Elektromagnetisk högtalare (i förhållande till enheter som inte avger ljud i det omgivande utrymmet, utan är avsedda för telefoner och hörlurar , används termerna elektromagnetisk kapsel och elektromagnetisk telefon ) - en högtalare i vilken ljudvibrationer skapas på grund av rörelsen av en membran tillverkat av magnetiskt material eller ett metallankare i fältet stationär elektromagnet . Historiskt sett - den allra första högtalaren. Med tillkomsten av dynamiska högtalare har den elektromagnetiska högtalaren gått ur bruk i de flesta enheter, med undantag för vissa hörlurar och små ljudsändare (som datorhögtalare ).
Principen med en elektromagnetisk ljudsändare användes i Bells telefon . Men designen på hans telefon tillät endast individuellt lyssnande på ljudet som spelades. Före tillkomsten av radiorör gjordes olika försök att förstärka ljud med avbrutet luftflöde ( sirenprincipen ), men de var anmärkningsvärda för dålig ljudkvalitet och tillät inte volymkontroll.
Med tillkomsten av radiorör uppstod en källa för en elektrisk signal med tillräckligt hög effekt, men enheter som fungerade enligt principen om Bells telefon kunde inte återge ljudvibrationer med en amplitud som är tillräcklig för att direkt avge ljud i det omgivande utrymmet . Horn har använts under lång tid som en lösning på problemet . Hornen införde dock förvrängningar i signalen och dessutom var hornen tillräckligt breda för att återge musikaliska verk mycket besvärliga.
1915 Peter Jensenföreslog att man skulle använda ett metallankare istället för ett membran , kopplat till en papperskon [1] , vilket gjorde det möjligt att överge det skrymmande hornet. Nästa steg var uppfinningen av induktorhögtalare, eller högtalare i Farand-systemet, där ankaret inte rörde sig i poldelarnas riktning, utan parallellt med deras yta, vilket gjorde det möjligt att uppnå en större oscillationsamplitud och bättre återgivning av låga frekvenser.
1924 Chester W. Riceoch Edward W. Kelloggintroducerade den dynamiska högtalardesignen , som under senare år flyttade elektromagnetiska högtalare från de flesta applikationer [2] . Detta hände dock inte direkt: faktum är att en elektrodynamisk högtalare kräver mycket kraft för att magneten ska fungera (eller så har den mindre känslighet med samma magnet). Istället använde högtalare elektromagneter fram till slutet av 40-talet, vilket krävde en extra DC-försörjning . Detta begränsade användningen av högtalare i batterimottagare (som skulle tömma batterier) och radioapparater . Detta var också en av anledningarna till att högtalare av skivtyp tillverkades i Sovjetunionen fram till 1952. Samtidigt, i billiga nätverksmottagare, förvandlades en nackdel till en fördel: fältlindningen fungerade som ett extra effektfilter för anodspänningskällan, vilket förenklade och billigare designen.
Det är också viktigt att alla signalkällor som fanns tillgängliga vid den tiden (förstärkarrör, såväl som trådbundna sändningar ) hade en hög utgångsimpedans , vilket krävde ett stort belastningsmotstånd - högtalarens talspole i storleksordningen kiloohm . I praktiken måste en sådan spole innehålla tusentals varv. Den rörliga spolen i en dynamisk högtalare måste av strukturella skäl vara kompakt och lätt, det är omöjligt att tillverka den med ett sådant motstånd. Därför (fram till tillkomsten av moderna transistorförstärkare ) för att använda en dynamisk högtalare krävdes en matchande transformator för full effekt och signalens frekvensområde - dyrt, tungt och noggrant tillverkat. Den fasta spolen i en elektromagnetisk högtalare är lätt att tillverka med alla nödvändiga motstånd. Dessutom tillåter en elektromagnetisk högtalare ganska viss likström genom talspolen, vilket var nödvändigt för att fungera med de enklaste rörförstärkarna.
Efter att produktionen av elektromagnetiska högtalare avbröts, fortsatte elektromagnetiska kapslar att användas i telefoner , såväl som i hörlurar , vilket inte krävde högkvalitativ ljudåtergivning. Dessutom fortsätter elektromagnetiska miniatyrsändare att produceras, som har en liknande omfattning som piezokeramiska . Återigen, populariteten för elektromagnetiska sändare returnerades av in -ear-hörlurar , eftersom de inte kräver en stor oscillationsamplitud, vilket innebär att de praktiskt taget inte har några problem med det ojämna magnetfältet i gapet och de tillhörande icke-linjära distorsionerna, som samt miniatyrhörapparater , där sändarens design gör att du kan placera den mer kompakt i hörselgången .
Hornhögtalare: hornet är lindat
Diffusor elektromagnetisk högtalare
Koninduktorhögtalare
Högtalare typ "cymbal"
Hörlurar med hög impedans
Miniatyrekolod för POST-signaler
JH16 Armature Headphones av Jerry Harvey Audio
Den enklaste elektrodynamiska omvandlaren består av en permanentmagnet , elektromagnetlindningar monterade på polstycken och ett membran av mjukt magnetiskt material , inneslutet i ett hölje av icke-magnetiskt material. I initialtillståndet attraheras membranet till poldelarna på grund av permanentmagneten, på grund av vilken det böjer sig mot dem. När ström passerar genom en elektromagnet, beroende på strömriktningen, adderas eller subtraheras magnetfälten hos permanentmagneten och elektromagneten. Om deras magnetiska induktionsvektorer är riktade i en riktning, läggs de ihop och membranet attraheras starkare till polbitarna. Om i olika - det magnetiska flödet minskar, rätar membranet ut under inverkan av den elastiska kraften.
Det här schemat är lämpligt för telefoner och hörlurar som inte är avgörande för ljudkvaliteten och som inte kräver hög volym. För sådana sändare är både membranets yta och amplituden för dess svängningar begränsade. Om det totala magnetiska flödet är tillräckligt starkt kommer membranet att attraheras till polerna och förbli orörligt med sin fortsatta tillväxt. I motsatt riktning begränsas membranets rörelse av det noll resulterande magnetiska flödet, när membranet är helt utsträckt, varefter det, med ökande ström i lindningen, börjar röra sig tillbaka till polstyckena. Om du försöker placera membranet längre från polstyckena kommer detta att leda till en betydande försämring av effektiviteten. Dessutom, på grund av asymmetrin och det ojämna magnetiska flödet på olika avstånd från polstyckena, är en sådan krets benägen för jämna övertoner [3] .
Det fanns också diffusorhögtalare med ett sådant schema: istället för ett membran använde de ett metallankare, som var anslutet till en papperskon med hjälp av en stång. Men ganska snabbt började mer komplexa kretsar användas i konhögtalare.
För att kompensera för jämna övertoner användes scheman där ankaret i utgångsläget inte påverkas av magneternas attraktionskrafter. För att göra detta delas en eller båda polerna av elektromagneten. Polerna och ankaret är anordnade så att det senare attraheras av det ena eller andra polparet, beroende på riktningen av strömmen som passerar genom elektromagneten.
Ett av alternativen för en sådan mekanism visas i figuren. Här är elektromagnetlindningen placerad runt ankaret, och själva ankaret är monterat på axeln. Beroende på riktningen av strömmen genom elektromagneten kommer ankaret att attraheras till den övre högra och nedre vänstra polen eller den nedre högra och övre vänstra. Genom trycket är ankaret anslutet till diffusorn.
Ett annat alternativ, som användes i högtalare av skivtyp (skål) och senare in -ear-hörlurar , innehåller en flexibel armatur kopplad till en kon med en stav. Ena änden av ankaret är ansluten till ett par motsatta poler av två permanentmagneter, och den andra änden är i gapet mellan de andra två. När ström passerar genom spolen, beroende på strömriktningen, attraheras kärnan av en av de två magneterna.
Differentialkretsar hade en liten mängd jämna övertoner, men löste inte problemet med den ojämna kraften hos ankarattraktionen beroende på avståndet från polstycket, på grund av vilket det inte var möjligt att avsevärt minska nivån av udda övertoner, särskilt vid låga frekvenser. Samtidigt, i små sändare, till exempel i in-ear-hörlurar, är den erforderliga oscillationsamplituden liten, varför de olinjära distorsionerna i sådana hörlurar, särskilt vid medelhöga och höga frekvenser, inte är större än i dynamiska , och därför är de lämpliga för ljudåtergivning av hög kvalitet .
Huvuddragen hos induktorhögtalare är att ankaret i dem rörde sig parallellt med poldelarnas yta, vilket gjorde det möjligt att minska gapet mellan polerna och ankaret, och även förhindra att ankaret vidrör polerna med en stor oscillationsamplitud.
En av induktorhögtalarkretsarna är Farand-systemet. En sådan högtalare har också fyra polstycken som var och en har en elektromagnet. Högtalaren i ett sådant system har två armaturer förbundna med en stång, vars avstånd skiljer sig från avståndet mellan paren av polstycken. Elektromagneternas lindningar är anslutna på ett sådant sätt att, när ström appliceras, det magnetiska flödet genom ett par poler ökar, och för att förhindra att det magnetiska flödet sluter sig genom det andra. Som ett resultat kommer en av ankarna att dras in i "sin egen" magnetiska gap starkare, och den andra - svagare.