Część 4 geometria układu magnetycznego w aspekcie modulacji pola.
Jak do tej pory skupiliśmy się na problemach wynikających ze zmian impedancji w funkcji wychylenia i niekorzystnym wpływie samej indukcyjności na charakterystykę częstotliwościową.
Niestety w układzie magnetycznym mamy do czynienia z jeszcze jednym źródłem THD głośnika.
Każdy układ magnetyczny można zaprojektować na wiele sposobów tak, żeby w efekcie otrzymać głośnik z tą samą wartością BL. Obecnie w dobie symulacji komputerowych układy magnetyczne głośników są zoptymalizowane zdecydowanie lepiej niż jeszcze kilkanaście kilkadziesiąt lat temu. Przynosi to wiele korzyści zarówno producentom (układ magnetyczny jest tańszy w produkcji), jak i klientom produkt jest tańszy lżejszy itp. Czy jednak dwa głośniki z identycznym układem drgającym, identyczne pod względem parametrów TS w tym identycznym parametrem BL ale różniące się budową układu magnetycznego będą równie dobre?
Załóżmy, że dwóch projektantów dostało zadanie zaprojektowania układu magnetycznego, tak żeby osiągnąć założone BL głośnika. Mieli do dyspozycji ten sam gatunek stali o charakterystyce magnesowania jak na poniższym wykresie.
Pierwszy projektant doszedł do wniosku, że skupi się na maksymalnym wykorzystaniu możliwości magnesu. Z tego też powodu tak projektował układ magnetyczny aby straty nie były zbyt duże. Przyjął, że maksymalna wartość indukcji nie powinna przekraczać 1T gdyż do tego zakresu charakterystyka będzie najbardziej liniowa.
Drugi projektant nie przejmował się nasyceniem dzisiaj ferryt jest 2x tańszy od stali więc przyjął wartość indukcji magnetycznej w całym układzie zbliżoną do 2T
Pierwszemu projektantowi do osiągnięcia zamierzonego celu wystarczył magnes o wymiarach 100x60x10mm drugi projektant musiał zastosować magnes o wymiarach 160x60x20mm. Okazało się, że drugi układ magnetyczny jest jednak droższy.
Kiedyś projektowało się układy magnetyczne zgodnie z zasadą „pierwszego projektanta” przykładem mogą być głośniki tonsila, i tesli a także wiele wiele innych starych konstrukcji. Dzisiaj powoli odchodzi się od takiego rozwiązania. Dla czego?
Przypomnijmy sobie co jest najgorsze w przypadku cewek rdzeniowych?
Odpowiedź jest prosta – gdy przekroczymy dopuszczalny pewną wartość prądu rdzeń się nasyca i cewka generuje zniekształcenia. Zastanawialiście się kiedyś czemu tak się dzieje? Odpowiedź jest prosta jeśli rdzeń wchodzi w nasycenie zmienia się przenikalność magnetyczna a co za tym idzie indukcyjność cewki. Na poniższym wykresie widać typową względną przenikalność magnetyczną rdzenia cewki.
Jak widać na wykresie mamy dwa odcinki „w miarę liniowe” poniżej 1T i powyżej 2T. Co to oznacza? Załóżmy, że w naszym układzie wartość indukcji będzie w okolicach 1,5T.
Spójrzmy teraz na dwa powyższe wykresy. Z pierwszego możemy wywnioskować, że relatywnie mała zmiana natężenia pola powoduje relatywnie duże zmiany indukcji. OK.
Przejdźmy do drugiego wykresu tu wyraźnie widać, że mała zmiana indukcji magnetycznej powoduje duże zmiany przenikalności magnetycznej. No ale co z tego wynika?
W przypadku układu magnetycznego głośnika główną siłą wytwarzającą pole magnetyczne jest magnes stały – ferryt, neodym kobalt itp. Niestety nie jest to jedyne pole magnetyczne z jakim mamy do czynienia w układach magnetycznych. Czy mówi wam coś następujący wzór:
H=I/2πr
Gdzie:
H – natężenie pola magnetycznego
I – prąd przewodnika
r – odległość punktu w którym określamy pole od przewodnika
Ten wzór to najprostsza wersja prawa Amper’a która w uproszczeniu mówi, że każdy przewodnik w którym płynie prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne które jest proporcjonalne do prądu w nim płynącego i odwrotnie proporcjonalne do odległości.
Czyli nasza cewka wytwarza pole magnetyczne jak by tego była mało głośnik nie jest zasilany napięciem stały a przemiennym. W związku z tym nasze pole magnetyczne również będzie przemienne.
Wartość tego pola raz będzie dodawana do wartości pola wytworzonego przez magnes stały a raz odejmowana.
Zjawiska tego nie da się wyeliminować więc trzeba zminimalizować jego niekorzystny wpływ na pracę głośnika.
Kiedy jego wpływ będzie najmniejszy? Wtedy gdy dużym zmianom pola będzie towarzyszyła mała zmiana indukcyjności i kiedy zmiana przenikalności będzie jak najmniej zależna od zmiany natężenia pola.
Te warunki będą spełnione dla układów magnetycznych pracujących w głębokim nasyceniu. Mówiąc prościej im cieńsze przekroje nabiegunników tym lepiej.
Jako przykład podałem charakterystykę względnej przenikalności magnetycznej dla specjalnych materiałów na cewki rdzeniowe realna wartość maksymalnej indukcji dla stali nie przekracza 2T a względną przenikalność magnetyczną lepiej oddaje poniższy wykres:
Teraz coś na co Paweł czekał długo – ale niestety musiałem najpierw dokonać powyższej analizy
Zastanówmy się co się stanie jeśli stworzymy głośnik z takim układem magnetycznym:
Teoretycznie mamy układ symetryczny – tyle samo stali jest nad co i pod cewką. Niestety układ taki jest najbardziej nieliniowy i niesymetryczny ze wszystkich możliwych!
Spójrzmy na rozkład natężenia pola wzdłuż nabiegunnika (początek wykresu to początek szczeliny magnetycznej).
Jak widać do około 12mm (tyle założyłem, że ma szczelina) indukcja magnetyczna jest dość wysoka (czyli przenikalność magnetyczna jest względnie niska i stabilna).
Niestety po „wyjściu” nad szczelinę zaczyna gwałtownie spadać co jest logiczne bo większość pola zamyka się najkrótszą drogą (tu względna przenikalność magnetyczna rośnie przechodząc przez najbardziej nieliniowy obszar).
Efekt takiego zabiegu jest taki, że „przelatujemy przez cały wykres względnej przenikalności magnetycznej!
Czasami można zastosować minimalnie wyższy nabiegunnik środkowy ale są to wartości rzędu 1-2mm (na takiej wysokości da się jeszcze utrzymać względnie wysokie „B” większe wyciągnięcie rdzenia to proszenie się o duże kłopoty – czytaj wysokie THD.
Weźmy teraz pod uwagę głośnik z pierwszej strony
W uproszczeniu jego budowa układu magnetycznego wygląda tak:
Na rysunku zaznaczyłem dwa przekroje A kolorem czerwonym i B kolorem niebieskim
Załóżmy, że B=2A
W punkcie A układ jest w bardzo głębokim nasyceniu powiedzmy w granicach 2T (wartość praktycznie nierealna) – jaka będzie wartość indukcji w punkcie B? Tylko 1T!
W następnej części do całego "bigosu" dodamy pierścienie
---------- Post dodany o 00:50 ---------- Poprzedni post o 00:13 ----------
Przyjmując 100% w położeniu spoczynkowym, po "wepchnięciu" memebrany (nie wiem, czy nie przesadziłem z wychyleniem, bo nie wiem ile ten głośnik ma nominalnego zakresu wychyleń) indukcyjność wzrosła do 115% nominalnej, a po wysunięciu spadła do 70% nominalnej.
Dla mnie taka zmiana to dramat - a jest to pomiar "statyczny" czyli nie uwzględnia prądu płynącego przez cewkę - pomyślcie jak byście ocenili cewkę rdzeniową gdzie ktoś określił by tolerację na poziomie 45%
Natomiast mam pewne zastrzeżenia co do charakterystyk zamieszczonych na pierwszej stronie, dla głośnika "referencyjnego". Są tam bardzo wysokie wartości impedancji: ponad 20 Ohm dla 5kHz dla głośnika o opornosci 6 Ohmów. Nie spotkałem się z taką wartoscią u żadnego producenta głośników.
Wysoka - ja bym powiedział, że raczej przeciętna. pierwszy z brzegu przykład seasa
Jak ktoś nie wierzy ten sam wykres na stronie producenta:
http://www.seas.no/index.php?option=com_content&task=view&id=189&Itemid=186
18 ohm w położeniu neutralnym dokładnie tyle co w moim "modelowym głośniku" I nie jest to żaden efekt zaklejenia cewki tylko realna wartość.
Mój GDN dla 5kHz ma impedancję 9,5 Ohma, czyli praktycznie tyle, co Twój "zaklejony" z cewką Faradaya (i zbliżoną do tego, co podają producenci głośników)
OK tylko dla cewki 25mm i X-max na poziomie 2mm
Wszak membrana odbiera moc od głośnika
Tak sprawność głośnika jest w granicach 1% - na pewno duużo tej mocy odbierze. Twoja teza jest słuszna tylko w zakresie rezonansu (załóżmy zakres 20-100Hz). Przy częstotliwościach powyżej 200-300Hz charaktetystyka impedancji zaklejonego i nie zaklejonego głośnika będzie identyczna dla punktu neutralnego.
Pytanie więc jak się ma pierścień Faradaya do parametrów "prawdziwego" (rzeczywistego) głośnika? O jaki % możemy go poprawić?
Na to pytanie po części odpowiada już wcześniej zamieszczona charakterystyka częstotliwościowa dwóch głośników różniących się jedynie obecnością pierścienia. Dodam, że głośniki z oczywistych względów nie były "zaklejone"
Pytanie brzmi: usuwać, czy nie?
Niestety na to pytanie można odpowiedzieć dopiero po jego usunięciu z konkretnego głośnika - może być tak, że korzyści przerosną efekty negatywne a może też być odwrotnie
Dodam że Tang Band na oko nie ma takiej wydłużonej tulei z górnego nabiegunnika jak na przekroju głośnika z pierwszej strony wątku. Widać tam, że cały nabiegunnik górny jest pogrubiony podobnie jak dolny T-yoke. Wewnątrz utworzona jest szczelina około dwa razy dłuższa niż cewka.
Przeanalizujcie mój poprzedni post a poznacie odpowiedź.
Co muszę zrobić, żeby dać układ magnetyczny z 16/80/3 do kosza 18/80?
- najprościej wywiercić nowe otwory w koszu
Tak wygląda gdm 18/40/1
