Самодельные ленточные громкоговорители СЧ-ВЧ - статья в РАДИО

[ankus]

В новом номере журнала "Радио" (N1, 2012 г.) опубликована статья "Самодельные ленточные динамические головки", в магнитной системе которых использованы магниты от приводов винчестеров. Меня приятно удивили частотная и фазовая характеристики САМОДЕЛЬНЫХ головок в сравнении с характеристиками динамических головок с купольным излучателем. Это позволяет надеяться, что самому можно сделать неплохой излучатель. Магнитная система, естественно, может модифицирована, акустическое оформление также можно изменять. Однако, предложенное автором оформление достаточно оригинально. Вложение: на первом рис. - АЧХ и ФЧХ (красным) головки 6ГДВ-7, на втором рис. - то же ленточной головки.

[anatol0]

по чувствительности еле-еле догнал советскую 10ги-1

10ГИ-1 - не ленточная, а изодинамическая.

[Игорь Гапонов]

тут было много текущих несущественных деталей, удалил. Процесс идёт в нужную сторону, пока что лишь одна печаль, по чувствительности еле-еле догнал советскую 10ги-1 не знаю уже в какую сторону копать. Трансформатор с рассчётным КПД по меди 95%, провода от него к головке толстые, фольга 10 микрон... Расчётная индукция 0,42 Тл, чего ей ещё не хватает...

1. "Рабочий зазор" должен быть меньше расстояния между полюсными поверхностями магнитов ("толщина"). Обычно принимается, что материал магнита насышен и имеет мю близкую к мю воздуха. Поэтому примерно 30-40% всего магн. потока замыкается мимо зазора при зазоре, в прямом смысле равном магниту. Интересно, что магнитопровод принципиально не позволяет расширить зазор с сохранением индукции потому, что для этого необходим материал с отрицательным мю . Только сузить.

2. Кривая размагничивания неодимовых магнитов такова, что "последовательное включение" магнитов и ярмо для вашей конструкции почти не увеличивает индукции в зазоре и помогает мало.

3. Для частот порядка 1000Гц и давлений на оси порядка 120дБ смещения фольги - доли миллиметра (для 300Гц - миллиметр). Зачем вам какая-то "линеаризация"?

Вывод. Зазор надо уменьшать как по ширине, так и по глубине. Лучше в два раза увеличить общую высоту ГГ и в три раза уменьшить зазор, чем клеить друг на друга магниты. А ещё лучше - в четыре раза общую высоту магн. системы, в четыре раза уменьшить ширину и высоту (глубину) зазора, перейти на однорядовый магнит и клиновидные изогнутые пол. наконечники в виде рогов, и забыть об "истинном диполе"...

[Asmodei]

anatol0, я понимаю, что 10ГИ изодинамическая, просто привёл её как пример низкочувствительной ВЧ головки, многим известной.

Игорь Гапонов, Спасибо за комментарии! Магниты шириной 10 мм, я не могу их сузить Длинна ленты 130 мм - мне кажется, это разумный предел. Насчёт толщины магнитов, смотрим фирменные конструкции, и видим, что там магниты значительно толще моих. Вот, например, фрагмент известного документа по смене ленты в Neo CD3 Да и ky3ne4ik, видимо, не спроста к своим излучателям рупоры приделал, одинарные магниты даже на огромных лентах не вытягивают чувствительность... Так что придётся мне, наверное, докупать ещё комплект магнитов, и/или с волноводами экспериментировать. Не хочется от диполя отказываться, приятно звучит. Отдельная Вам благодарность за совет пропилить сзади 10ГИ

[Игорь Гапонов]

Игорь Гапонов, Спасибо за комментарии! Магниты шириной 10 мм, я не могу их сузить Длинна ленты 130 мм - мне кажется, это разумный предел. Насчёт толщины магнитов, смотрим фабричные конструкции, и видим, что там магниты значительно толще моих. Вот, например, фрагмент известного документа по смене ленты в Neo CD3 Да и ky3ne4ik, видимо, не спроста к своим излучателям рупоры приделал, одинарные магниты даже на огромных лентах не вытягивают чувствительность... Так что придётся мне, наверное, докупать ещё комплект магнитов, и/или с волноводами эксперементировать. Не хочется от диполя отказываться, приятно звучит. Отдельная Вам благодарность за совет пропилить сзади 10ГИ

Правильно. У вас , если не ошибаюсь толщина магнита - 3мм - почти в семь раз больше зазора - 20мм (а при наложении друг на друга тонких неодимовых основной поток не складывается с другим магнитом, а замыкается на "свой" полюс) . Поэтому и потери на широком зазоре очень блольшие- всё замыкается мимо зазора (неважно по какому пути, оно само идёт по пути наименьшего магнитного сопротивления). Если то блестящее на приведённом снимке - пара самих магнитов, то мне просто следует предположить, что они намагничены не на максимум как Ваши, а на оптимум, который получится на автомате, если намагничивание происходит уже на собраном девайсе с ярмом. При этом материал самих магнитов явно будет не в насыщении, т.к. пропорции неодимовых магнитов "макс. намагниченности" гораздо более приплюснуты.

В отнтошении высоты. Мои опыты говорят, что для расстояний прослушивания 1,5-2 метра надо иметь апертуру СЧ-ВЧ излучателя (т.е. по сабжу - ленту) шириной менее 15мм и высотой более 1метра...

В отношении НИ. Других причин, как неравномерность амплитуды смещения, которая может быть довольно большой на каком-то отдельном участке поверхности ленты, я не вижу. И на слух оно слышится как "дребезг" (Бока тоньше выразился - на вкус как алюминиевая ложка) . Поэтому как раз с "локальными резонансами" и надо бороться. Их типов у ленты очень много - по всем шести степеням свободы, включая крутильные. Поэтому надо не стремиться понизить "главный резонас", например, поперечным гофрированием, а стремиться уменьшить их разнообразие и амплитуду. То самое традиционное поперечное гофрирование снижает частоту крутильного резонанса в горизонтальной плоскости (для вертикальной ленты). тем самым увеличивается разнообразие и количество мод, а чувствительность повышается незначительно. Ну, и т.д.

[Asmodei]

Даже и не подумал, что магнитный поток разных магнитов может не сложиться... Казалось, на заводе при намагничивании повернули" домены и они выстроились поперёк магнитов. Сложили два вместе - а домены как были поперёк так и остались... Пошёл изучать вопрос. Пока что лишь могу сказать, что когда клеил магниты замечал, что склеенные по двое намного сильнее притягивают (другие магниты, железки, не важно) чем одиночные.
Ширина зазора в моей конструкции 11,8 мм
Нелинейные да, на скользящем тоне было несколько мест с дребезгом, решилось намазкой разведённого клея для крыс (полиизобутилена) на участки ленты возле крепления. Немного, где-то 1 мм от зажимов, слоя даже не видно, пока пыль не села.
От скольки снизу можно пускать метровую ленту? Завал ВЧ существенный? Видел даташиты на RD-line, там купольную пищалку пришлось ставить, за что боролись на то и...

[Игорь Гапонов]

Даже и не подумал, что магнитный поток разных магнитов может не сложиться... Казалось, на заводе при намагничивании повернули" домены и они выстроились поперёк магнитов. Сложили два вместе - а домены как были поперёк так и остались... Пошёл изучать вопрос. Пока что лишь могу сказать, что когда клеил магниты замечал, что склеенные по двое намного сильнее притягивают (другие магниты, железки, не важно) чем одиночные.

Но не вдое же. Дело в том, что сильно намагниченный неодимовый феррит имеет довольно низкое мю (магнитный эквивалент удельной "омической" проводимости). Поэтому как составная часть магнитной системы второй магнит - почти воздух. Т.к. мю нелинейно зависит от остаточной намагниченности и по разному для разных материалов, то существуют различные (несовпадающие) оптимумы намагниченности, которые определяются т.н. кривой размагничивания материала. Например, максимум магнитной энергии постоянного магнита почти всегда не совпадает с максимумом потокорассеяния, которое для магнитных систем особенно важно, и для разных "геометрий" магнитов из одного и того же материала этот оптимум разный. Сложный вопрос на самом деле.

[Asmodei]

Промоделировал в FEMM вариант с одним и двумя магнитами, с одним 0,25 Тл, с двумя 0,34. Разница существенная. Раньше писал про 0,4 - ошибся, это из старой модели с зазором 10 мм и другой маркой магнитов. Так что теперь более-менее всё сходится...

[теоретизирующий практик]

Промоделировал в FEMM вариант с одним и двумя магнитами, с одним 0,25 Тл, с двумя 0,34. Разница существенная. Раньше писал про 0,4 - ошибся, это из старой модели с зазором 10 мм и другой маркой магнитов. Так что теперь более-менее всё сходится...

Учитывая, что энергия пропорциональна квадрату напряженности, существенное увеличение, на 85% по энергии. Соответственно давление возрастёт почти на 3 дБ.

По моим прикидкам оптимально, чтобы длина зазора была равна длине магнитной линии в теле магнита. Так как магнитная система состоит из двух полюсных магнитов, то при общей толщине одного "магнитного башмака" в 6мм, длина зазора по магнитной линии должна быть около 12мм. При этом, и при ширине башмака в 12мм, получится около 0,5 Тл. У Вас вроде ширина магнитов равна 10мм ? Ну наверное оптимум длины магнитной линии в зазоре будет где то в районе 10 - 12мм, при складывании двух магнитов по 3мм с каждой стороны.

[Bobby_ii]

Прошу прощения, если что-то забыл (давно не сдежу за темой)

И на слух оно слышится как "дребезг" (Бока тоньше выразился - на вкус как алюминиевая ложка) .

Если есть "вкус алюмения", то это - "звук материала", а не конструкционный, т.е. для его уменьшения надо
а) сделать так, чтобы фольга меньше мялась/гнулась, т.е. скорее уменьшить гофрирование
б) уменьшить толщину, ХО 10мк - много. Очень много. Даже пищевая фольга по-моему, 5мк. Заодно и чуйка увеличится. Люди берут фольгу от конденсаторов. Т.к. сопротивление повысится, надо транс переделать для согласования.
в) как-то задемпфировать фольгу (увеличит массу/уменьшит чуйку)

[Asmodei]

Да вроде бы ничего не дребезжит, хотя особо не выслушивал не готовую вещь. Фольга как раз из конденсаторов БМТ-2, удобно что она нужной ширины, (около 11 мм) нарезать не нужно. Гофрирование минимальное, только чтоб увеличить жёсткость ленты поперёк, глубина гофра несколько десятых мм. Толщину вычислял путём взвешивания на миллиграмовых весах кусочка, вычислил более-менее правильно, т.к. измеренное сопротивление ленты 40 миллиом для участка 135*11*0,01 мм. (по расчётам получается 35, накинул ещё пару миллиом на контакты). Пищевая фольга, та, что видел, 9, 11 и 14 микрометров. Чувствительности для моих целей не хватает 3-4 дБ. Не хочется поступать "не спортивно" и делать пищалку 2 ома.

[теоретизирующий практик]

Чувствительности для моих целей не хватает 3-4 дБ.

Если снизу частота не очень маленькая, то широкогорлый рупор получится почти миниатюрным, а за счёт небольшого сужения диаграммы направленности отдача и возрастёт. Сзади наверное рупор ставить не обязательно.

Скорее всего железный магнитопровод в Вашей конструкции всё-таки срабатывает не столько как магнитопровод, а как 2 "антенны", уменьшающие магнитное сопротивление от внешних сторон магнитов через окружающий воздух. Поэтому и горизонтальные перемычки магнитопровода не входят в насыщение. Наверное такой же принцип построения и в дипольных головках высотой под 1м - замыкание магнитного потока через возхдух.

[Asmodei]

Есть такая моделька, но она двухмерная, не учитывает массу факторов, таких как, например, высота перемычек 16 мм а магнитов 10, т.е. напряжённость магнитного поля в перемычках будет в 1,6 раза ниже, чем на модели. Соответственно макс. индукция не 1,7 Тл, а поменьше. Потом замыкание части магнитного потока сбоку от магнитов, ввиду конечной высоты магнитов и магнитопровода. Этот фактор значительно снижает индукциюв зазоре, на модели, сделанной в другой плоскости, всего 0,34 выходит, а здесь 0,38.

[теоретизирующий практик]

снижает индукциюв зазоре, на модели, сделанной в другой плоскости, всего 0,34 выходит, а здесь 0,38

По моим понятиям при такой конфигурации магнитной системы моделирование в одной плоскости мало что даёт. Уж очень большое отличие плоской модели от 3D.
Ошибка моделирования может быть огромной.

[Asmodei]

А есть ли доступные в освоении программы для полноценного 3D моделирования магнитных систем методом конечных элементов?

[Asmodei]

Спасибо!

широкогорлый рупор получится почти миниатюрным

Склеил из картона некое подобие, пока только вертикальные стенки, без верхней и нижней, высота 19 ширина 22 глубина 3,5 см, ближе к экспоненциальному по форме, АЧХ перекосило, 2 горба, на 1,5 КГц и 8-16 КГц. Непочатый край для экспериментов...
По частотному диапазону могу сказать, что он ограничен не спадом АЧХ, а ростом гармоник ниже 2 КГц. Вот пример спектра мощность 1 Вт, частота 1400 Гц, расстояние до динамика 30 см.
Ниже 1,4 кГц рост искажений просто обвальный, а ниже килогерца уже откровенное дребезжание.

[Bobby_ii]

Где-то читал, что рупор только 3 октавы может нормально отработать (сверху ограничен размерами горла, снизу - устья).

[теоретизирующий практик]

Склеил из картона некое подобие, пока только вертикальные стенки, без верхней и нижней, высота 19 ширина 22 глубина 3,5 см, ближе к экспоненциальному по форме, АЧХ перекосило, 2 горба, на 1,5 КГц и 8-16 КГц.

А на какую нижнюю частоту рассчитан рупор?
Может всё-таки рупрки с обеих сторон приставить? Не будет резких срезов сечения волновода.

[Asmodei]

Да наверное, проще сделать заднюю камеру и не мучиться всё к тому и идёт, жаль, диполь хотелось. Рупор не совсем правильный, о нижней частоте сложно говорить, там образующая сейчас ближе к конусу, на экспоненциальном выше 10 КГц большая неравномерность, провалы-пики, попробовал и отрезал начальную плавно расширяющуюся часть. Сейчас под углом 45 градусов ровная АЧХ от 3 до 16 КГц (вполне возможно, что и выше, микрофон+звуковая не тянут), по оси подъём децибел 5-6 от 8 КГц. Горб на полутора КГц видимо, от бафл-степа, EDGE показывает там неслабый подъём децибел на 4-5, так оно и есть на самом деле. У закрытого оформления проблемы бафл-степа сильно уменьшаются.

Offтопик:
Поставил Maxwell, не сказал бы, что простая в освоении, но более-менее разобрался, ничего нового по поводу своей магнитной системы не увидел, при таких магнитах и зазоре практически вся задняя часть поля магнитов в магнитопроводе, цифры индукции в зазоре тоже похожи на вышеуказанные, только чуть меньше, ближе к 0,3 Тл

[теоретизирующий практик]

цифры индукции в зазоре тоже похожи на вышеуказанные, только чуть меньше, ближе к 0,3 Тл

Так это по 3мм магнитов на сторону, и при ~10мм зазор?

[Asmodei]

Это по 6 мм магнитов на сторону и 12 мм зазор, проблема ещё и в том, что я купил магниты без указания марки магнитного материала, потому исхожу из худших предположений, что это N30 или 33
Тут появилось желание проверить ещё один момент, в динамических головках часто принимаются меры по предотвращению модуляции магнитного поля полем звуковой катушки, ставят медные (алюминиевые) кольца, колпачки на керн и.т.п. Что мешает поставить на ленточник, к примеру, медный бандаж вокруг магнитов и возможно снизить этим характерную вторую гармонику?