Колонки с неодимовым магнитом

Преимущества НЕОДИМА в автозвуке

Самыми перспективными в настоящее время являются спечённые постоянные магниты из редкоземельных металлов, в частности, неодимовые магниты, имеющие рекордные по сравнению с привычными ферритовыми магнитами характеристики. Если это “честный” NdFeB — неодим-железо-бор, с чистым неодимом, а не с применением смеси редкоземельных металлов (так называемым мишметаллом), которую используют в целях удешевления, то по сравнению с привычными ферритовыми магнитами их магнитная энергия почти на порядок выше. Она больше, чем у всех известных материалов. Проще говоря, мотор динамика с той же мощностью, но на неодиме будет в разы меньше, чем на феррите, что принципиально уменьшает его вес и габариты, имеющие огромное значение при инсталляции многодрайверных систем.

Вторым неоспоримым преимуществом неодимового магнита перед ферритовым является его высокая стойкость к размагничиванию. В реальных условиях со временем он практически не теряет своих свойств. Размагничивание может составлять не более 1-2% за 10 лет.

Бытует мнение, что недостатком неодимовых магнитов является их нестабильность при нагреве, но эта проблема давно решена и применяемые марки способны работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне – 60 ….+ 240 °С

Неодимовый магнит в силу своих размеров не подвержен риску получения повреждений, вызванных перепадом температур в процессе работы. Массивный ферритовый кольцевой магнит в отличии от неодимового в условиях жёсткой эксплуатации при низких температурах из-за перепада температур внутри и снаружи магнитной системы, вызванного нагревом звуковой катушки подвержен риску повреждения – высока вероятность треснуть. Особенно это актуально при установке в дверях, где температурный режим особенно неблагоприятен.

Источник

Ферритовые магниты vs. неодимовые в акустических системах: что эффективнее?

Вот, пишут, например:

«. срок службы магнита или количество времени, в течение которого магнит сохраняет свои магнитные характеристики. Неодимовый магнит теряет порядка 1% в течение 100 лет, в то время, как ферритовый магнит уже через 8-10 лет полностью теряет свои магнитные свойства и становится обычным куском железа. ».

Получается, что акустика на ферритовых магнитах через 8-10 лет становится мягко говоря не соответствующей своим изначальный параметрам? В отличие от акустики на неодимах?

Ответы

На работе померял теслометром напряженность вектора магнитной индукции в зазоре разобранного старого 10ГД-30б динамика 1984 года, там около 0.8 Тл. Может и больше, просто зонд теслометра туда не совсем пролезает. По паспорту у него в новом виде должно быть 0,90-0,95. Феррит только от тепла деградирует, от комнатной заметно не стареет.

Ещё добавлю про альнико, — вот они точно деградируют: наш физик с работы говорит, что намагничивают его ещё комочком в момент застывания из расплава, поэтому перемагнитить старый альнико на нашей установке практически нельзя (ферриты и неодим перемагничиваем). Поэтому от винтажа с альнико магнитами я бы действительно воздержался.

В производстве у нас используются магниты неодимовые для специальных применений с повышенной термостойкостью до 120гр С марки N48H до 4,5 Тл. Такие же в винчестерах HDD, по-моему, используют. Думаю в динамиках такие не встретить, так как они в 2-3 раза дороже обычных до 80гр С.

Сейчас у нас ходят слухи, что у монопольных в этом деле китайцев появились неодимовые магниты до 7 Тл. Слухи проверяем, производителя ищем, есть мнение, что пока гражданским это недоступно, и всё семерки идут на двигатели постоянного тока для беспилотников и подводных лодок КНР. С аудиофильской точки зрения доступность таких магнитов могла бы ещё раз встряхнуть аудиоиндустрию.

Эх, попробовать бы ещё платиновые. Не приходилось работать с такими?

Источник

Неодимовые громкоговорители – «что это такое и с чем это едят». Взгляд со стороны практика

Вячеслав Новиков,
Дмитрий Меншутин,
DR. Sound, LT
http://drsound.ru/

Что такое неодимовые громкоговорители и с чем они ассоциируются?
Думаю, каждый, кто имел дело с неодимовыми громкоговорителями, знает, что они гарантируют малый вес динамиков при том же кпд, а в сочетании с пластиковым корпусом колонок, импульсным блоком питания и усилителем D-класса мы получаем «мечту тамады». Которую очень легко транспортировать и даже можно (до определенной степени, конечно) кантовать.
Однако мало кто себе представляет, какие возникают подводные камни» при их использовании.

Неодим в динамике

Начнем с исторической справки. В Периодической системе элементов Менделеева элементы под NN 59 (празеодим) и 60 (неодим) появились после разделения дидима в 1885 году, который считался раньше единым элементом. За данное достижение мы должны быть благодарны австрийскому химику Карлу Ауэру фон Вельсбаху. Выделить чистый неодим удалось лишь в 1925 году.
Цены на неодим даже сейчас, в кризис, отнюдь не бюджетны — котировка килограмма на LME составляет порядка 160 долларов (а в конце прошлого года цены колебались вокруг 280 долларов), и этому есть две причины. Первая – это то, что выделение чистого неодима среди химически подобных ему так называемых редкоземельных элементов очень сложно. Вторая – это то, что неодим является незаменимой легирующей добавкой для титана – всего 1,5% неодима увеличивают прочность последнего в полтора раза. Понятно, что на цену такой полезной добавки особо не смотрят. Нас же интересуют все-таки магниты.

Эталон компактности неодима

Первоначально неодим применялся в составе NdCox/NdYCox магнитов как замена еще более дорогого самария в магнитах системы R-Cox.
Но в 80-е годы XX века были сначала теоретически предсказаны, а затем получены постоянные магниты системы Nd-Fe-B с рекордными характеристиками магнитных свойств: остаточной магнитной индукцией («сила магнита») и коэрцитивной силой (сопротивляемость размагничиванию). Произведение остаточной индукции на коэрцитивную силу дает так называемую магнитную энергию, у лучших серийных образцов достигающую 50 миллионов гаусс*эрстед, или примерно 80% от теоретического предела. На практике это означает, что два магнита размером всего в несколько сантиметров не сможет разъединить руками даже Шварценеггер (из-за чего, кстати, при обращении с ними нужно соблюдать специальные меры предосторожности). А свою «магнитную силу» в нормальных условиях они теряют лишь на 1 % за 100 лет.
В то же время неодимовые магниты нельзя считать идеальными – кроме достоинств у них есть и недостатки.
Сейчас с использованием неодима производится в основном два типа магнитов: «истинный» NdFeB — неодим-железо-бор или, если требования к магнитной энергии на единицу объема не так высоки, чистый неодим заменяют смесью неодима с другими редкоземельными металлами (так называемым мишметаллом). Смысл замены в том, что то же количество неодима в составе мишметалла стоит дешевле.
Физические характеристики спеченного NdFeB (неодим-железо-бор):
Плотность материала – 7,4 (г/см3);
Температура Кюри – 310-340 (град. С);
Твердость по Виккерсу – 600 (Hv);
Электрическое сопротивление – 130-150 (Ом/см);
Остаточная индукция – 8000…13500 гаусс (0.8…1.35 Тл);
Коэрцитивная сила – 4000…12000 эрстед.
Эти магнитные свойства намного (в разы) выше, чем у ферритовых магнитов.
Но за безусловные достоинства приходится платить. И отнюдь не только деньгами.
Ферритовые магниты, состоящие из спеченных оксидов (то есть керамики), хотя и хрупки, но абсолютно не боятся коррозии и низких температур. Неодимовые же наоборот – без защитного покрытия легко окисляются, а во влажном воздухе даже превращаются в труху.
Дабы неодимовый магнит не терял товарного вида, его всегда гальванически покрывают тонким слоем защитного металла (никеля). Толщина этого покрытия далеко не всегда превышает несколько микрон, как следствие, это покрытие может быть повреждено прямо на заводе в процессе сборки динамика или при установке его в акустическую систему. Проблема в том, что от любого отверстия в покрытии начинается коррозия магнита, продукты этой коррозии, большие по объему, чем исходный материал, приводят к отслаиванию покрытия вокруг первоначального отверстия, и процесс развивается по нарастающей. В конечном итоге с полки магазина мы получаем уже поржавевший магнит, и даже не имеем возможности это заметить. Другое дело, когда динамики поставляются как запасные части — упакованы они гораздо бережнее (в картон и пенопласт, полиэтилен или бумагу), да и вообще, когда товаром является не целое устройство, а лишь его запчасть, отделы технического контроля гораздо жестче выбраковывают «некондицию».

Пример с радиатором

В идеальном варианте магнит защищает от внешней среды не только покрытие, но и радиатор. Тут-то мы и переходим к следующей проблеме.
По «нежности» неодимовые магниты в чем-то похожи на яйца.
Допустимый температурный режим у неодимовых магнитов довольно узок. Во-первых, они плохо переносят и жару, и холод, а во вторых – температурный коэффициент расширения у них довольно сильно отличается от окружающих их материалов магнитопровода. Одна знакомая тамада зимой забросила свои новые итальянские колонки в гараж из металлического каркаса, а через какое-то время повезла их на мероприятие. Каково же было ее удивление, когда, проработав «с холода» 20 минут, они замолчали.
В данном казусе, конечно же, виновато игнорирование свойств аппаратуры, ибо в руководстве пользователя черным по белому описан температурный режим хранения и эксплуатации.
Произошла простая вещь – съехала катушка и вдобавок магнит потерял почти всю свою магнитную индукцию.
Историй про перегрев, к сожалению, у нас нет, но найдется несколько замечаний.
В любом неодимовом громкоговорителе, особенно в высокочастотных «пищалках» есть небольшие «вентиляционные» отверстия в магнитной системе. Сделаны они отнюдь не для повышения качества звучания, а имеют вполне прикладное применение – воздух должен гулять вокруг катушки, не давая ей перегреваться и перегревать магнит, становящийся от перегрева весьма и весьма хрупким (и могущим потерять магнитную энергию). Во-первых, защитное покрытие не выдержит перегрева и уже через несколько дней мы увидим окись вокруг катушки, а во-вторых, при определенной температуре магнит потеряет минимум половину индукции.
Также следует обратить внимание на хранение – при неправильном хранении, например, в пыльном гараже, те самые отверстия, предназначенные для вентиляции, забиваются пылью со всеми вытекающими из этого последствиями. И это не было бы особой проблемой при отсутствии на площадках дым-машин. Основой рабочих веществ для них чаще всего является глицерин, накрепко проклеивающий «пылевой теплоизолятор» и заполняющий мельчайшие полости и щели устройств.
Особого внимания заслуживает и вопрос использования отечественным производителем неодимовых головок, но об этом, а также о «самопале» и «самопиле» мы поговорим в следующий раз.

Источник

Неодимовые динамики

Неодимовые динамики

Магнит является один из важнейших конструкции электродинамичности в динамиках. Магниты уже давно применяется в изготовлении динамиков, но особенную популярность приобрели именно в наши дни. Переменный ток, проходящий через обмотку динамика, взаимодействует с магнитным полем находящегося в нем магнита, что вызывает в соответствии с законом Ампера, переменную силу, воздействующую на диффузор динамика.

В современных конструкциях динамических головок применяю несколько иную конфигурацию, катушка движется не в цилиндрическом задоре, да и сама не является цилиндрической по норме, а напоминает скорее спираль. Диаметр катушки выбирается исходя из размеров магнита для оптимального нагрева проволоки и индуктивности, чем больше диаметр катушки, тем больше магнит и шире диапазон частот. Меньший диаметр, выдаёт меньше верхов.

Магниты в динамиках бывают: керамические, фееритовые, alnico и неодимовые.
Каждый их них создает свое магнитное поле и завихрение магнитных потоков, что в итоге и влияет на звук.

Считается, что alnico имеет менее резкую «атаку», спокойное и мягкое звучание «smooth», мягкий неплотный низ и читаемый «колокольчиковый» верх.
У керамики более «зернистое» звучание, с выраженной серединой и верхом, более высокая читаемость и субъективно, более быстрая/резкая реакция.

Феррит считается хрупким, но не боится коррозии и низких температур (хотя при температуре минус 60 градусов имеет свойство размагничиваться).
Неодимовые магниты, сочетают и то и другое, с быстрой атакой и точностью передачи.

Неодимовые динамики — это те, во внутренней части присутствует неодим.
Неодимовый магнит считается одним из самых мощных магнитов в природе. Не смотря на его маленький вес и крошечные размеры, эти магниты обладают огромной силой сцепления, чем пользуются производители техники. Неодим легко окисляется, хотя и покрывается тонким защитным слоем никеля в несколько микрон.

Динамик использует взаимодействие между переменным магнитным полем, генерируемым проволочной катушкой, и постоянным магнитным полем, создаваемым неодимовым магнитом.
Основные преимущества — высокая эффективность и легкость, что особенно важно для производителей домашней акустики. Например, для получения качественного звука можно воспользоваться и традиционными решениями, но в этом случае колонки могут стать тяжелыми и неудобными.
В звуковых катушках неодим отвечает за передачу частотного диапазона, а следовательно — за чистоту звука и его насыщенность.

Звучат они лучше других, но у динамиков с неодимовыми магнитами есть недостатки:

• высокая цена, так как магнит имеет высокую цену;

• подвержен ржавению, так как в составе есть железо. Устранить эту проблему смогли, покрывая их неодим защитным слоем.

• невозможность перемагнитить изделие, излучает сильное магнитное поле, нужна более сложная конструкция;
• неустойчивость к перегреву и риск размагничивания.Чтобы решить проблему с перегревом, на магнитные цепи приходится ставить радиаторы, выполняющие функцию отвода тепла.

Источник

Компендиум, или краткое руководство по High End-аудио. Акустические системы, статья. Журнал «АудиоМагазин»

Знаете ли вы, какая часть электродинамического излучателя самая дорогая? Нет, не золотая катушка и не диффузор из японской бумаги, а магнит.

Сохранить и прочитать потом —

СКОВАННЫЕ ОДНОЙ ЦЕПЬЮ

Изложенная в предыдущей части задача магнитной цепи — создать высоколинейное и мощное магнитное поле в воздушном зазоре, в котором перемещается звуковая катушка, — возложена не только на магнит, а на весь магнитопровод: магнит (магнитомягкий материал), задний и передний фланцы плюс керн (магнитотвердые материалы). Да что там, геометрия воздушного зазора и воздух в нем могут как помочь, так и навредить, причем в такой степени, что никакой магнит не исправит положения. Ведь вместо воздуха в зазоре может быть специальная магнитопроводящая среда, например ферромагнитная жидкость. Но об этом позже.

ЧТО ОБЩЕГО У АНГЛИЧАНИНА ДЖИЛБЕРТА, ДАТЧАНИНА ЭРСТЕДА, ФРАНЦУЗА АМПЕРА И ХОЛОДИЛЬНИКА?

Магнит — это вещь, природа которой понятна всем. Для звукотехники вроде все предельно просто: нужен магнит помощнее. Так оно и есть, но при этом в мощном излучателе, например низкочастотном, магнитная цепь нагревается. По звуковой катушке течет ток, и вследствие ее сопротивления выделяется тепло.

А теперь вспомните про паспортную мощность НЧ-динамика. 100 Вт? Пожалуйста! 200 Вт — тоже не редкость.

При большом сигнале катушка такого динамика может разогреваться до 200 градусов, а его магнит — до 100 градусов. Не без помощи постоянной Стефана-Больцмана, конечно.

Нагрев звуковой катушки вызывает такое неприятное явление, как компрессия, когда за счет роста сопротивления при нагреве начинает снижаться чувствительность и ухудшаются другие электроакустические параметры излучателя.

Подобная деградация особо характерна для медного провода звуковой катушки, будь он чистотой 99% или 99,9999%. Нагрев же магнита чреват потерей его намагниченности. Причем в отличие от случая со звуковой катушкой тут тепловые последствия будут необратимыми и заметными на слух даже в условиях домашнего, а не концертного применения.

Исторически первым шагом в погоне за мощностью магнитного поля в излучателе стал электромагнит, то есть дополнительная обмотка вокруг керна, на которую подавался постоянный ток и которая повышала напряженность магнитного поля в зазоре магнитной цепи. В 30-е годы из сплава железа, алюминия, никеля и кобальта под названием альнико научились отливать удобной формы магниты, отлично подходившие для тогдашних динамиков, которые, напомню, использовались с ламповыми усилителями небольшой мощности и, соответственно, должны были иметь высочайшую чувствительность; к мощности особых требований не предъявлялось. Иными словами, в них были немыслимы температуры нагрева выше 50°. С появлением более мощных усилителей выяснилось, что альнико после нескольких циклов нагрева теряет намагниченность, к тому же из-за политической ситуации в бассейне реки Конго в конце 1970-х кобальт стал роскошью (за год его цена поднялась на 2000%), и магниты снова стали электромагнитными. Нет, не так, конечно. К счастью, с 1950-х годов стал использоваться порошок феррита бария (или стронция), который можно добавить в железный порошок (магнетит и другие оксиды железа), а затем запечь и отформовать. Получится дешевый и удобный ферритовый магнит. Он хорош всем: выносит нагрев и при старении сохраняет без ухудшения свои характеристики, кроме одной: его магнитная энергия оставляет желать лучшего, особенно если учесть, что в условиях реальной жизни электроакустического преобразователя лишняя масса никогда не приветствуется. Еще феррит не любит мороз, но для сферы High End это малосущественно.

В 1960-х годах в авангарде исследователей, искавших альтернативу альнико, долгое время оставался американский ученый Карл Стрнат, который придумал самарие-во-кобальтовые сплавы, но с возникновением дефицита кобальта его идеи устарели. В 1983 году General Motors, Sumitomo Corporation и Китайская академия наук вроде бы независимо друг от друга создали соединение неодим-железо-бор. Мощные редкоземельные магниты, имея крошечные размеры и колоссальную магнитную индукцию, заняли с тех пор трон наиболее эффективного материала для магнита излучателей. Делают их двумя способами: порошок из смеси металлов либо запекается в специальной печи под давлением (и при температуре 1200 градусов), либо впрыскивается в расплавленный полимер и затем формуется.

Неодимовые магниты подвержены коррозии, но это преодолимо. Они не любят нагрев даже больше, чем альнико. Но главная их проблема — цена, стремительно скакнувшая вверх с 2009 года. Дело в том, ч то 95% редкоземельных металлов добывается в Китае, а поскольку тамошней автомобильной промышленности они тоже нужны, то страна ввела квоты на экспорт. За 2011 год неодим подорожал к 5 раз. Сплав самария и кобальта прекрасно выдерживает перегрев, но он еще дороже. Так что редкоземельные магниты чаще всего встречаются в ВЧ-динамиках, а остальные по-прежнему верны ферритам.

Кстати, магниты поставляются на заводы по производству громкоговорителей ненамагниченными — иначе их было бы трудно перевозить.

И еще: магнитная полоса на кредитной карте сделана из феррита бария.

Наконец, знаете ли вы, какая часть электродинамического излучателя самая дорогая? Нет, не золотая катушка и не диффузор из японской бумаги, а магнит.

Исторический период	1920	1930	1950	1960	1970	1980	1990-.
Электро-магниты
Литые магниты
Железо-хром, сталь
Сталь-кобальт (Япония, 1917)
Альнико (Япония, 1930) тиконал и т.п.
Самарий-кобальт (К. Стрнат, 1966-1972)
Неодим-железо-бор (1983)
Нитрид, карбид самария, железа (Sm2Fe17(N,C)x)
Прессованные магниты
Феррит-барий-стронций (Philips, 1952)

Перейдем к более скучному, но не менее важному предмету. Что делает магнитная цепь в излучателе, мы обсудили в предыдущей части руководства: она концентрирует магнитное поле в воздушном зазоре, в котором движется звуковая катушка.

Расположить магнит в магнитной цепи можно двумя основными способами, и в этих случаях он носит названия магнит кольцевой или керновый.

Поскольку в звуковой катушке течет переменный ток звуковой частоты, она будет двигаться в магнитном поле в воздушном зазоре в двух направлениях: вверх и вниз. И при движении вверх, и при движении вниз собственное электромагнитное поле катушки должно сталкиваться с симметричным постоянным магнитным полем. Если напряженность поля будет гулять, то искажения звукового сигнала, рождаемого нашим электроакустическим преобразователем, неизбежны.

Распределение эквипотенциальных линий магнитного потока вокруг зазора (по материалам расчетного ПО FEMM 4.2)

Казалось бы, в небольшом по длине воздушном зазоре совсем нетрудно обеспечить равномерное магнитное поле.

Так и было бы, если бы магнитное поле хотело в этом зазоре оставаться. Ан нет — оно не хочет и из-за разброса магнитной проницаемости керна, воздуха и нижнего фланца норовит разбежаться по сторонам.

Для начала можно, например, изменить края керна у зазора, сделать их фигурными: с выемкой или выступом. Тогда магнитный поток стабилизируется и лучше сконцентрируется в зазоре. Это замечательно, но такое решение предъявляет более жесткие требования к качеству станочных работ и пресса, вбивающего керн в задний фланец.

Чем уже зазор, тем больше полезный магнитный поток в витках катушки, но и здесь очевидны ограничения: если катушка начнет скрести по керну или переднему фланцу, о качестве звука можно забыть.

Осталось, наконец, привлечь к делу звуковую катушку. Пока как некую теоретическую концепцию, без технологий и материалов. В НЧ-излучателе катушка должна двигать диффузор не с таким уж малым смещением — иначе не получить нужное звуковое давление на самых низких частотах. Чтобы сбалансировать равномерность и мощность магнитного потока при минимуме нелинейных искажений и максимуме отдачи, конструкторам динамиков приходится думать над соотношением высоты намотки катушки и высоты зазора. Есть два полярных способа выбрать это соотношение.

Намного шире распространен случай, когда высота катушки больше высоты зазора, поскольку сила поля (зависящая от произведения магнитной индукции в зазоре на длину катушки) будет явно больше, как и максимальное смещение катушки. Главное, чтобы при смещении число витков в зазоре оставалось таким же, как и в положении покоя, и тогда линейность преобразования сохраняется на должном уровне. Случай, когда высота катушки меньше высоты зазора, дает более высокую линейность, но лишь в узком диапазоне смещений. Масса звуковой катушки меньше, но поскольку произведение магнитной индукции в зазоре на длину катушки меньше, то меньше и чувствительность. Поэтому системы, у которых высота катушки меньше высоты зазора, встречаются редко.

В общем заключительные выводы сводятся к тому, что однозначный вердикт тем или иным материалам, используемым в High End-динамиках, вынести нельзя, не углубившись в функции и особенности реализации (в том числе и в производстве) конструктивных узлов, в которых эти материалы применяются. В следующей части мы подробнее рассмотрим вопрос о материалах диффузоров и других элементов подвижной системы, а также поговорим о средне- и высокочастотных динамиках, которые пока остаются за пределами нашего с вами компендиума.

Источник