каналом 21 в центральном полюсном наконечнике 20. Между крышкой 2 переднего полукорпуса 1 и передней поверхностью диафрагмы подвижной системы 27 расположена наддиафрагменная полость 36.
Действует (работает) заявляемый шумостойкий микрофон следующим образом. Акустические волны от близко расположенного на акустической оси источника, имеющие сферическую форму через входные акустические отверстия в крышке 2 переднего полукорпуса 1 и через наддиафрагменную полость 36 воздействуют на фронтальную поверхность диафрагмы подвижной системы 27, а именно на фронтальную поверхность гибкой гофрированной кольцевой части и на фронтальную поверхность жесткой куполообразной центральной части. Акустические
волны источника, пройдя дополнительное расстояние между крышкой переднего полукорпуса и отверстиями 11 тыльного входа, выполненными в боковой цилиндрической стенке 7 тыльного полукорпуса 6, через эти отверстия 11, полость 32 расположенную между тыльным полукорпусом 6, передним полукорпусом 1, магнитопроводом 14, отверстия 24 с акустическими сопротивлениями 25 в монтажном установочном кольце 23 и полость 33 под гофрами гибкой гофрированной части 28 диафрагмы подвижной системы 27 воздействуют на тыльную поверхность гибкой гофрированной части 28 упомянутой диафрагмы. За счет разности фаз между акустическими волнами, воздействующими на фронтальную и тыльную поверхность диафрагмы на диафрагму воздействует сила акустического давления, амплитуда которой пропорциональна площади гибкого гофрированного кольца и разности фаз акустических волн, воздействующих на эту кольцевую часть.
Разность фаз зависит от разности хода, угла падения акустических волн на микрофон, т.е. от угла между главной акустической осью микрофона и направлением движения акустических волн от источника. Амплитуда максимальна, когда этот угол равен «0°», т.е. источник звука лежит на главной акустической оси микрофона. Амплитуда минимальна, когда упомянутый угол составляет 90° и вновь максимальна, когда угол достигает 180°. Разность хода оказывается большей, когда волны имеют сферическую, а не плоскую форму, т.е. при близком расположении источника звука к микрофону (микрофон «близкой речи»).
Акустические волны проходят в полость 32 так же через периферийные отверстия 9 с акустическими сопротивлениями 10, выполненных в тыльной крышке 8 полукорпуса 6. Через центральные отверстия 9 в центре тыльной крышки 8, через канал кольца 34, донное отверстие 15 в магнитопроводе 14, канал 18
постоянного магнита 17, канал 21 полюсного наконечника 20 акустические волны источник звука проходят через полость 35, расположенную под жесткой куполообразной частью диафрагмы, воздействуя на тыльную поверхность этой части диафрагмы. Это делает воздействие на диафрагму подвижной системы 27, на ее тыльную поверхность, наиболее полным. Поэтому задний лепесток диаграммы направленности становится одинаковым с передним лепестком, а вся диаграмма направленности становится гораздо более симметричной сравнительно с диаграммой направленности аналогов; в том числе, прототипа. Диаграмма в форме «восьмерки» становится еще более симметричной при восприятии микрофоном «близкой речи». При восприятии «близкой речи» увеличивается чувствительность микрофона, что увеличивает его шумостойкость: микрофон хуже воспринимает звук удаленных источников, т.е. плоские акустические волны.
Другие положительные эффекты, создаваемые заявляемой полезной моделью, не рассматривались и не исследовались.
1. Шумостойкий микрофон, содержащий передний полукорпус с фронтальной крышкой, в которой выполнены фронтальные входные акустические отверстия, и с боковой сплошной цилиндрической стенкой; тыльный полукорпус с тыльной крышкой, в которой выполнены центральные и периферийные акустические отверстия тыльного входа с боковой цилиндрической стенкой, в которой выполнены боковые отверстия тыльного акустического входа; электродинамический капсюль, отличающийся тем, что в тыльном полукорпусе между тыльной его крышкой и дном магнитопровода установлено разделительно-уплотнительное кольцо, осевой канал которого установлен соосно с осевыми каналами дна магнитопровода, кернового (центрального) магнита, центрального полюсного наконечника, а также центральными входными акустическими отверстиями в тыльной крышке.
2. Шумостойкий микрофон по п.1, отличающийся тем, что отверстия тыльного акустического входа в полость корпуса, соединенную с подгофренной полостью (между) диафрагмы между диафрагмой и магнитной цепью микрофона с установочно-монтажным кольцом отделены от центральных отверстий тыльного акустического входа в осевой канал этого входа упомянутым разделительно-уплотнительным кольцом.
3. Шумостойкий микрофон по п.1, отличающийся тем, что разделительно-уплотнительное кольцо выполнено из упруго-податливого (сжимаемого) материала, в частности из резины.
