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:
- Зниження порядку моделі за допомогою використання граничного умови симетрії
- Для забезпечення поступального руху котушки в зазорі були використані додаткові побудови. Швидкість руху задавалася за допомогою математичної функції, тим самим имитировались коливання голки.
- 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.
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:
- Адаптивний сітковий генератор автоматично стежить за щільністю гратчастої моделі в повітряному зазорі, контролює помилку обчислень
- Зміна форми елементів моделі, особливо рухомої частини, не вимагає додаткових операцій і може бути реалізовано в автоматичному режимі в процесі оптимізації.
- Швидкість і точність обчислень значно вище.
- 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.