В этой статье будет представлен учебный материал, не только что такое звуковая катушка для динамика, но как определить или изготовить звуковые катушки самому.

Звуковая катушка для динамика

Здесь рассматриваются основы звуковых катушек, материалы и размеры катушек, методы намотки звуковых катушек, конфигурации, советы и рекомендации, а также типы проводов — это ценный, краткий сборник уникальных знаний.

С 1990 по по наши дни индустрия намотки звуковых катушек в России медленно и болезненно уничтожалась. Большая часть индустрии сборки динамиков переместилась в Китай, но последние несколько отечественных намотчиков катушек остались, поскольку они предлагали катушки чрезвычайно высокой мощности, катушки из плоской проволоки с высоким коэффициентом сжатия или другие уникальности.

В конце концов, в Азии приобрели большую часть этих возможностей. Сегодня в России остается мало компаний, которые занимаются намоткой и поставкой своих высокопроизводительных звуковых катушек. В любом случае, мы не публиковали руководства по намотке катушек на сайте Звукомания много лет, так что начнем.

Основы звуковой катушки для динамика

Типичная звуковая катушка динамика состоит из компонентов:

• бобина,
• провод,
• кольцо,
• клей
• кабель для вывода.

Звуковая катушка начинается с вырубки, предварительно покрытой клейкой заготовкой, на которую наматывается провод звуковой катушки. Заготовка такой шпульки будет зависеть от многих факторов. Конечно, диаметр бобины зависит от диаметра зазора звуковой катушки.

Зазор, указанный от полюсного наконечника до катушки, обычно меньше, чем зазор, указанный от внешнего диаметра катушки до верхней пластины. Трение полюсного наконечника о катушку менее разрушительно, чем трение изоляции катушки о верхнюю пластину, и компенсирует коэффициенты расширения катушки из-за нагрева.

Высота катушки динамика зависит от множества факторов, в том числе:

• Высота намотки звуковой катушки.
• Расстояние между верхней частью пакета звуковых катушек и крестовиной.
• Расстояние между верхней частью катушки и крестовиной обеспечивает зазор, необходимый для предотвращения контакта крестовины с корзиной/верхней пластиной при движении вниз. Как правило, этот размер является побочным продуктом выбора конкретного диффузора и корзины динамика.
• Расстояние, на которое шпулька выходит за пределы соединения шейки и вершины конуса. Если шпулька выдвигается слишком высоко, необходимо использовать пылезащитный колпачок большего или более глубокого размера.

  

Намотка звуковой катушки включает размещение заготовки на оправке, формирование из нее цилиндрической бобины и намотку провода на форму. Когда катушка наматывается на бобину, изоляционное покрытие (и термореактивное клейкое покрытие на заготовке) активируется спиртом/ацетоном или другой системой растворителей.

Метод мокрой намотки проволоки звуковой катушки динамика

В качестве альтернативы используются методы мокрой намотки проволоки, обычно для звуковых катушек динамиков очень высокой мощности. В этом случае клей наносится на изолированный магнитный провод с неклейким покрытием как часть операции намотки. Затем вся сборка звуковой катушки отверждается. Традиционно рулон запекают, чтобы затвердел термореактивный клей, образуя молекулярную связь.

Время запекания будет больше, чем заявленное время отверждения клея, и будет зависеть от калибра проволоки (AWG), который может варьироваться от № 35 до № 28, и количества слоев, от однослойной плоской проволоки до четырех слоев (или даже восьми слоев).

Чтобы обеспечить приблизительное руководство, если клей номинально требует 25 минут при 425 ˚F, то небольшой рулон (небольшой толщины/малого диаметра) можно запекать в течение 30 минут при 425 ˚F. Для большого змеевика диаметром от 3 до 4 дюймов может потребоваться 80 минут при температуре 450°F.

В качестве альтернативы производители динамиков, внедряющие этот процесс самостоятельно, могут начать с заготовок с покрытием и намотать их либо непосредственно на бобину, либо прикрепить бобину к готовому набору катушек, который нарезан (это чаще встречается в звуковых катушках из плоского провода).

Крепление звуковой катушки

Существует много способов крепления звуковой катушки/шпульки к крестовине и конусу. Соображения стоимости, температурных возможностей, простоты нанесения, времени отверждения, прочности сцепления и влияния на частотную характеристику должны быть сбалансированы для достижения наилучшего компромисса для конкретного применения.

Независимо от материала катушки, в приложениях, где динамик будет подвергаться воздействию высокой мощности при первоначальном использовании, сборка катушки должна подвергаться окончательной низкотемпературной (150°F) сушке в течение 12 часов, чтобы обеспечить медленное контролируемое выделение газа. Это устранит образование пузырей в изоляции провода между катушкой.

Конструкция звуковой катушки

Давайте углубимся в материалы подложки катушки, начнем с некоторых соображений по требуемой/желаемой прочности, механическим и электрическим свойствам, а также допуску температуры. Внешняя сторона заготовки покрыта тонким слоем термореактивного клея. Заготовки часто покупают предварительно покрытыми у «конвертера», который представляет собой фирму, которая наносит покрытие и прорези, а также хранит материалы для обмотки звуковой катушки.

Покрытие и преобразование

Толщина покрытия влияет на общую толщину пленки, но ее следует указывать отдельно от самой пленки-основы. Что касается толщины бобины, то там, где масса/толщина имеет решающее значение (например, в твиттерах), используются бобины толщиной 1 или 2 мила, а толщина 2 и 3 мил идеально подходит для стандартных автомобильных громкоговорителей. Толщина бобины 3 мил популярна для многих потребительских аудио применений (например, звуковых панелей и дешевых динамиков), а толщина 5 мил используется там, где критична прочность стенок (например, динамики с более высокой выходной мощностью, особенно низкочастотные).

Шпулька катушки

Конфигурации шпульки — шпульки могут иметь спиральные или стыковые соединения. В зависимости от диаметра звуковой катушки ширина стыкового зазора обычно составляет от 1/64 до 1/32 дюйма. Этот зазор будет увеличиваться при высокотемпературной работе звуковой катушки. Спиральные бобины использовались для улучшения округлости катушек, где требуются узкие зазоры звуковой катушки.

На первый взгляд, неэлектропроводные подложки катушек не требуют зазора, так как перекрытие не создаст короткозамкнутого витка. Закороченные витки с электропроводящими материалами приводят к индуктивным эффектам, таким как сильные вихревые токи, более высокие искажения, раскачивание катушки и нагрев. Есть много превосходных динамиков с алюминиевыми катушками, в конструкции которых используются методы подавления вихревых токов (медный колпачок, короткозамыкающее кольцо), чтобы избежать искажений при увеличении демпфирования. Тем не менее, большинство катушек разделены, чтобы приспособиться к тепловому расширению звуковой катушки.

Вентиляция шпульки звуковой катушки

Некоторые инженеры по акустическим системам используют отверстия, пробитые в шпульке между верхней частью стека звуковой катушки и шейным соединением. В первую очередь этот прием используется для улучшения охлаждения. Благодаря этой форме вентилирования шпульки можно уменьшить нарастание давления в воздушной полости за пылезащитным колпачком.

Другими положительными эффектами являются уменьшение массы и демпфирование крутильных резонансов катушек. Одним из не очень привлекательных эффектов является неприятный «свист» турбулентности, который может возникнуть, если скорость воздуха через вентиляционные отверстия слишком велика или если вентиляционные отверстия частично заблокированы при больших отклонениях. Если вентиляционные отверстия слишком велики, структурная целостность бобины может быть нарушена, что может привести к короблению.

Воротники звуковой катушки

Воротник представляет собой один или несколько витков ленты, расположенной между пакетом катушки и шейным соединением. Часто воротник доходит до шейного сустава. В первую очередь хомут используется для надлежащей фиксации выводных проводов от катушки, но выводные провода также могут быть приклеены непосредственно к бобине.

Второстепенными свойствами воротников являются усиление адгезии и сохранение округлости. Дополнительные цели могут включать в себя дополнительную прочность стенки катушки, температурную изоляцию между катушкой и конусом, а также в качестве поправочного коэффициента для установки катушек, которые слишком малы для стандартного внутреннего диаметра конуса.

Термические свойства звуковой катушки

Алюминиевые катушки популярны из-за высокой теплопередачи, но могут привести к чрезмерному нагреву соединения шейки не только из-за их теплопроводности, но и из-за эффектов самонагрева от вихревых токов. Если в шейном соединении ожидается высокая температура, это может потребовать компромисса при выборе клеев.

Кроме того, вихревые токи неравномерны по ширине бобины из-за расхождения индуцированного тока на каждом конце листа. Это приводит к опрокидывающей или наклонной силе, индуцируемой звуковой катушкой, которая пропорциональна скорости конуса.

Термореактивные полиимиды имеют значительно меньшую массу, чем алюминий, и, поскольку они не являются электропроводными, не закорачивают звуковую катушку в случае нарушения изоляции между катушкой и катушкой. DuPont Kapton, UBE Ulpex и Kaneka Apical являются ведущими поставщиками термореактивных полиимидов (PI), и их не следует путать с термопластичным PI, которые часто поставляется китайскими поставщиками звуковых катушек.

Термопластичные пленки размягчаются при более высоких температурах и могут привести к «срыву рулона» и деформации бобины при гораздо более низких уровнях мощности, чем термореактивный PI. Стекловолокно и композитные материалы также использовались на катушках для мощных вуферов и сабвуферов с хорошими результатами.

Проволока для звуковой катушки

Магнитная проволока для катушек динамиков доступна в широком диапазоне размеров, профилей поперечного сечения и изоляционных покрытий проводов. Изоляционный слой называется базовым покрытием и доступен с клеевым соединением, которое является верхним или внешним связующим слоем. Магнитный провод часто предварительно покрывают клеем, который реактивируется во время намотки. В качестве альтернативы кабель можно наматывать мокрым способом, при этом клей для верхнего покрытия наносится на провод с неклейким покрытием во время операции намотки.

Сечение провода, часто называемое AWG, выбирается с учетом ряда факторов, включая желаемое сопротивление постоянному току, массы, передачу (текущей) мощности и магнитной системы.

В мощном сабвуфере может использоваться провод калибра 28 AWG, в то время как для супертвитера может использоваться провод калибра 38 AWG. Тонкая проволока считается от 34 AWG до 44 AWG. Обратите внимание, что с AWG диаметр 32 AWG вдвое больше, чем у 38 AWG, а 26 AWG в два раза больше диаметра 32 AWG и так далее. Каждые шесть размеров увеличивают допустимый ток в 4 раза, а каждые три размера увеличивают мощность в 2 раза. Помимо материалов проводника, прочность прямо пропорциональна площади поперечного сечения провода.

Для динамиков чаще всего используется медная проволока, хотя также используются алюминиевые и алюминиевые проволоки с медным покрытием (CCAW). Медь обладает большей проводимостью, чем алюминий, и замена меди алюминием требует провода большего диаметра для той же проводимости. Медь обладает превосходной прочностью и гораздо легче паяется, чем алюминий. В настоящее время разрабатываются новые сплавы, которые будут иметь преимущества по сравнению с существующими проводниками.

Соединение кабелей в звуковой катушке динамика

Соединение выводного провода с алюминиевыми звуковыми катушками требует использования специальных флюсов или методов механического (обжимного) соединения. Алюминий предлагает меньшую массу с большей проводимостью на единицу веса, чем медь.

Алюминиевая проволока уязвима для работы — она затвердевает при использовании при повышенных рабочих температурах, что приводит к ее хрупкости и выходу из строя. Кроме того, алюминий расширяется более чем на треть больше, чем медь, при тех же температурах. CCAW обладает многими преимуществами обоих материалов, но все же не так прочен, как медная проволока.

Круглый кабель или плоский кабель в звуковой катушке динамика

 Круглый провод чаще всего используется в звуковых катушках. В высококачественных динамиках иногда используется сплющенный и намотанный на ребро провод. Преимущества включают большую плотность проводов в зазоре, а один слой плоского провода имеет меньшую индуктивность, чем два или более слоев круглого кабеля. Гораздо проще купить катушки из плоской проволоки, чем производить их. Плоская проволока требует, чтобы круглая проволока была сплющена (обычно с помощью роликов) и намотана на катушку.

Проволока может быть сплющена до различных соотношений сторон, наиболее распространенными являются 4: 1 или 5: 1, а современные достижения достигают 7: 1 и выше.

Устройства для намотки звуковых катушек динамиков малого и среднего размера

Требуется осторожность и специальные приемы, чтобы предотвратить растрескивание изоляции провода на краях сплющенного провода. Если CCAW сплющен, то необходимо найти поставщика, который может поставить этот провод с очень ровной оболочкой. Затем намотанный плоский провод можно намотать ребром на бобину звуковой катушки. Намоточный станок должен работать очень плавно (ролики с механическим импедансом и т. д.), иначе проволока может порваться.

Поскольку катушка с плоской проволокой обычно имеет один слой, необходимо использовать специальные методы, чтобы вернуть проволоку обратно в верхнюю часть катушки. Катушки из плоской проволоки обладают многими преимуществами по сравнению с катушками из круглой проволоки.

Для достижения наилучших характеристик и достижения радикальных пропорций провода провод можно сплющить, а затем покрыть изоляцией. Для этого требуется полная производственная мощность магнитной проволоки. Недавней тенденцией является квадратный провод, который обеспечивает более высокую плотность провода (поперечное сечение проводника в милах) в зазоре, но позволяет избежать проблематичного однослойного обратного провода из плоского провода.

Изоляция кабелей катушек динамиков

Для магнитопроводов предлагается множество типов изоляции проводов с характеристиками, оптимизированными для трансформаторов, реле, часов, двигателей, генераторов и т. д. Для звуковых катушек динамиков поле сужается, но выбор по-прежнему велик. Для динамиков высокой мощности стоит проверить магнитный провод, направленный на инверторные электродвигатели.

Существует довольно много составов и обозначений изоляции проводов, в том числе признанный Лабораториями страховщиков (UL) умеренный класс и спецификация Национальной ассоциации производителей электрооборудования. Некоторые из более совершенных намотчиков катушек имеют свои собственные рецептуры.

В производстве изоляция 220 C не сгорает, когда вы пытаетесь соединить (припаять) обмотку катушки динамика, поэтому для снятия этой жесткой изоляции потребуется абразивная или химическая операция. Конечно, если вы собираете дорогие и мощные динамики, это небольшая цена.

Если эксплуатация при высоких температурах маловероятна, то процедуры сборки катушки можно упростить, используя изоляцию на 130°C (обычно нейлоновый полиамид) или 180 SV C. Производители проводов классифицируют снятие изоляции на три класса — под пайку (изоляция провода разрушается при пайке); удаляемый реагентом или другим химическим способом; и механический (т.е. абразивный метод).

Кабель вывода звуковой катушки динамика

Типы выходных проводов различаются в зависимости от динамика. Существует множество вариантов плетеной проволоки с разным сечением или тканевыми нитями, вплетенными в проволоку.

В качестве альтернативы, в мощных твитерах и компрессионных драйверах иногда используются плоские проводники из фосфористой бронзы или бериллиевого сплава. Для выводных кабель можно выбрать различные варианты заделки проводов, включая расстояние между проводами и использование манжеты между пакетом катушек и шейным соединением.

 

ИТОГИ

Всегда сложно дать исчерпывающее руководство вместе с некоторыми предостережениями, не уходя в сторону. Большинство отдельных тем легко могли бы стать полноценной статьей. Я надеюсь получить интересные новости о звуковых катушках, так как есть революционные разработки в области магнитных проводов, полученные в результате исследований двигателей электромобилей.