Foliespolar

[paa]

Upptäckte just att foliespolar nästan inte diskuterats alls på Faktiskt, men nu är det dags.
Gör folien någon nytta alls, och i så fall varför?
T.ex CFAC-spolar är ju inte speciellt hårt rullade, utan en ordentligt lackad eller förnissad spole av rundtråd kan ju vara mekaniskt stabilare.

[RogerGustavsson]

Dessutom kan man köpa vakumimpregnerade rundtrådsspolar som i princip är "ihopklistrade" och där inget rör sig, om det nu är ett problem. De där löst ihoprullade foliespolarna verkar lite hemmagjorda....

[soundbrigade]

De har ju högre Rserie ....Ska det vara bra?

[celef]

dom är ju iaf betydligt lättare att rulla av än bakade rundtrådsspolar

och så är dom snygga

[phon]

Vet inte, men jag har såna här till mina trevägare, dom verkar kunna göra lite nytta. 0,26 ohm på 1,8 mH är inte så speciellt hög Ri. Däremot är dom ju rätt dyra, över en femhundring per styck

[petersteindl]

Vad är en spole?

Inom elektronik kallas det för induktans. Impedansen skall öka linjärt mot högre frekvens. Dubbla frekvensen skall ge dubbla impedansen om induktansen är linjär.

Vid vanliga spolar lindade med koppartråd så har tråden en viss diameter d v s tjocklek som normalt är betydligt större än kopparfoliens tjocklek hos foliespolar.

Denna tjocklek gör att man får s k ”skineffekt” i tråden eller folien d v s förlusterna och därmed resistansen (impedansen) ökar mot högre frekvens. Detta fenomen är olinjärt och därmed inte tillhörande induktansen i spolen. Vid vanlig impedansmätning syns inte så stor skillnad mellan linjär och olinjär impedansökning.

Dom linjära parametrarna fås fram genom att mäta fasläget mellan ström och spänning i spolen då man ändrar frekvensen. Därmed får man även fram de olinjära parametrarna. Man använder en så kallad nätverksanalysator får att mäta fram dessa värden.

Både koppartråden och kopparfolien i spolen måste ha ett isolerande skikt runt sig annars kortsluts spolen och det blir således ingen induktans.

Mellan varven i spolen som är isolerade ifrån varandra finns därför också en kapacitans.

Denna kapacitans ger en lägre impedans mot högre frekvens. I en spole skall kapacitansen vara försumbar i det frekvensområde man skall använda spolen i.

När det flyter en växelström genom spolen uppkommer det en spänningsskillnad mellan varven. Det är denna spänningsskillnad som man vill uppnå genom att använda spole.

I en spole som är lindad med kopparfolie är det endast ett varv mellan varje lager som kapacitansen kommer in.

I en vanlig spole lindad med rund tråd så lindas tråden kanske 15 – 30 varv innan nästa lager byggs upp. Det betyder dels att det blir kapacitans mellan varje följande lindning men också mellan varje lager.

Mellan varje varv är det en liten spänningsskillnad då ström flyter i spolen. Det betyder att kapacitansen inte inverkar så mycket.

Mellan varje lager, om varje lager består av säg 20 varv tråd, så är spänningsskillnaden betydligt högre och kapacitansen gör då mer skada.

Nu kan man alltså jämföra spolar. Det handlar inte bara om kapacitansen mellan varje varv utan kombinationen av kapacitans och spänningsskillnad.

Ju längre upp i frekvens som en spole ökar sin impedans och samtidigt kapacitansen hålls låg så hamnar spolens resonansfrekvens högre upp i frekvens.

Detta är en parameter som är bra hos en spole. Om ”skin” effekten kommer in så ökar också impedansen med frekvens men det är inte en linjär egenskap vilket framkommer vid mätning av fasen mellan ström och spänning.

Om DC-resistansen och kapacitansen är låg och induktansen linjär så blir resonansen vid resonansfrekvensen kraftigare d v s med högre Q-värde.

Mätningarna som gjordes på Bofors indikerade klart att induktansens olinjäritet var klart högre hos en vanlig spole. Det var väl kanske att vänta sig, men man såg också att induktansen fungerade linjärt mot högre frekvens och spolen var alltså högohmigare med korrekt fas mellan ström och spänning. Det betyder att effekten av spolens strökapacitanser var betydligt lägre hos kopparfoliespolarna och det hade jag inte förväntat mig.
Även om man shuntade med motstånd för att få ett lägre Q-värde så var kopparfoliespolarna bättre. Det gällde även dom kopparfoliespolar som var lindade med bredare folie och således även hade lägre DC-resistans än vanliga spolar.

Anledningen att Bofors gjorde sådana mätningar var att det sitter spolar i militär utrustning som Bofors gjorde och man var intresserad av dessa spolar. Det skall tilläggas att min vän Karl Erik Moberg har patent i ämnet spolar.

Stig såg mätningarna och fattade genast galoppen. Han provade foliespolarna omgående och blev salig över dessa spolar. Vad gäller limmade spolar så föredrar jag det personligen själv.

I mina ägghögtalare kör jag vanliga limmade spolar ända tills jag får rätt kvalitet till rätt pris och de måste dessutom vara enkla att montera på kretskort.

Karl Erik Moberg kan detta ämne betydligt bättre än vad jag kan men jag är ombedd att skriva på denna tråd och då gör jag det enligt min bästa förmåga. Jag hoppas ni inte tar illa upp.

Väl mött
PS

[Kaffekoppen]

Så fint förklarat

[Naqref]

Mja nu är ju faktiskt.se ett forum befolkat av bättrevetare och jag är inget undantag så Peters inlägg får inte stå helt okommenterat.

Vid vanliga spolar lindade med koppartråd så har tråden en viss diameter d v s tjocklek som normalt är betydligt större än kopparfoliens tjocklek hos foliespolar.

Denna tjocklek gör att man får s k ”skineffekt” i tråden eller folien d v s förlusterna och därmed resistansen (impedansen) ökar mot högre frekvens. Detta fenomen är olinjärt och därmed inte tillhörande induktansen i spolen. Vid vanlig impedansmätning syns inte så stor skillnad mellan linjär och olinjär impedansökning.

En trådspole kan ju anses ha tjockare tråd än en bandspole men bandspolen har ju bredare tråd och man kan få virvelförluster (skineffekt) även i den dimensionen. Dock så får man inte den samverkan mellan alla spolvarven med den orienteringen folien har som gör att det blir mindre märkbart.

F ö så är skineffekten frekvensolinjär (precis som spolverkan) men nivålinjär. Man betraktar den därför med normal terminlogi som linjär.

Huruvida detta är en intressant effekt att ta hänsyn till i ett delningsfilter för högtalare är en annan fråga.

Mitt svar på den frågan är att det är rätt irrellevant. Den största spolen man normalt hittar i en högtalare är seriespolen i filtret till basen. Den dämpning som man kan få p g a skineffekten är inte något som motverkar filtreringen utan snarare det omvända. Men även den effekten är oväsentlig. Man kan kanske förvänta sig en dämpning i nivå med vad man får i ett par kablar p g a att skineffekten ökar med frekvensen. Kanske 0.05dB som mest @ 20kHz. Detta är en droppe i havet mot vad de olinjäriteter som finns i talspole/magnetsystem ställer till med.

När det flyter en växelström genom spolen uppkommer det en spänningsskillnad mellan varven. Det är denna spänningsskillnad som man vill uppnå genom att använda spole.

I en spole som är lindad med kopparfolie är det endast ett varv mellan varje lager som kapacitansen kommer in.

I en vanlig spole lindad med rund tråd så lindas tråden kanske 15 – 30 varv innan nästa lager byggs upp. Det betyder dels att det blir kapacitans mellan varje följande lindning men också mellan varje lager.

Mellan varje varv är det en liten spänningsskillnad då ström flyter i spolen. Det betyder att kapacitansen inte inverkar så mycket.

Mellan varje lager, om varje lager består av säg 20 varv tråd, så är spänningsskillnaden betydligt högre och kapacitansen gör då mer skada.

Det är rätt men samtidigt så får man inte glömma att kapacitansen är direkt proportionell mot arean på ytan mellan spolvarven. Det gör att bandspolen inte får riktigt så stor minskning av kapacitansen (jmfrt med en vanlig drossel) som man skulle kunna förvänta sig om man bara såg på spänningsskillnaden mellan varven. Om detta är ett reelt problem kan man diskutera.

Själv anser jag att bandspolarnas enda fördel är att de normalt har lägre resistans (om man nu behöver det av någon anledning) än trådspolar. Men det kan ju bero på att de lindas med koppar som har större ledningsarea och det kan man ju göra med trådspolar oxå (om man är stark ). Resistansen för basspolen väljs ju normalt så att den samverkar med basavstämningen så problemet med resistansen är i praktiken ett oväsentligt problem för alla kompetenta konstruktörer.

[soundbrigade]

Vid vilka strömmar/frekvenser kan vi notera skineffekter? 10MHz ..??

[Jax]

Lite om "skin depth".

http://en.wikipedia.org/wiki/Skin_depth

För koppar ligger skindjupet drygt 0,4 mm vid 20kHz.

[paa]

Ungefär hur många procent för hög induktansen blir, tre oktaver ovanför önskad delning med en normal tråddrossel? Högre än så är väl nästan ointressant att analysera det hele.
Frågan är om inte en "ny och revolutionerande spoltyp" med progressiv induktans skulle kunnat lanseras med framgång? Många eftersträvar ju filter som har progressivt ökande branthet.

[soundbrigade]

Stämmer det Jax? I länken (Wikipedia) säger 0,65um vid 10GHz. Och vi kanske slänger in en bautaspole för att skära basen vid 2,5kHz. Märker vi av några skineffekter?

Jag bara frågar, även om jag har svårt att dölja viss skepsis bakom frågorna.

[Martin]

Paraciterande kapacitanser är ju bara intressant för väldigt höga frekvenser (där spolen upphör att fungera som induktans). Det har vi ju inte i ett högtalarfilter.

Skineffekten ska ju relateras till den impedans spolen har för att få reda på hur den förändrar spolens funktion. Vid 20kHz så har spolen en så pass hög impedans att skineffekterna drunknar, de saknar betydelse.

En trådlindad spole har ju alla lindningarna närmare varandra elektromagnetiskt (både bredvid och under/över) och skapar en starkare induktans för samma längd tråd med samma area som en bandspole.

Exempel:

Trådlindad spole (luftkärna):
0.40mH 1.4mm^2 tråd: 0.16ohm
Bandspole (luftkärna):
0.39mH 2.1mm^2 band: 0.14ohm

De har alltså nästan samma induktans och resistans (skillnaderna är ju dessutom åt samma håll) men däremot så har bandspolen en betydligt högre tvärsnittsarea.

Så att bandspolarna som säljs på tex hifikit har lägre resistans beror ju på att de har betydligt större tvärsnittsarea. Vore tvärsnittsarean samma så skulle banspolarna troligen ha högre resistans.

Bandspolar har särkert sina applikationer men just i högtalarfilter verkar de rätt onödiga, tom lite sämre.

[Piotr]

En tänkbar förklaring till de hörbara skillnader som rapporterats mellan trådspolar och bandspolar är mekaniska resonanser. På Mundorfs hemsida kan man hitta (seek and you shall find) mätningar som påvisar bättre beteende avseende detta för bandspolar.

Att baka trådspolarna borde ta hand om den biten isf..

För dagen så tror jag att detta är förklaringen och ingenting annat när det gäller spolar till högtalarfilter.



/Peter

[IngOehman]

Har just inget att tillföra, men kan bekräfta att det Peter Steindl skrev, rättat på några punkter av Naqref, utgör en bra beskrivning av "problemet".

Jo förresten - en sak kan jag tillägga: Man gör sig själv ofta en otjänst om man utan att tänka igenom situationen noga frankt bestämmer (förutsätter) att en ideal spole är en ideal spole för en specifik applikation. Det behöver det verkligen inte vara.


Eller förresten, jag skriver lite mera...

En ideal spole ger en avrullning om 6 dB/oktav kopplad framför ett idealt motstånd, men:

1. Inget säger att just 6 dB/oktav är en "bättre" avrullning än t ex 5,4 dB/oktav. Eller något helt annat beroende på filterkonfiguration.

2. Inget säger att lasten som spolen ser är ett idealt motstånd. I själva verket kan man vara alldeles säker på att det INTE är ett idealt (t ex induktansfritt) motstånd som lastar.

3. Inget säger att man ens vill ha ett serieförlustfritt beteende hos spolen. Jag har gjort många delningsfilter där jag avsiktligt dimensionerat in t ex åtskilliga ohms serieresistans i induktorer.


Kort sagt: Man bör skilja på å ena sidan kvalitetsegenskaper, alltså sådana som är entydigt relaterbara till ljudkvalitet, närmare bestämt olinjäriteter - och å andra sidan kvantitetsegenskaper, som jag ser som en tillgång att de kan väljas fritt för att optimera en specifik konstruktion. (Eller - leve opura komponenter! )

Som Naqref påpekade är både skineffekten, serieförluster och interkapacitiva fenomen dessutom helt linjära saker, och de gör inte spolen ett dugg kvalitetssämre, bara till en mindre "ren" induktans, men ingenting säger ju att den rena induktansen kommer att bidra till minst färgningar. Massor säger att det i många fall är precis tvärtom - att den rena induktansen är den som värst kommer att resonera med andra fenomen, t ex intrinsiska kapacitanser. Man som sagt - behovet av egenskaper varierar från applikation till applikation.

Man kan om man vill jämföra det med kondensatorer. Även där är det lätt att förväxla kvalitets- och kvantitetsegenskaper. Mekaniska resonanser återmodulerar i båda fallen, och ger olinjära beteenden, kvalitetsproblem alltså, medan såväl skineffekter som serieförluster hos spolar är kvantitetsegenskaper som kan vara inte bara harmlösa utan till och med åtråvärda. När det gäller kondensatorer är serieförlust och dielektrisk absorption exempel på harmlösa/potentiellt åtråvärda egenskaper - allt beroende på applikation!


Sammanfattning: Att noja in på foliespolar på grund av deras "intrinsiska renhet" är lika olyckligt som att noja in på polypropylenkondensatorer för deras "intrinsiska renhet". Båda typerna av komponenter kan uppvisa avsevärda mekaniska problem, och måste därför väljas med omsorg om man av olika skäl finner deras specifika egenskaper vara användbara och önskvärda i en given applikation.

Eller: Tumregler suger alltid, detta är inte ett undantag.


Vh, iö

- - - - -

PS. Kan påpeka att jag använd säväl foliespoler som polypropylemkondensatorer i olika sammanhang - helt enkelt där deras egenskaper varit det bästa valet. Vill dock nämna ytterligare en intressant sorts spolar som hanterats lite styvmoderlingt (nästan glömts bort verkar det) men vars egenskaper också kan vara passande i vissa applikationer, nämligen litz-spolarna. Spolar lindade med 7 tunna tvinnade trådar istället för en tjock.

PPS. Kan tillägga att skin-effekten inte ger en tillräcklig förklaringsmodell om man är ute efter att kartlägga indoktorers egenskaper i högfrekvensregistret mera korrekt. Det finns flera ytterligare fenomen som inte är namngivning men som kan beskrivas som partialtransformatorer, som gör att frånvaron av litztråd i spolarna minskar serieimpedansen vid höga frekvenser och inte tvärtom.

[Morello]

Denna tjocklek gör att man får s k ”skineffekt” i tråden eller folien d v s förlusterna och därmed resistansen (impedansen) ökar mot högre frekvens. Detta fenomen är olinjärt och därmed inte tillhörande induktansen i spolen. Vid vanlig impedansmätning syns inte så stor skillnad mellan linjär och olinjär impedansökning.

Det är ingalunda fråga om ett olinjärt problem. Vidare är de geometriska dimensionerna av sådan storleksordning att penetrationsdjupets avtagande mot högre frekvenser är helt oväsentligt. Din förklaring är inte plausibel med avseende på eventuella hörbara effekter. Gjordes dessa jämförelser blint?

[Jax]

Vill dock nämna ytterligare en intressant sorts spolar som hanterats lite styvmoderlingt (nästan glömts bort verkar det) men vars egenskaper också kan vara passande i vissa applikationer, nämligen litz-spolarna. Spolar lindade med 7 tunna tvinnade trådar istället för en tjock.

Redan de gamla grekerna höll jag på att säga men litztekniken för att få upp Q-värdet hos spolar tillämpades i radio redan på 1930-talet, eventuellt tidigare. Då med 15-30 hårstråtunna trådar i knippet. Dessutom var de luriga nog att krysslinda spolarna

[petersteindl]

Jag tror inte Stig gjorde blind test på spolarna. Jag var inte med då Stig lyssningsjämförde. Mig veterligen gjorde Stig aldrig blindtest utom just en gång på nån obskyr D/A omvandlare som nån tokstolle i nån källare i Björknäs har gjort.

I mitt förra inlägg ville jag bara förmedla dom mätningar som jag initierat vid givet tillfälle. Jag skrev om olinjäritet i fasvinkeln mellan ström och spänning som funktion av frekvens, inte om impedansens olinjäritet som funktion av frekvens och inte heller om den linjära fasvinkelförändringen som i och för sig inte är så linjär som man kan tro.

Om man för en given applikation måste använda en absolut ren induktans för att denna applikation överhuvudtaget skall fungera så duger det inte med 30 graders fasvinkel.

I högtalarfilter får var och en bestämma själv vilka parametrar man prioriterar.

Fasvinkeln börjar redan ändras vid 3 kHz i dom spolar som är uppmätta.

Som sagt, själv använder jag bakade vanliga spolar som monteras på kretskort. Jag har inte lyssningsjämfört foliespolar med bakade normala spolar. Det blir väl tillfälle till det också. Jag anser att dom spolar jag nu använder är tillräckligt bra och så lätt byter jag inte ut dessa.

Vad gäller skineffekt på tunna utbredda ledare så ställer jag mig tveksam till Nagrefs förklaring. Har inte kunnat mäta fram något sådant, men man vet aldrig. Dock är det så att jordplan normalt inte uppvisar skineffekt på grund av utbredning utan p g a dess tjocklek. Skulle skineffekt fungera på jordplan så är det t ex svårare att få ”lågohmiga” jordplan vid radiofrekvens. Nånstans kanske det börjar bli fördelaktigt att rastrera jordplanet men jag tror inte att det är samma skineffekt man pratar om utan helt enkelt vanlig induktans.

Men jag kan skåda in i framtiden. Vad är det jag ser i kulan? Det är som i en dimma, men helt plötsligt, Überbesserwissern träder fram och har synpunkter Helt otroligt, få se om min framtida visionering stämmer.

I mikrovågsområdet så gäller helt andra saker som övergår min kunskap med vida marginal.

Några tankar i tisdagseftermiddagen
PS

[DQ-20]

PS. Kan påpeka att jag använd säväl foliespoler som polypropylemkondensatorer i olika sammanhang - helt enkelt där deras egenskaper varit det bästa valet. Vill dock nämna ytterligare en intressant sorts spolar som hanterats lite styvmoderlingt (nästan glömts bort verkar det) men vars egenskaper också kan vara passande i vissa applikationer, nämligen litz-spolarna. Spolar lindade med 7 tunna tvinnade trådar istället för en tjock.

Det är PS:et väckte lite frågor:
1. Vilka konstruktionstypiska egenskaper hos bandspolar är det som gjort att du valt dem framför de vanliga med rundtråd?
2. Vad är för särskild egenskap hos litz-spolar (t.ex. de som hifikit och Intertechnik har) som gör dem intressanta för högtalare?
3. I vilka typer av situationer skulle litz-spolar vara ett bättre alternativ än rundtråd?

Undrar,

D

[IngOehman]

Svar på samtliga frågor: När de ger en överföringsfunktion som ligger närmare målet.

Ett noggrannare svar kan vara att kostnadsökningen bör vara mindre än för de alternativa lösningar som gör samma sak på annat vis.

Det är dock en för det mesta överflödig infallsvinkel, för när en foliespole ger rätt lösning, går aldrig samma lösning att simulera med en konventionell spole. Min erfarenhet har dock hittills varit att foliespolar bara i undantagsfall har givit de bästa lösningarna. För det mesta har jag snarare brottats med att förlusterna är för små, och då är det ju i den motsatta riktningen man behöver gå.


Vh, iö

[DQ-20]

Svar på samtliga frågor: När de ger en överföringsfunktion som ligger närmare målet.

Ett noggrannare svar kan vara att kostnadsökningen bör vara mindre än för de alternativa lösningar som gör samma sak på annat vis.

Tack. Nu klarnade det. (Utan känd målfunktion kan man ju vare sig optimera eller approximera.)

/D

[IngOehman]

Målfunktioner är fina fisken det. De är grunden för all god ingenjörskonst!

Tycker rätt ofta att jag upplever att målfunktioner är en bristvara i audiovärlden.


Ju mer jag reflekterat över hur många i branschen tycks agera, desto tydligare har jag fått intrycket att konstruktioner ofta kommer till genom att konstruktörer låter en del/komponent agera som inspirationskälla (typ: -Vad kan jag åstadkomma för kul konstruktion med det här högtalarelementet?).

Jag ser hellre att en målfunktion sätts upp på psykoakutisk basis + rumsförutsättningsbasis + stereosystembasis - således att högtalarelementet och alla andra delar sedan väljs ut eller konstrueras efter de premisser som sätts av målet!


Vh, iö