электростатический акустический преобразователь

Формула изобретения

Электростатический акустический преобразователь, содержащий излучающий элемент из эластичного материала с нанесенными на его поверхность проводниками с выводами для подключения к источнику сигнала, отличающийся тем, что излучающий элемент выполнен многослойным, причем каждый слой имеет композитную структуру из эластичного материала с наполнителем в виде газовых пузырьков, а нанесенные на поверхность каждого слоя проводники поочередно подключены к разноименным полюсам источника сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроакустике, в частности к акустическим излучателям электростатического типа.

Известен изодинамический громкоговоритель ФЕБ [Патент №2043003 РФ, 6 H 04 R 9/06, заявл. 17.12.93, опубл. 27.08.2000, Бюл. 24], содержащий постоянные магниты, представляющие собой продольно намагниченные пластины, обращенные друг к другу своими плоскостями и одноименными полюсами, в них выполнены звуковые окна, а сами они образуют между собой сквозной рабочий зазор с высокой степенью однородности поля, в который помещена звуковая мембрана с нанесенными на нее электропроводными полосками, являющимися элементами звуковой катушки. Недостатки этого устройства - сложность конструкции магнитной системы, большая масса и высокая стоимость.

Известен электростатический громкоговоритель [Патент №2010459 РФ, 5 H 04 R 19/02, заявл. 06.05.92, опубл. 20.05.02, Бюл. №14], содержащий эластичную мембрану, расположенную в воздушном промежутке, образованном двумя неподвижными перфорированными электродами с изоляционным покрытием, которое частично заходит в перфорационные отверстия неподвижных электродов, причем по периметру перфорационных отверстий со стороны мембраны размещены кольцевые площадки, которые вместе с изоляционным покрытием выполнены многослойными из прокладочной стеклоткани. Недостатки устройства - сложность конструкции и низкая надежность из-за быстрого износа мембраны в местах ее крепления при генерации акустических колебаний.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является электродинамический громкоговоритель [Патент №2232487 РФ, 7 H 04 R 9/06, заявл. 17.12.2001, дата публикации формулы изобретения: 10.07.2004], выбранный в качестве прототипа. Это устройство содержит излучающий элемент в виде синтетической пленки с нанесенными на нее проводниками, которая натянута параллельно неподвижным перфорированным проводникам, включенным последовательно между собой и проводниками на синтетической пленке. Также громкоговоритель содержит вывод от проводников излучающего элемента и вывод от неподвижных перфорированных проводников для подключения к источнику электрических постоянных сигналов тока смещения и переменных сигналов тока возбуждения. В результате упрощается конструкция устройства, снижаются его масса и стоимость.

Недостаток устройства-прототипа - низкая надежность, обусловленная износом колеблющейся пленки излучающего элемента в местах ее крепления, а также снижением пробивного напряжения по причине постепенного растягивания пленки с уменьшением сопротивления воздушного промежутка между подвижными и неподвижными проводникам с возможным пробоем этого промежутка напряжением, прикладываемым к проводникам.

Технический результат, реализуемый в предлагаемом изобретении, - повышение надежности за счет исключения интенсивного износа излучающего элемента и повышения допустимого пробивного напряжения между проводниками.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что у известного электростатического акустического преобразователя, содержащего излучающий элемент из эластичного материала с нанесенными на его поверхность проводниками с выводами для подключения к источнику сигнала, по отношению к прототипу излучающий элемент выполнен многослойным, причем каждый слой имеет композитную структуру из эластичного материала с наполнителем в виде газовых пузырьков, а нанесенные на поверхность каждого слоя проводники поочередно подключены к разноименным полюсам источника сигнала.

Указанная совокупность существенных признаков, а именно: излучающий элемент выполнен многослойным, причем каждый слой имеет композитную структуру из эластичного материала с наполнителем в виде газовых пузырьков, а нанесенные на поверхность каждого слоя проводники поочередно подключены к разноименным полюсам источника сигнала, является новой и в полном объеме неиспользовавшейся, что позволяет считать предлагаемое устройство соответствующим критерию охраноспособности «новизна».

Кроме того, совокупность указанных признаков позволяет получить новый результат - повышение надежности за счет исключения интенсивного износа излучающего элемента по причине отсутствия жесткого каркаса крепления, а также увеличения допустимого пробивного напряжения между проводниками на поверхностях слоя за счет перехода к композитной структуре из эластичного материала с воздушными пузырьками, что позволяет считать данное устройство соответствующим критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

На чертеже приводится конструкция излучающего элемента, где приняты следующие обозначения: излучающий элемент 1, проводники 2, выводы 3 для подключения к источнику сигнала, слои 4 излучающего элемента.

Электростатический акустический преобразователь содержит излучающий элемент 1 из эластичного материала с нанесенными на его поверхность проводниками 2 с выводами 3 для подключения к источнику сигнала, причем излучающий элемент 1 выполнен многослойным, каждый слой 4 имеет композитную структуру из эластичного материала с наполнителем в виде газовых пузырьков, а нанесенные на поверхность каждого слоя 4 проводники 2 поочередно подключены к разноименным полюсам источника сигнала.

Работа электростатического акустического преобразователя происходит следующим образом. От источника сигнала через выводы 3 на проводники 2, расположенные на поверхностях слоев 4 излучающего элемента 1, подаются постоянное напряжение смещения и управляющее переменное напряжение. При этом величина постоянного напряжения должна быть больше амплитуды переменной составляющей для устранения возможных нелинейных искажений колебаний. Указанные электрические напряжения вызывают появление механических сил электростатического взаимодействия, приводящих в движение проводники 2. За счет постоянного напряжения проводники 2 стягиваются навстречу друг другу и сжимают слои 4 излучающего элемента 1, преодолевая упругое сопротивление пузырьков газа и эластичного материала. В результате излучающий элемент 1 переходит в сжатое состояние с выводом в рабочую точку, оставаясь в ней до тех пор, пока приложено постоянное напряжение. Таким образом, излучающий элемент 1 представляет собой эластичный параллелепипед с управляемым объемом. При подаче управляющего напряжения на проводники 2 возникающие механические силы становятся переменными, что вызывает сжимание-разжимание относительно рабочей точки излучателя 1 с изменением его объема. В результате осуществляется формирование акустического поля в окружающем пространстве. Суперпозиция сил электростатического взаимодействия и сил упругого противодействия пленочного эластичного материала и пузырьков газа, равномерно распределенных по всей поверхности излучающего тела 1 и вызывающих изменение его объема, обеспечивает синфазный (поршневой) режим колебаний, а излучаемая при этом акустическая волна будет плоской.

Преобразователь может функционировать в режиме возбуждения или в режиме подавления акустических колебаний в виде шума, поступающих от других источников. В первом случае осуществляется генерирование звукового поля с интенсивностью, приемлемой для восприятия человеческим ухом. Во втором - акустические колебания должны генерироваться в противофазе по отношению к колебаниям мешающего поля и после их наложения последние должны практически исчезнуть (компенсироваться). Проводники 2 могут быть нанесены методом напыления на всю поверхность каждого слоя 4 или выполнены в виде полос. Толщину слоя 4 целесообразно выбирать достаточно малой - менее 1 мм, а размеры газовых пузырьков - до 0,2 мм, что улучшает качество излучаемого звука. При этом форму излучающего элемента 1 можно задавать различной: плоской, выпуклой, вогнутой, изогнутой под углом и т.п., а его размеры - от нескольких сантиметров до нескольких метров по периметру.

Таким образом, у предлагаемого электростатического акустического преобразователя достигнуто повышение надежности:

- за счет исключения интенсивного износа излучающего элемента, который либо подвешивается, либо приклеивается, но без жесткого крепления и натягивания на каркас;

- путем повышения допустимого пробивного напряжения, то есть снижения вероятности пробоя промежутков между проводниками на поверхностях слоев с композитной структурой, каждый из которых содержит несколько слоев пленки, разделяемых газовыми пузырьками. Одновременно обеспечивается повышение качества звучания за счет получения плоской волны на всей поверхности излучающего элемента, а также достигается возможность звукопоглощения в помещении, где стенки обклеиваются излучающим элементом, с помощью которого формируются колебания, в противофазе накладываемые на звуковые колебания этого шума.