ساختار بلندگوها

تلفات گرمایی و توان تحویلی

دیدیم که بازده بلندگو بازتاب مستقیم سیم پیچ متحرک که متعارف‌ترین نوع بلندگوها هستند بسیار کم است و عمده توان ورودی به گرما تبدیل شده و تلف می‌گردد. این تلف در سیم پیچ صورت می‌گیرد. بیشتر سازندگان بلندگو محصولشان را بنابر توانی (برحسب وات) که می‌تواند بدون آسیب تحمل کند مشخص می‌کنند. این مقدار به نام توان تحویلی (POWER-handling) ذکر می‌گردد و متاسفانه از نظر مهندسی کاملا بی فایده است. زیرا معین نمی‌کند که (توان بازتولید بدون واپیچش) چقدر است. البته هنگامی که بلندگو تحت این توان بیشینه ذکر شده قرار می‌گیرید تولید واپیچش زیادی می‌کند. بنابراین وقتی بلندگو تحت توانی که تولید واپیچش نمی‌کند قرار گیرید یقینا آسیبی هم نمیبیند. همه اینها هم سرنخی بدست کاربر نمی‌دهد تا بفهمد بیشینه توان مناسب چقدر است.

مقدارتوان تحویلی بلندگو که توسط سازندگان ذکر می شود (مثلا بلندگوی 35 وات) واقعا بی‌فایده است. معمولا کاربر میخواهد بداند که کمیت و کیفیت صدای خروجی واقعا چگونه است. برای تخمین صدای بالقوه خروجی، به دانستن بازده نیاز است. اما توان آکوستیکی خروجی را نمی توان با داشتن مقادیر بازده و توان تحویلی بدست آورد. چون مقدار واپیچش اغلب اعلام نمی گردد.شاید به خاطر اینکه مقدار واپیچش نسبت به سایر تجهیزات صوتی، زیاد است و سبب دلسردی کاربر می گردد!

احتمالا تنها روش دانستن توان آکوستیکی خروجی بلندگو ، تخمین تقریبی آن در بم ترین بسامد کارش باشد. در ووفرها،این بسامد را معمولا بسامد تشدید آزاد آن در نظر می گیرند. اگر مقدار بازده، ذکر شده باشد میتوان توان خروجی تقویت کننده قدرتی را که می تواند بلندگو را تا بیشینه تراز بدون واپیچش، راه اندازی کند حساب کرد که غالبا عدد بسیار کوچکی نسبت به پیشینه توان تحویلی خواهد بود.

نکته جالب دیگر این است که بیشینه توان تحویلی مذکور در واقع توان تلفاتی قابل تحمل توسط بلندگو نیست! بلکه توان تلفاتی قابل تحمل توسط مقاومت اهمی است که همان مقدار آمپدانس نامی بلندگو را داشته باشد. امپدانس بلندگو یک مقدار اهمی ثابت نیست بلکه امپدانس پیچیده ای است که تابع دما نیز می باشد. پس توان تحویل شده توسط تقویت کننده به بلندگو خیلی کمتر از توان قابل تحویل به مقاومت اهمی با همان امپدانس ذکر شده خواهد بود.

هنگام کار،با افزایش دما، مقاومت سیم پیچ نیز افزایش می یابد.


ضریب گرمایی مقاومت برای مس و آلومینیوم حدود 0.4 درصد بر درجه سانتی گراد است. افزایش دمای250 درجه ای که در بلندگوها اتفاق می افتد سبب دوبرابر شدن مقاومت سیم پیچ می گردد. پس حساسیت و توان خروجی بلندگو کاهش خواهد یافت.طبیعتا این یک مکانیزم خود- حفاظت کننده است امااز نقطه نظر بهره وری مثبت نخواهند بود زیرا بلندگوی200 واتی در این شرایط و با همان ولتاژخروجی تقویت کننده،فقط 100 وات توان جذب میکند و به همان نسبت توان اکوستیکی خروجی کمتری تولید خواهد کرد. باید توجه داشت که حساسیت تقویت کننده قدرت رانسبت به سیم پیچ خنک بیان میکنند.

این رفتار افزایش دمای سیم پیچ،تحت عنوان (فشرده سازی گرمایی) (termal compression) شناخنه میشود. این رفتار بیشتر در سیگنال های ضربه ای و گذرا مشاهده می گردد چون تغیر پویای دما سبب مدوله شدن مقاومت و تولید واپیچش می شود.


برای بلندگوهای پرتوان، کار حتی سخت‌تر هم هست چون توان بیشتر، نیاز دیافراگم مستحکم‌تر دارد تا تغییر شکل ندهد پس سنگین‌تر بوده و بازده آن کمتر است (بازده با جرم دیافراگم نسبت عکس دارد) در این حالت توان بیشتری اعمال شده و سیم پیچ گرم‌تر می‌شود و منبسط می گردد. افزایش 250 درجه ای دما باعث انبساط یک درصدی قطرسیم پیچ میشود که شاید به نیم میلی متر برسد. پس باید در شکاف آهنربا،جای این انبساط لحاظ گردد که خود سبب کاهش نیروی محرکه BL و به تبع، کاهش بیشتر بازده می شود. یادمان هست که کوشش کردیم تمام شکاف را با سیم پیچ پر کنیم تا بازده افزایش یاب.این نشان می دهد که بلندگوهای پرتوان، کم بازده ترند و نیاز به توان الکتریکی بیشتر دارند پس در معرض فشرده سازی گرمایی فراتری خواهند بود. این فشرده سازی گرمایی یکی از مشکلات بلندگوها و تقویت کننده های متعارف است که راه حل سرراستی ندارد. اگر تقویت کننده قدرت به جای آنکه در حال معمول منبع ولتاژبه کار گرفته شود،ب صورت منبع جریان طراحی گردد میتوان مشکل فشرده سازی گرمایی را برطرف نمود که این معمولا فقط در بلندگوهای فعال که تقویت کننده ی داخلی دارند و به شکل یکپارچه طراحی می گردند میسر است. بلندگوهای الکترواستاتیک نیز این مشکل را ندارند و واپیچش آنها از تراز سیگنال ورودی مستقل است.

افزایش بازده طبعا از فشرده سازی گرمایی می کاهد و هورون ها (بلندگوهای شیپوری) کمتر در معرض این اثر قرار میگیرند چون بازده بیشتری دارند. اگر سیم پیچ نتواند خودش را خنک کند ممکن است عایق سیم پیچ،(former) فقط به دیافراگم و نگهدارنده (spider or rear suspension) متصل است هدایت گرمایی محدود خواهد بود. هر دوی اینها معمولا از موادی ساخته میشوند که عایق گرمایند،مگر اینکه دیافراگم های آلومینیومی بکار بروند که در این صورت باید اتصال گرمایی مناسب بین سیم پیچ و دیافراگم برقرار گردد.


اگر قطر سیم پیچ زیاد باشد  ممکن است بتوان به جای دو لایه از یک لایه سیم پیچ استفاده کرد. این کار سطح تماس سیم پیچ استفاده کرد. این کار سطح تماس سیم پیچ با هوا را دوبرابر کرده و امکان خنک شدن بهتر برای سیم پیچ را فراهم می کند . اگر محیط اطراف سیم پیچ بخوبی تهویه نشود تابش گرما از سیم پیچ برای خنک کردن آن کافی نخواهد بود زیرا بعد از مدت کوتاهی به سبب گرم شدن محیط اطراف سیم پیچ، کارایی تهویه کم می شود . یک راه ممکن است این باشد که با حرکت سیم پیچ، خود دیافراگم و نگهدارنده بتواند هوا را به دور سی پیچ پمپ کنند تا خنک شود. در مورد ووفرهای بزرگ که جابجایی زیاد است این امر می تواند سبب آشفتگی آیرودینامکی شده و نویز آکوستیکی مدوله شده توسط سیگنال ، حاصل شود. این رفتار غیر خطی و معمولا در یک جهت است که حتی ممکن است منجر به جابجایی نقطه تعادل موتور بلندگو گردد که معادل وجود مقدار DC در سیگنال الکتریکی می باشد.

شکل دادن بدنه فلزی آهنربا (pole peace) میتواند به صورت گرماگیر بکار بیاید. در حالت عادی، تابش گرمایی سیم پیچ به آهنربا میرسد و اگر آهنربا بتواند این گرما را بهتر تابش کند مفیدتر خواهد بود. تعبیه باله های تابش گرما در خارج از شکاف و تعبیه مسیر هدایت گرمایی به شاسی تاثیر بسزایی در این مورد دارد.

یک راه جالب برای خنک کردن سیم پیچ استفاده از فروفلوید (ferrofluid)  است که از دهه هفتاد میلادی متداول شد. فروفلوید عبارت است از ترکیب کلوئیدی و چسبناکی از ذرات ریز مغناطیسی fe-o به قطر حدود یک صدم میلی متر که در حلالی غوطه ورند. به سبب خاصیت مغناطیسی اش، میتوان مایع فروفلوید را در شکاف مغناطیسی نگاه داشت تا به عنوان گرماگیر عمل کند . خاصیت رسانای گرمایی فروفلوید باعث انتقال گرما از سیم پیچ به خارج می گرد. فروفلوید در گستره دمایی منهای ده درجه تا مثبت صد درجه سانتی گراد عمل میکند و گرانروی (viscosity) آن متناسب با دما کاهش می باد. این گرانروی،متناسب با نیازتنظیم میشود چون مثلا تویترها که در فرکانس بالاتر کار میکنند نیاز به گرانروی کمتری نسبت به درایورهای میندرنج دارند تا میرایی زیادی به آنها اعمال نشوند. فروفلوید حتی میتواند برخی از تشدیدهای ناخواسته فرکانس بالا را نیز مهار کند.

در ووفرهای پرتوان که بازی زیاد دارند استفاده از فروفلوید چندان کارآمد نیست زیرا حرکت زیادشان ،سبب آشفتگی در حرکت مایع و ایجاد پاسخ غیر خطی می گردد. فروفلوید با تراز شار مغناطیسی بسیار کمتری نسبت به آنچه در شکاف وجود دارد اشباع میشود. پس تاثیری در میدان مغناطیسی نخواهد داشت.فروفلوید با بیشتر موادی که در بلندگوها بکار میرود سازگار است اما باید بلندگو برای استفاده از آن طراحی گردد. بلندگوهای که از روش پمپ کردن برای خنک کردن سیم پیچ استفاده می کنند نمی توانند براحتی آن را بکار گیرند زیرا حرکت شدید هوا سبب تولید حباب در مایع می شود. شکل 50 تاثیر مثبت وجود فروفلوید را در کنترل دمای سیم پیچ یک تیوتر نشان می دهد.

بلندگوهای فعال که دارای تقویت کننده ی داخلی هستند میتوانند اکنون مزیت خود را نشان دهند. میتوان دید که تنظیم همزمان بلندگو و تقویت کننده بازده کلی سیستم را بالا می برد.

همچنین توجه بیشتر به جزییات طراحی و کمی افزایش هزینه برای بهینه سازی بلندگو ، بهای کلی سیستم را کاهش داده و بهره وری آن را بهبود می بخشد. زیرا نیاز به بلندگوهای بسیار پرتوان و کم بازده را میتوان با بلندگوهای کوچک تر و پربازده تر مرتفع کرد و از تقویت کننده ی کوچک تر و پربازده تر مرتفع کرد و از تقویت کننده ی کوچک تر با منبع تغذیه ضعیف‌تر استفاده نمود.

منبع : مجله صنعت صدا و تصویر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *