ВЛИЯНИЕ ОТВЕРСТИЯ В КЕРНЕ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ НА ТЕМПЕРАТУРУ ЗВУКОВОЙ КАТУШКИ НИЗКОЧАСТОТНОГО ДИНАМИКА

     При исследованиях температурного режима высокоскоростного электрокомпрессора ГАГЛИ-010 (мощностью 12 кВт и частотой вращения ротора 80 тыс.об/мин) отмечено, что организация воздушной продувки через зону обмоток синхронного электропривода снижает и стабилизирует температуру обмоток ( Исследование температурного режима высокоскоростного синхронного электропривода ).
  Было проведено аналогичное исследование на бытовом низкочастотном динамике типа 75ГДН. Полученные результаты хорошо согласуются с предыдущими исследованиями.

Испытания проводились на низкочастотном динамике типа 75ГДН (размером 10”), который применяется в бытовых акустических системах. Динамик предварительно был доработан: изготовлена новая звуковая катушка, в которую вмонтирован платиновый датчик температуры (чувствительный элемент ЧЭПТ-34-Pt100 производства НПП «Элемер»). Внешний вид чувствительного элемента показан на рисунке слева (для понимания масштаба рядом с ним размещена спичка), справа – новая звуковая катушка динамика с датчиком температуры.

Ниже представлены фотографии исследуемого динамика: слева – лицевая сторона динамика, в центре – вид динамика со стороны магнитной системы (МС), справа – вид на дополнительную колодку для проводников от датчика. Динамики этого типа изготавливаются в разных модификациях – с отверстием в крене МС или без него. В данном случае для испытаний выбран динамик с отверстием в керне.

При испытаниях динамик был установлен в закрытый ящик, причем установлен лицевой стороной внутрь ящика (магнитной системой наружу) – это было сделано специально, чтобы иметь возможность в ходе испытаний оперативно заглушать отверстие в керне пробкой. Результаты испытаний приведены на графике.

Температура окружающей среды в момент испытаний составляла 26 градусов Цельсия, поэтому начальная точка на графике соответствует этой точке.

При подаче на динамик синусоидального сигнала с частотой 38 Гц и амплитудой 10 вольт температура звуковой катушки начала увеличиваться (кривая «А» синего цвета), и примерно за 70-80 секунд поднялась до 41 град. Ц, а с 90-й секунды дальнейший рост температуры прекратился. Амплитуда колебаний подвижной системы динамика в этот момент составляла около 10 мм.

На 110-й секунде отверстие в керне было заглушено пробкой (кривая «Б» зеленого цвета), частота сигнала оставалась по-прежнему 38 Гц амплитудой 10 вольт. С этого момента в течение 30-40 секунд температура обмоток катушки уменьшилась до 34 град. Ц, после чего снова стабилизировалась.

Итак, если отверстие в керне имеется, то при указанных условиях разогрев катушки составляет 41–26=15 град. Ц; при отсутствии отверстия (или при заглушенном пробкой отверстии) нагрев составляет 34–26=8 град. Ц, т.е. разогрев катушки снижается почти в 2 раза!

Данный эксперимент показал, что наличие отверстия в керне приводит к ухудшению охлаждения звуковой катушки (но только на низких частотах). Далее для пояснений, почему происходит именно так, показаны схемы воздушного потока внутри динамика.

Подвижная система динамика совершает колебательные движения (вперед и назад), в результате на низких частотах внутри динамика под колпачком образуется попеременно либо сжатие, либо разрежение.

Слева показана схема динамика с отверстием в керне. Предположим, что диффузор движется в сторону к МС динамика, тогда внутри под колпачком возникает область избыточного давления (поз. 1), и сжатый воздух устремляется в отверстие в керне (по линии наименьшего сопротивления). При этом внутри магнитной системы образуется «застойная зона» (поз. 2), через которую почти нет продувки внешнего воздуха – поэтому обмотки разогреваются сильнее.

Справа на рисунке представлена аналогичная схема без отверстия в керне. В этом случае сжатый воздух устремляется в узкий зазор между керном и звуковой катушкой и далее в аналогичный зазор между катушкой и передним фланцем, и только потом выходит наружу через центрирующую шайбу из ткани (поз. 3). В итоге «застойная зона» отсутствует, а отведение выделенного тепла от звуковой катушки – более интенсивное.

Если на динамик подать средние частоты (с частотой более 300 Гц), то амплитуда колебаний диффузора резко уменьшается, и, соответственно, пропорционально ослабляется «мощность» воздушного потока через зазоры в МС.
Очевидно, поэтому на средних частотах наличие или отсутствие отверстия в керне никак не влияет на разогрев звуковой катушки, что и было отмечено в ходе испытаний.

Зачем же в таком случае делают отверстие в керне? Это делается, насколько становится ясно из проведенного эксперимента, для снижения компрессии под колпачком НЧ-динамика, чтобы устранить характерные «свистящие» призвуки от воздушного потока, прорывающегося с большой скоростью в узких зазорах звуковой катушки. В частности, при испытании «Б» (зеленая кривая), когда на динамик подавалась частота f=38 Гц, амплитуда колебаний подвижной системы составляла около 10 мм, и отверстие в керне было заглушено пробкой, отмечалось резкое появления посторонних призвуков от сильного воздушного потока в зазорах МС.

Как только пробка вынималась из отверстия в керне – посторонние призвуки тут же исчезали (!), а температура катушки снова начинала увеличиваться (до 41 град. Ц)…

Во время испытаний на динамик типа 75ГДН подводилась мощность в несколько раз меньше предельно допустимой для данного динамика, поэтому уровень разогрева звуковой катушки был незначительный. Тем не менее, можно сделать однозначный

ВЫВОД :
При воспроизведении динамиком низких частот отсутствие отверстия в керне (или в случае перекрытия отверстия заглушкой) приводит к усилению воздушного потока через область звуковой катушки, что интенсифицирует охлаждение и снижает температуру обмоток звуковой катушки; однако приводит к появлению характерных «свистящих» призвуков.
Наличие отверстия в керне снижает компрессию под колпачком, что почти полностью устраняет неприятные призвуки при воспроизведении низких частот, но «плата» за такое улучшение качества звучания – это снижение эффективности охлаждения звуковой катушки.

2018 г.

Ключевые слова : низкочастотный динамик, отверстие в керне магнитной системы динамика, температура звуковой катушки динамика, посторонние призвуки в динамике.