Talespole - Voice coil
En talespole (bestående av en tidligere , krage og vikling ) er trådspolen festet til toppen av en høyttalerkegle . Den gir kjeglens drivkraft ved reaksjonen av et magnetfelt til strømmen som passerer gjennom den. Begrepet brukes også om lineære motorer med talespole , for eksempel de som brukes til å flytte hodene inne i harddiskstasjoner , som produserer en større kraft og beveger seg over en lengre avstand, men arbeider etter samme prinsipp.
Operasjon
Ved å drive en strøm gjennom talespolen, dannes et magnetfelt . Dette magnetfeltet får talespolen til å reagere på magnetfeltet fra en permanent magnet festet til høyttalerrammen, og derved bevege høyttalerens kjegle. Ved å påtrykke et audiobølgeform til talespolen, vil kjeglen gjengir lyden trykkbølger , som svarer til det opprinnelige inngangssignalet.
Designhensyn
Fordi de bevegelige delene av høyttaleren må ha lav masse (for å gjengi høyfrekvente lyder nøyaktig uten å bli dempet for mye av treghet ), blir talespiraler vanligvis laget så lett som mulig, noe som gjør dem delikate. Hvis du fører for mye strøm gjennom spolen, kan den overopphetes (se ohmisk oppvarming ). Talespoler viklet med flat tråd, kalt båndtråd , gir en høyere pakningstetthet i magnetgapet enn spoler med rund ledning. Noen spoler er laget med overflateforseglet spole og krage materialer, slik at de kan senkes i en ferrofluid som hjelper til med å avkjøle spolen ved å lede varme bort fra spolen og inn i magnetstrukturen. Overdreven inngangseffekt ved lave frekvenser kan føre til at spolen beveger seg utover de normale grensene, noe som kan forårsake forvrengning og muligens mekanisk skade.
Krafthåndtering er relatert til varmebestandigheten til trådisolasjonen, limet og spolematerialet, og kan påvirkes av spolens posisjon i det magnetiske gapet. De fleste høyttalere bruker 'overhengte' talespoler, med viklinger som er høyere enn høyden på det magnetiske gapet. I denne topologien forblir en del av spolen til enhver tid innenfor gapet. Effekthåndteringen er begrenset av mengden varme som kan tåles, og mengden som kan fjernes fra talespolen. Noen magnetdesigner inkluderer aluminiums-kjøleribberringer over og under magnetgapet, for å forbedre ledningskjøling, og forbedre krafthåndteringen betydelig. Hvis alle andre forhold forblir konstante , er området til talespiralviklingene proporsjonalt med spoleens effekthåndtering. Dermed har en talespole med 100 mm diameter, med en 12 mm viklingshøyde lignende effekthåndtering som en talespole med en diameter på 50 mm med en viklingshøyde på 24 mm.
I 'underhung' stemmespoledesign (se nedenfor) er spolen kortere enn magnetgapet, en topologi som gir jevn elektromotorisk kraft over et begrenset bevegelsesområde, kjent som X max . Hvis spolen er overdrevet , kan den forlate gapet, generere betydelig forvrengning og miste den varmesinkende fordelen med stålet, og varme raskt opp.
Mange hi-fi og nesten alle profesjonelle lavfrekvente høyttalere (woofers) inkluderer ventilasjonsåpninger i magnetsystemet for å sørge for tvunget luftkjøling av talespolen. Pumpekampen til kjeglen og støvdekselet trekker inn kjølig luft og driver ut varm luft. Denne metoden for kjøling er avhengig av kjeglebevegelse, så den er ineffektiv ved mellomtone- eller diskantfrekvenser, selv om lufting av mellomtone og diskanthøyttalere gir noen akustiske fordeler.
I de tidligste høyttalerne ble talespoler viklet på papirspoler, noe som var passende for beskjedne effektnivåer. Etter hvert som kraftigere forsterkere ble tilgjengelige, ble legering 1145 aluminiumsfolie mye erstattet med papirspoler, og talespolene overlevde økt effekt. Typiske moderne hi-fi-høyttaler-talespoler bruker materialer som tåler driftstemperaturer opp til 150 ° C, eller til og med 180 ° C. For profesjonelle høyttalere er avanserte termoharde komposittmaterialer tilgjengelig for å forbedre talespolens overlevelse under alvorlig samtidig termisk (<300 ° C) og mekanisk belastning.
Aluminium ble mye brukt i høyttalerindustrien på grunn av lave kostnader, enkel liming og strukturell styrke. Når forsterkere med høyere effekt dukket opp, spesielt i profesjonell lyd, ble begrensningene for aluminium avslørt. Det overfører ganske effektivt, men upraktisk, varme fra talespolen inn i limbindingene til høyttaleren, nedbryter dem termisk eller til og med brenner dem. Bevegelse av aluminiumspolen i det magnetiske gapet skaper virvelstrømmer i materialet, noe som ytterligere øker temperaturen og hindrer overlevelse på lang sikt. I 1955 utviklet DuPont Kapton, en polyimid plastfilm som ikke led av aluminiums mangler, så Kapton og senere Kaneka Apical ble mye brukt for talespoler. Så vellykket som disse mørkebrune plastfilmene var for de fleste hi-fi-talespoler, hadde de også noen mindre attraktive egenskaper, hovedsakelig kostnaden, og en uheldig tendens til å myke når de var varme. Hisco P450, utviklet i 1992 for å ta opp mykgjørende problem i profesjonelle høyttalere, er en herdet sammensetning av tynn glassfiberduk, impregnert med polyimidharpiks, som kombinerer de beste egenskapene til polyimid med temperaturmotstanden og stivheten i glassfiber. Den tåler brutale fysiske påkjenninger og driftstemperaturer opp til 300 ° C, mens stivheten bidrar til å opprettholde høyttalerens "kalde" frekvensrespons.
Selve ledningen som brukes i talespiralvikling er nesten alltid kobber, med et elektrisk isolasjonsbelegg, og i noen tilfeller et selvklebende overstrøk. Kobbertråd gir en lett produsert, generell talespole til en rimelig pris. Når det kreves maksimal følsomhet eller utvidet høyfrekvent respons fra en høyttaler, kan aluminiumtråd erstattes for å redusere spolens bevegelige masse. Selv om den er ganske delikat i et produksjonsmiljø, har aluminiumtråd omtrent en tredjedel av massen til den tilsvarende måleren for kobbertråd, og har omtrent to tredjedeler av den elektriske ledningsevnen. Kobberkledd aluminiumstråd brukes av og til, noe som muliggjør lettere vikling, sammen med en nyttig reduksjon i spolemasse sammenlignet med kobber.
Anodisert aluminium flat wire kan brukes, noe som gir et isolerende oksidlag som er mer motstandsdyktig mot dielektrisk nedbrytning enn emaljebelegg på andre talespiralledninger. Dette skaper lette talespoler med lav induktans, ideelt egnet for bruk i små, utvidede høyttalere. Den viktigste effektbegrensningen på slike spoler er det termiske mykningspunktet for limene som binder tråden til spolen, eller spolen til edderkoppen og spolen.
Talespiraler kan brukes til andre applikasjoner enn høyttalere, hvor tidskraftlinjæritet og lange slag er nødvendig. Noen miljøer som vakuum eller plass krever spesiell oppmerksomhet under unnfangelsen for å evakuere spoletap. Flere spesifikke metoder kan brukes for å lette termisk drenering.
Overhung og underhung spoler
Bildet ovenfor viser to måter hvor talespolen er nedsenket i magnetfeltet. Den vanligste metoden er den overhengende designen hvor talespolenes høyde er større enn magnethullets høyde. Den underhung design som brukes mest i high-end høyttalere har spiralens høyde er mindre enn avstanden s. Forskjellene, fordelene og ulempene ved begge metodene er listet opp nedenfor.
|
Overhunget spole
|
Underhung spole
|
Begge topologiene prøver det samme målet: lineær kraft som virker på spolen, for en driver som gjengir det påførte signalet trofast.
Andre bruksområder for begrepet
Begrepet "talespole" har blitt generalisert og refererer til enhver galvanometerlignende mekanisme som bruker en solenoid for å flytte et objekt frem og tilbake i et magnetfelt.
Spesielt brukes det vanligvis for å referere til trådspolen som beveger lese-skrivehodene i en diskstasjon med bevegelig hode . I denne applikasjonen er en veldig lett trådspole montert i et sterkt magnetfelt produsert av permanente sjeldne jordartsmagneter . Talespolen er motordelen i servosystemet som plasserer hodene: et elektrisk kontrollsignal driver talespolen og den resulterende kraften plasserer hodene raskt og nøyaktig.
Se også
Referanser
- [1] , Et godt papir om stemmespoleaktuatorer.
- Hisco Loudspeaker Voice Coil Handbook , 7. utgave, august 2001. Hisco, Anaheim, CA 92807. 714 777 2665.
- Talespoleaktuatorer , prinsipp og praksis.