Magnetisk modulering i drivere

[Snickers-is]

Det er en liten tvist i dette med virkningsgrad. La oss si man kobler to 100dB drivere i parallell. Virkningsgraden stiger da med 3dB. Kobler man to til i serie med de to første stiger det ytterligere 3dB. Om man fortsetter slik til man har 1024 stk er virkningsgraden på 130dB. Imidlertid kommer dette sammen med en veldig stor konstruksjon der man ikke vil kunne få noe som minner om 4pi spredning.

 

[oks81]

Det er en liten tvist i dette med virkningsgrad. La oss si man kobler to 100dB drivere i parallell. Virkningsgraden stiger da med 3dB. Kobler man to til i serie med de to første stiger det ytterligere 3dB. Om man fortsetter slik til man har 1024 stk er virkningsgraden på 130dB. Imidlertid kommer dette sammen med en veldig stor konstruksjon der man ikke vil kunne få noe som minner om 4pi spredning.

Endelig en skikkelig forklaring på dette!
6dB økning ved parallellkobling og 0dB økning ved seriekobling som er mye nevnt her inne er jo egentlig en missforståelse som tar utgangspunkt i samme spenningssving og at amp leverer dobbelt ved parallelt og halvparten ved serie!
Ikke effekt levert av amp!

Litt klønete skrevet av meg, men du skjønner

Mvh
oks

 

[Snickers-is]

Helt klart. Man må skille mellom spenningsfølsomhet og virkningsgrad. Sistnevnte kalles i blant også effektfølsomhet.

 

[oks81]

Bra!
Heldigvis virker ohms lov enda

 

[Midas]

Det er en liten tvist i dette med virkningsgrad. La oss si man kobler to 100dB drivere i parallell. Virkningsgraden stiger da med 3dB. Kobler man to til i serie med de to første stiger det ytterligere 3dB. Om man fortsetter slik til man har 1024 stk er virkningsgraden på 130dB. Imidlertid kommer dette sammen med en veldig stor konstruksjon der man ikke vil kunne få noe som minner om 4pi spredning.

Enda mer OT, men muligens relevant: Dette er noe vi har drøftet en del på kontoret. Diskusjonen går i at enkle (passive PA) subber må settes inntil hverandre for å få akustisk kobling, altså å få økning i virkningsgrad. Det man ofte lurer på er hvor tett de må stå for å koble. Jeg har lenge tenkt på å gjennomføre en kvantitativ måling på hvor nære subbene må være plassert for å koble. De praktiske applikasjonene er det å velge stereosubber kontra sentercluster, osv.

 

[Asbjørn]

En kvart bølgelengde er vel en tommelfingerregel?

 

[Snickers-is]

Når subwooferne "kobler" akustisk så endres spredningsmønsteret. Det påvirker regnestykket ytterligere. Som Asbjørn sier, de må stå mindre enn en kvartbølge fra hverandre. Det er også en fordel om området mellom subwooferne ikke er "punktert". Altså om flere kasser er stacket sammen bør de stå inntil hverandre om akustisk kobling er målet.

</ot>

 

[Vidar Øierås]

Så er eksperiment med spole plassert bak på polstykket gjennomført.
Legg merke til kobberfolien som kortslutter talespolen.
Når jeg bruker et 1.5V batteri og dytter ledningene til spolene på denne, så knepper det i høyttaleren.
Den kortsluttede talespolen vil prøve å motsette seg endringer i magnetfeltet når 1.5V batteriet setter strøm på disse utvendige spolene.

Det er omtrent like lang kobbertråd på begge spolene. Når jeg aktiverer spolen bak på baksiden, så knepper det da også men med lavere lyd enn om det samme gjøres med den andre spolen.
Det betyr i prinsippet at det er mindre effektivt å kompensere for fluxmodulasjon med spolen på baksiden.
Forskjellen i styrken på kneppelyden er veldig stor.

Så dukker det opp et lite tankeeksperiment:
Hvis talespolen istedet er en lett sylinder i aluminium, og vi tilfører lydsignalet i den utvendige spolen, så vil aluminiumsylinderen motsette seg endringer i magnetfeltet og svinge i takt med påtrykket signal.
Det vi oppnår er kanskje ikke en optimal høyttaler, men et veldig lett motorsystem siden den bevegelige massen nå er redusert med noen gram kobberspole i talespolen.
En umiddelbar ulempe er her at høyttaleren ikke greier å gjengi veldig lave frekvenser fordi magnetfeltets endring påvirker talespolen bare i øyeblikket magnetfeltet er i endring og ikke etter at magnetfeltet har stabilisert seg. Jo tregere denne endringen er jo mindre kraft overføres til membranen, mens jo raskere endringen er jo mer kraft overføres til membranen.

Jeg skal finne tynnere kobbertråd for å få opp impedansen litt, og koble den til forsterkeren. Kortslutter den opprinnelige talespolen, så ser vi hvordan resultatet blir.

Vidar

 

[Snickers-is]

Det du beskriver er en emi-driver. Sjekk linken jeg postet tidligere i tråden.

 

[Snickers-is]

Jeg har fundert litt på dette med målemetode. Det vi ønsker å kartlegge er jo hvordan en driver fungerer under last, og hvordan driveren rent dynamisk responderer på høye effekter.

Det jeg ser for meg kunne være en metode er å kjøre en eller annen form for målesignal som subtraheres fra resultatet og burde i teorien stå igjen med en flat kurve.

Dette fungerer selvsagt bare på drivere, og ikke på komplette høyttalere der fasedreining vil ødelegge muligheten for å subtrahere signalet etterpå, og få et bilde av hva driveren gjør rent dynamisk. Man må da altså nøyaktig identifisere startpunktet og amplituden.

 

[Snickers-is]

Her er et eksempel på en relativt enkel motor som allikevel har en ganske betydelig fluxstabiliserende effekt:

 

[Bidland]

Hei Jørn Rune,

Interessant tråd, og det er jo artig med FEMM simuleringer. Ganske kult hva man kan gjøre med open source programvare!
Det kan se ut som du har to relativt tynne CU-hylser på polstykket, over og under gapet, og så en massiv ring innenfor magneten?
Sikkert bra i forhold til stabilisering av fluks.

Bakdelen med å ha såpass stor avstand mellom magnetens innerdiameter og gapet er at du får mye lekkasje av fluks mellom polstykke og topplate/magnet - under gapet. Jeg ser du har kompansert for dette med å forlenge polstykket, så BL-kurven er sikkert symmetrisk.

Det som ikke synes på en slik BL-kurve er retningen på kraften. Kraften som virker på spolen er normalt på feltlinjene. Feltlinjene i spredefeltet under gapet, i spolens nedre del, nærmer seg 45 grader på spolens ønskede bevegelsesretning. Det kan hende at du får krefter som drar spolen noe sideveis, hvis f.eks. opphenget ikke er 100% symmetrisk om aksen. Gummibølger er jo homogene av natur, men det kan hende at en sentreringsskive av et vevd materiale vil oppføre seg slik. Nå er jo feltet også forhåpentlig symmetrisk om aksen, men det skal ikke mye til før du får felter med høyere flukstetthet.

Hvilken spolediameter er dette for?

 

[Snickers-is]

Hei Bjørn Magne

Ja, FEMM er virkelig fantastisk, spesielt ift hva det koster

Det er aluminiumshylser i denne motoren. Det er faktisk for en ganske billig driver. Den kraftige ringen innenfor magneten kjører ganske mye strøm ved lave frekvenser, men ved høye frekvenser gjør den svært lite. Da tar imidlertid de to andre ringene over.

Det er noen begrensninger ift hvilke magnetstørrelser vi hadde tilgang til for denne driveren. Vi kunne bruke noen magneter som hadde mindre ID, men de var ikke kraftige nok til denne motoren. Imidlertid er toppen av forlengelsen, selv når den er avrundet, et såpass kraftig lekkasjepunkt at vi måtte velge den største avrundingen vi kunne for å ikke få kraftigere strøfelt over gapet enn under. Den skrå oversiden på polplata inn mot gapet er også en del av denne utbalanseringen.

Jeg har plottet normalkurver og sammenliknet med metningskurvene, og det er såpass svake felt som utgjør forskjellene på de to så jeg er ikke så veldig bekymret for det. Fluxkurvene har typisk vist ganske bratt stup over og under gapet. Her ser du normal og absoluttkurvene:

Noe av det jeg har forsøkt å motarbeide er de to klassiske DC-komponentene, hhv den paramagnetiske og asymmetri i magnetfeltet. Jeg tok ut en del verdier, for eksempel på +5 og -5mm mellom + og - 10A, og det samme på 2mm, bare for å sjekke at DC-komponentene var veldig små. En av faktorene som reduserte dette var å få inn et metningspunkt i polstykket.

Dette er for en 1" spole til en 4,5" bass/mellomtone. BxL-kurven ser slik ut:

Det er altså snakk om ca 6,5mm x-max@18%. 3,8mm@5% og 5,2mm@10%.

Brukte dere forresten noe særlig FEA-simuleringer på Seas da du var der?

 

[Snickers-is]

Glemte forresten å nevne at det ser ut til at induktansen også blir relativt lav og ganske linjær (vs x).

 

[Vidar Øierås]

Hva skjer med en kortere spole, rent bortsett fra at den blir sterkere? Siden en lang spole hovedsakelig får sine krefter fra der hvor det elektromagnetiske feltet krummer mest, altså i endene av spolen, så vil den lange spolen hovedsakelig arbeide et godt stykke over og under polstykket. En "uendelig lang" spole vil ikke ha noe kraftfaktor i det heletatt selv om strømgjennomgangen er den samme som i en kort spole.
Langsiden av spolen, der feltlinjene fra spolen treffer vinkelrett på feltlinjene fra magneten, er det svært liten kraft - mener jeg. Kanskje et større strøfelt vil gi sterkere motor? Hva om du runder av polstykket i stedet for at den er en loddrett vegg?

Hvordan vil en simulering av en underhengt spole bli i et tykkere polstykke?

Vidar

 

[Snickers-is]

En kortere spole har faktisk samme kraftfaktor, og det har også en lenger spole. Imidlertid, som du sier, blir en kortere spole "sterkere" fordi det kreves mindre effekt for å oppnå samme kraftfaktor. Dette er selvsagt gitt at man benytter samme tråd og bare fjerner eller legger til viklinger.

For å sammenlikne kraftfaktor med ulik impedans kan man ta kvadratet av kraftfaktoren delt på DC-motstanden.

Ellers vil en kortere spole gi mindre masse, lavere induktans, lavere resistans og kortere slaglengde. B*L(x)-kurven blir ikke så veldig endret, annet enn at den blir smalere. Hvordan selve buen blir avhenger, som Bjørn Magne er inne på, i stor grad av hvordan feltet utenfor gapet ser ut.

En underhengt motor ser heller ikke veldig annerledes ut. Men for en del applikasjoner er det en kjempefordel med den lave massen en kort spole gir.

Hvor tenkte du av å runde det av? Kan du lage en liten skisse kanskje?

 

[Vidar Øierås]

Avrundet polstykke sammenlignet med rett. Tanken er at siden spolen likevel er lengre enn høyden på polstykket, så vil vel kraftfaktoren bli jevnere med avrundet polstykke enn med rett. Spolen kan gjøres noe kortere og beholde slaglengde. Rent teoretisk burde fluxplottet vært en likesidet trekant for å kunne gi spolen samme kraft uansett hvor den er posisjonert.
Det tradisjonelle polstykket gir flatere flux i selve gapet, men det er ikke i selve gapet kraften påvirker spolen ved små utsving, men ved flankene på utsiden. For å gjøre kraftoverføringen jevnere, var tanken å spre magnetfeltet jevnt med gradvis redusert tetthet fra senter og utover.
Sikkert en helt høl i hue tankegang

Rett polstykke med samme åpning som den avrundede.

 

[Vidar Øierås]

Har laget en skisse over spolens magnetfelt og polstykkets magnetfelt, og hvilken kraft man kan forvente ved senter vs utsving på de to forskjellige polstykkene.
Det rette polstykke gir generelt høyere kraft, men gir ujevn kraft i forhold til utsvinget. Diagrammet skisserer kun hvordan kraften oppfører seg.

 

[Snickers-is]

Jeg sliter litt med begrepsforvirring her nå. Ikke for å være pirkete men jeg tror du blander feltstyrke og kraft.

Anyway, når vi beregner kraften så må vi gjøre et tilnærmet integral. En måte å gjøre dette på er ved å dele opp modellen i antall tørn på spolen og beregne gjennomsnittlig flux i feltet for vhvert segment som tilsvarer en vikling. Summen av disse multiplisert med omkretsen av spolen tilsvarer kraften i Tm eller N/A.

En mer presis metode er å gjøre FEA-analyse av både spole og magnetkrets. Jo mer nøyaktig man går frem ift materialer, boundaries osv jo mer nøyaktig blir resultatet.

Poenget er uansett at integralet av det buede gapet er veldig mye lavere enn integralet av et rett gap. Dermed blir kraftfaktoren også veldig lav. Som om ikke det var nok må et polstykke med denne geometrien underkuttes ganske kraftig. Tar vi bort 5mm fra radien på et gjennomboret 1" polstykke har vi redusert materialet med rundt 75%. Da står vi igjen med veldig få applikasjoner hvor dette kan anvendes.

Om vi ser på B*L(x)- kurven og hva som bidrar til ulinjæritet så er det veldig avhengig av lekkasjefeltet. I din variant ser lekkasjefeltet ut som det i en vanlig motor, bare med kortere gap og høyere maksimal flux.

Når man har en bevegelse på +/-2mm i en spole på feks 10mm har vi et "fast" område på 6mm + et variabelt område på 4mm i hver ende. Det betyr litt om flankene stiger og synker jevnt, men betydningen av dette avhenger også av forholdet mellom integralene av de to områdene. Om man senker total flux i det faste området blir påvirkningen av de variable områdene mye større.

 

[Snickers-is]

Vidar: hvordan kom du frem til de kurvene du kaller spolens magnetfelt?

 

[Snickers-is]

Bjørn Magne: for ordens skyld så er det ikke samme motoren som er utgangspunkt for alle simuleringene i denne tråden. De med de veldig flate kurvene er en underhengt mellomtone med lengdesymetrisk motor. Den er også 1".

 

[Bidland]

OK, så de to første grafene i post #253 er samme system som i #251?
Det ser jo ikke helt galt ut på normalkurven. Noe usymmetri er det jo, men det kommer man nesten ikke unna.
Har du plotta Bl(x) for denne også?

Jeg lurer litt på hvorfor du har den innsnevringen i polstykket nær gapet?
Uten denne vil du kanskje ikke komme nær den metningen du er ute etter noe sted i kretsen?

 

[Snickers-is]

Den første kurven er normalkurven for feltet i gapet. Den andre er absoluttkurven for feltet i gapet. Du finner jo Bl(x)-kurven i samme innlegget (gikk det litt for i svingene?)

Reduksjonen i polstykket gjør at man kan få metningspunktet veldig nær gapet. Det gjør det umettede partiet mellom metningen og spolen veldig kort. Dette viste seg å ha større effekt i polstykket enn i polplata.

 

[Snickers-is]

Siden vi er i full gang med current drive er det jo på sin plass å bumpe denne tråden her også, den engasjerte jo mange for to år siden, og emnet current drive burde jo engasjere de samme menneskene.

Kort sagt kan man si at current drive ikke fjerner fluxmodulasjon, men at voltage drive kan forsterke den noe.