Статьи

Моделювання головки звукознімача для компанії Next Sound

На сьогоднішній день існує велика кількість типів головок звукознімача. В першу чергу вони розрізняються за принципом формування вихідного сигналу: п'єзоелектричні, електродинамічні, електронні (ємнісні, фотоелектричні, напівпровідникові). Найбільшими перепонами поширення набули електродинамічні головки з рухомим магнітом (MM, moving magnet) і котушками (MC, moving coil).

Головки звукознімача з рухомими котушками MC, в порівнянні з головками MM, мають найбільш широкий діапазон вихідного сигналу до 40 - 50 кГц і краще розділення каналів, тому вони знайшли застосування в професійній апаратурі.

Початкова модель магнітної системи

Завдання головки звукознімача - перетворення модуляції звуковий канавки вінілового диску в електричний сигнал. Котушка перетворювача коливається в постійному магнітному полі і, у відповідність до закону електромагнітної індукції Фарадея, індукує ЕРС, яка пропорційна швидкості коливання голки і її амплітуді.

Фахівці нашої компанії прийняли участь в створенні чисельної моделі перспективної магнітної системи електродинамічної головки звукознімача з рухомими котушками, за допомогою якої можливо:

  • Оптимізувати форму полюсів, тим самим створювати більш концентроване поле в зазорі
  • Оцінювати вплив розміру і форми повітряного зазору на вихідний сигнал
  • Дослідити вплив форми котушок на рівень сигналу і поділ каналів
  • Дослідити зміни вихідних характеристик в залежності від використовуваних магнітних матеріалів

Моделювання магнітного поля в ANSYS Maxwell 3D.

Спочатку було прийнято рішення створювати нестаціонарну тривимірну модель. Нестационарная модель дозволяє враховувати поступальний рух котушки, відповідно форма вихідного сигналу може бути отримана в постпроцесорі ANSYS Maxwell. Етапи роботи та зауваження:

  1. Зниження порядку моделі за допомогою використання граничного умови симетрії
  2. Для забезпечення поступального руху котушки в зазорі були використані додаткові побудови. Швидкість руху задавалася за допомогою математичної функції, тим самим имитировались коливання голки.
  3. Сітковий генератор нестаціонарної задачі не має можливості адаптивного перестроювання гратчастої моделі. Таким чином використовувалося ручне зазначення розміру елементів гратчастої моделі. Складнощі мали місце бути в дозволі повітряної області в зоні котушки.

Складнощі мали місце бути в дозволі повітряної області в зоні котушки

Рух котушки в магнітному полі.

Перевагою нестаціонарної задачі можна вважати можливість отримання форми сигналу при довільному законі руху. Істотним недоліком було час обчислення однієї комбінації параметрів магнітної системи.

Для оптимізації конструкції, в подальшому була розроблена методика по визначенню ЕРС котушки в стаціонарному вирішенні. Це стало можливим за допомогою вимірювання потокозчеплення котушки.

Стаціонарна модель має наступні переваги:

  1. Адаптивний сітковий генератор автоматично стежить за щільністю гратчастої моделі в повітряному зазорі, контролює помилку обчислень
  2. Зміна форми елементів моделі, особливо рухомої частини, не вимагає додаткових операцій і може бути реалізовано в автоматичному режимі в процесі оптимізації.
  3. Швидкість і точність обчислень значно вище.
  4. Обмеження. Коректні результати ЕРС котушки в стаціонарному вирішенні можуть бути отримані тільки для синусоїдального закону руху.

висновок:

В результаті замовнику була передана робоча модель і методика рішення стаціонарної задачі. В подальшому процесі оптимізації наші фахівці не брали участі, але в нашому розпорядженні з'явився відеосюжет про перший включенні розробленого зразка.

Новости