Звуковая катушка - Voice coil

Двойная звуковая катушка диаметром три дюйма от динамика сабвуфера

А звуковая катушка (состоящий из бывший, воротник, и обмотка ) - катушка с проволокой, прикрепленная к вершине громкоговоритель конус. Он обеспечивает движущую силу конуса за счет реакции магнитного поля на ток, проходящий через него. Этот термин также используется для звуковой катушки. линейные двигатели, например, те, которые используются для перемещения голов внутрь жесткие диски, которые создают большую силу и перемещаются на большее расстояние, но работают по тому же принципу.

Операция

Управляя текущий через звуковую катушку магнитное поле производится. Это магнитное поле заставляет звуковую катушку реагировать на магнитное поле постоянного магнита, закрепленного на раме динамика, тем самым перемещая конус динамика. Применяя аудио форма волны звуковой катушке, диффузор будет воспроизводить звук волны давления, соответствующий исходному входному сигналу.

Соображения по дизайну

Поскольку движущиеся части динамика должны быть низко масса (для точного воспроизведения высоких частот звуки не будучи слишком подавленным инерция ) звуковые катушки обычно делаются максимально легкими, что делает их хрупкими. Пропускание слишком большого тока через катушку может вызвать ее перегрев (см. омический нагрев ). Звуковые катушки, намотанные сплющенным проводом, называемые ленточная проволока, обеспечивают более высокую плотность упаковки в магнитном зазоре, чем катушки с круглой проволокой. Некоторые катушки сделаны с поверхностным уплотнением. бобина и материалы для воротника, чтобы их можно было погрузить в феррожидкость который помогает охлаждать катушку, отводя тепло от катушки в структуру магнита. Чрезмерная входная мощность на низких частотах может привести к выходу катушки за ее нормальные пределы, вызывая искажения и, возможно, механические повреждения.

Управление мощностью относится к термостойкости изоляции провода, клея и материала бобины и может зависеть от положения катушки в магнитном зазоре. В большинстве громкоговорителей используются «выступающие» звуковые катушки с обмотками, высота которых превышает высоту магнитного зазора. В этой топологии часть катушки все время остается внутри зазора. Управление мощностью ограничено количеством тепла, которое можно переносить, и количеством, которое может быть удалено из звуковой катушки. Некоторые конструкции магнита включают алюминиевые радиаторные кольца над и под зазором магнита для улучшения кондуктивного охлаждения и значительного улучшения управления мощностью. Если все остальные условия остаются неизменными, площадь обмоток звуковой катушки пропорциональна мощности катушки. Таким образом, звуковая катушка диаметром 100 мм с высотой намотки 12 мм имеет такую ​​же мощность, что и звуковая катушка диаметром 50 мм с высотой намотки 24 мм.

В конструкциях звуковых катушек с подвешенным корпусом (см. Ниже) катушка короче, чем магнитный зазор, и такая топология обеспечивает согласованную электродвижущая сила в ограниченном диапазоне движения, известном как XМаксимум. Если катушка перегруженный он может покинуть зазор, вызывая значительные искажения и теряя теплоотводящие свойства стали, быстро нагреваясь.

Многие Hi-Fi и почти все профессиональные низкочастотные громкоговорители (вуферы) имеют вентиляционные отверстия в магнитной системе для принудительного воздушного охлаждения звуковой катушки. Насосное действие конуса и пылезащитного колпака втягивает холодный воздух и выталкивает горячий воздух. Этот метод охлаждения основан на движении диффузора, поэтому он неэффективен на средних или высоких частотах, хотя вентиляция средних и высоких частот действительно дает некоторые акустические преимущества.

В самых ранних громкоговорителях звуковые катушки наматывались на бумажные бобины, что соответствовало скромным уровням мощности. Когда стали доступны более мощные усилители, бумажные катушки стали широко заменять алюминиевой фольгой из сплава 1145, а звуковые катушки выдерживали повышенную мощность. В типичных современных звуковых катушках Hi-Fi громкоговорителей используются материалы, которые могут выдерживать рабочие температуры до 150 ° C или даже 180 ° C. Для профессиональных громкоговорителей доступны усовершенствованные термореактивные композитные материалы, повышающие стойкость звуковой катушки при одновременных тяжелых тепловых (<300 ° C) и механических нагрузках.

Алюминий широко использовался в производстве акустических систем из-за его низкой стоимости, простоты соединения и прочности конструкции. Когда появились усилители большей мощности, особенно в профессиональном звуке, ограничения алюминия стали очевидны. Он довольно эффективно, но неудобно передает тепло от звуковой катушки на клеевые соединения динамика, термически разрушая или даже сжигая их. Движение алюминиевой бобины в магнитном зазоре создает вихревые токи внутри материала, что еще больше увеличивает температуру, препятствуя долговременному выживанию. В 1955 году компания DuPont разработала Kapton, полиимид пластиковая пленка, которая не страдала недостатками алюминия, поэтому Kapton, а затем Kaneka Apical были широко приняты для звуковых катушек. Несмотря на то, что эти темно-коричневые пластиковые пленки были успешными для большинства звуковых катушек Hi-Fi, они также обладали некоторыми менее привлекательными свойствами, в основном их стоимостью и неудачной тенденцией к размягчению при нагревании. Hisco P450, разработанный в 1992 году для решения проблемы смягчения в профессиональных акустических системах, представляет собой термореактивный композит из тонкой стекловолоконной ткани, пропитанной полиимидной смолой, сочетающий лучшие характеристики полиимида с термостойкостью и жесткостью стекловолокна. Он выдерживает жесткие физические нагрузки и рабочие температуры до 300 ° C, а его жесткость помогает поддерживать «холодную» частотную характеристику динамика.

Фактический провод, используемый в обмотке звуковой катушки, почти всегда медный, с электроизоляционным покрытием, а в некоторых случаях - с клеевым слоем. Из медной проволоки можно легко изготовить звуковую катушку общего назначения по разумной цене. Если от громкоговорителя требуется максимальная чувствительность или расширенная высокочастотная характеристика, можно заменить алюминиевый провод, чтобы уменьшить движущуюся массу катушки. Несмотря на то, что алюминиевая проволока довольно хрупкая в производственной среде, ее масса составляет около одной трети массы эквивалентного калибра медной проволоки, а ее электропроводность составляет около двух третей. Иногда используется алюминиевая проволока, плакированная медью, что упрощает намотку и снижает массу катушки по сравнению с медью.

Анодированный алюминий может использоваться плоский провод, обеспечивающий изолирующий оксидный слой, более устойчивый к пробой диэлектрика чем эмаль покрытия на других проводах звуковой катушки. Это создает легкие звуковые катушки с низкой индуктивностью, идеально подходящие для использования в небольших динамиках с расширенным диапазоном. Основным ограничением мощности таких катушек является температура термического размягчения клеев, которые связывают проволоку с бобиной или бобину с катушкой. паук и катушка.

Звуковые катушки могут использоваться не только для громкоговорителей, но и для других приложений, где необходимы линейность силы времени и длинные ходы. Некоторые среды, такие как вакуум или космос, требуют особого внимания во время зачатия, чтобы устранить потери в змеевике. Для облегчения отвода тепла можно использовать несколько специальных методов.

Подвесные и нижние катушки

Свисающие и нижние звуковые катушки. Светло-серый - это мягкое железо, темно-серый - это постоянный магнит, а катушка - красного цвета.

На изображении выше показаны два способа погружения звуковой катушки в магнитное поле. Самый распространенный метод - это нависающий конструкция, в которой высота звуковой катушки больше высоты магнитного зазора. В подвешенный конструкция, которая используется в основном в высококачественных динамиках, имеет высоту катушки меньше, чем зазор. Ниже перечислены различия, преимущества и недостатки обоих методов.

Обе топологии преследуют одну и ту же цель: линейная сила, действующая на катушку, для драйвера, который точно воспроизводит приложенный сигнал.

Другое использование термина

Термин «звуковая катушка» был обобщен и относится к любому гальванометр -подобный механизм, использующий соленоид для перемещения объекта вперед и назад в магнитном поле.

В частности, он обычно используется для обозначения катушки с проволокой, которая перемещает головки чтения-записи в подвижной головке. дисковод. В этом приложении очень легкая катушка проводов установлена ​​в сильном магнитном поле, создаваемом постоянным редкоземельные магниты. Звуковая катушка - это моторная часть сервосистема который позиционирует головки: электрический сигнал управления приводит в движение звуковую катушку, и возникающая в результате сила быстро и точно позиционирует головки.

Смотрите также

использованная литература

  • G2 Консалтинг, Хорошая статья о приводах звуковых катушек.
  • Руководство по звуковой катушке для громкоговорителей Hisco, 7-е издание, август 2001 г. Hisco, Anaheim, CA 92807. 714 777 2665.
  • Приводы звуковой катушки, Принцип и практика.