Ansys Simulation World Ansys SimulationWorld

Моделирование головки звукоснимателя для компании Next Sound

На сегодняшний день существует большое количество типов головок звукоснимателя. В первую очередь они различаются по принципу формирования выходного сигнала: пьезоэлектрические, электродинамические, электронные (емкостные, фотоэлектрические, полупроводниковые). Наибольше распространение получили электродинамические головки с подвижным магнитом (MM, moving magnet) и катушками (MC, moving coil).

Головки звукоснимателя с подвижными катушками MC, по сравнению с головками MM, имеют наиболее широкий диапазон выходного сигнала до 40 – 50 кГц и лучшее разделение каналов, поэтому они нашли применение в профессиональной аппаратуре.

Начальная модель магнитной системы

Задача головки звукоснимателя — преобразование модуляции звуковой канавки винилового диска в электрический сигнал. Катушка преобразователя колеблется в постоянном магнитном поле и, в соответствие закону электромагнитной индукции Фарадея, индуцирует ЭДС, которая пропорциональна скорости колебания иглы и её амплитуде.

Специалисты нашей компании приняли участие в создании численной модели перспективной магнитной системы электродинамической головки звукоснимателя с подвижными катушками, с помощью которой возможно:

  • Оптимизировать форму полюсов, тем самым создавать более концентрированное поле в зазоре
  • Оценивать влияние размера и формы воздушного зазора на выходной сигнал
  • Исследовать влияние формы катушек на уровень сигнала и разделение каналов
  • Исследовать изменения выходных характеристик в зависимости от используемых магнитных материалов

Моделирование магнитного поля в ANSYS Maxwell 3D.

Изначально было принято решение создавать нестационарную трехмерную модель. Нестационарная модель позволяет учитывать поступательное движение катушки, соответственно форма выходного сигнала может быть получена в постпроцессоре ANSYS Maxwell. Этапы работы и замечания:

  1. Понижение порядка модели посредством использования граничного условия симметрии
  2. Для обеспечения поступательного движения катушки в зазоре были использованы дополнительные построения. Скорость движения задавалась посредством математической функции, тем самым имитировались колебания иглы.
  3. Сеточный генератор нестационарной задачи не имеет возможности адаптивного перестроения сеточной модели. Таким образом использовалось ручное указание размера элементов сеточной модели. Сложности имели место быть в разрешении воздушной области в зоне катушки.

Движение катушки в магнитном поле.

Достоинством нестационарной задачи можно считать возможность получения формы сигнала при произвольном законе движения. Существенным недостатком являлось время вычисления одной комбинации параметров магнитной системы.

Для оптимизации конструкции, в дальнейшем была разработана методика по определению ЭДС катушки в стационарном решении. Это стало возможным посредством измерения потокосцепления катушки.

Стационарная модель обладает следующими преимуществами:

  1. Адаптивный сеточный генератор автоматически следит за плотностью сеточной модели в воздушном зазоре, контролирует ошибку вычислений
  2. Изменение формы элементов модели, особенно подвижной части, не требует дополнительных операций и может быть реализовано в автоматическом режиме в процессе оптимизации.
  3. Скорость и точность вычислений значительно выше.
  4. Ограничение. Корректные результаты ЭДС катушки в стационарном решении могут быть получены только для синусоидального закона движения.

Заключение:

В результате заказчику была передана рабочая модель и методика решения стационарной задачи. В дальнейшем процессе оптимизации наши специалисты не участвовали, но в нашем распоряжении появился видеосюжет о первом включении разработанного образца.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей и событий?
Подпишитесь на рассылку