Njae... snarare än att vara mättad skulle jag vilja säga att den är högflödande. Man har ju i PM4 vidtagit åtgärder för att UNDVIKA att magnetkretsen mättar - med syfte att få ett exceptionellt stort flöde (bland annat genom att använda kobolt som mättar senare än mjukjärn). Förvisso är magnetdelarna nära spalten hos PM4 trots allt skapligt nära mättnad, delvis beroende på att man valt en magnetgeommetri som ger en fokuseffekt, närmare bestämt genom att "lura in" lite läckfält i spalten. Det är ett klassiskt trick som jag tror koms på på 30-talet.
Men det finns faktiskt element som har större spaltflödestäthet än PM4, t ex Ino F38n.
Svante skrev:En sak slog mig plötsligt som egentligen är alldeles självklar, men som jag aldrig har sett uttalat i debatterna om underhängda vs överhängda baselement.
I en överhängd högtalarmotor finns ett koncentrerat magnetfält som träffar en del av talspolen. Det blir då ganska lätt att få elementet att ge samma kraft oavsett spolens läge i gapet; kraften ges ju till största delen av den del av spolen som finns i gapet. Om magnetfältet i gapet varierar axiellt med spolen så spelar det inte så stor roll, det finns ju alltid spole på plats på alla ställen i gapet. Det är bara den del av läckfältet utanför gapet som missar spolen som kan göra kraften beroende av utslaget.
I en underhängd högtalarmotor har man ett långsträckt magnetfält som spolen endast träffar delvis. Om magnetfältet varierar axiellt med spolen så kommer kraften att variera i motsvarande grad när spolen rör sig. Detta borde ge dist.
Det blir alltså många gånger viktigare att en underhängd motor verkligen har ett homogent magnetfält i gapet. Och det borde räcka med ganska små inhomogeniteter för att ge några procents distorsion.
Är det därför som man ser så få underhängda element? Tillverkare har prövat, men lagt ner eftersom elementen distar för mycket?
Ja... Det finns goda skäl att skapa överhänga element. Men det finns även goda skäl att skapa underhängda element.
Vilka skäl som vinner i det enskilda fallet beror på många olika saker.
- - -
Att skapa ett homogent magnetfält är, som du antyder, svårare i ett underhängt element, och ett av skälen är att man som regel har en mycket lägre mättnadsgrad i sådana element, vilket gör magnetflödet mindre stabilt, men också mindre homogent.
I ett överhängtelement har man som regel i spalten en mycket högre flödestäthet, och det gör att järnets olinjäriteter hjälper till både att homogenisera och att stabilisera flödet. Dessutom är det ju som du säger, så att det inom elementets linjära slaglängdsområde alltid är lika mycket talspole i spalten, så eventuella olinjäriteter spelar ingen roll. Det verkar ju jättebra! Men så enkelt är det inte...
För det finns andra mekanismer som kan skapa olinjäriteter, och dessa är många och de verkar på många olika sätt dessutom...
- - -
På överhängda motorer är dessa följande några av de olinjäriteter som finns (det finns många ytterligare och de som är identiska med dem för underhängda element (t ex upphängningsolinjäriteter) och som bestämmer hur mycket distorsion man får med olika mätmetoder:
1. Skillnader i läckfältet under respektive över spalten (under och över är begrepp som man ofta använder i elementsammanhang och då tänker man sig elementet ligga med magnetsystemet nedåt). Denna olinjäritet skapar rörelse(slag)orsakad distorsion vid låga frekvenser där slaget är ett bidragande problem. Och läckfältet är större än jag tror de flesta föreställer sig, speciellt när man använder flerlagerstalspole (fler än två) och har stabiliserat magnetfältet maximalt genom att låta någon del av magnetkretsen mätta. Det finns därför fördelar med låta magnetkretsen mätta någon annanstans än nära spalten (men också nackdelar).
2. Skillnader i induktans för den del av talspolen som befinner sig över och under spalten. Denna gör att man får en AM-modulering av lite högre frekvenser, som ofta yttrar sig framförallt som kvadratisk distorsion. Ett sätt att minska denna effekt är att komplettera elementet med kortslutningsringar som helt skall sitta LÅNGT bort ifrån spalten, och långt bort ifrån talspolen. Det är en populär uppfattning att tvärtom är bättre. Även denna distorsiontyp är rörelse(slag)orsakad. Men ett sådant sätt att använda kortslutningsringar hanterar även en annan olinjäritet:
3. Den del av talspolen som sitter i magnetkretsen (under spalten) kommer även att verka som en elektromagnet, bidragande till den magnetenergi i spalten som permanentmagneten skapar. Liksom olinjäritet 1 och 2 skapar denna olinjäritet också kvadratiska komponenter, men den är inte rörelseproportionell, utan den kan anta stora världen även vid mycket små konrörelser. Som nämnts kan denna distorsionsform mildras av kortslutningsring i magnetkratsen (inte i spalten), och ser man endast till mekanism 3 så vill man ha så låg slingresistans som det bara är möjligt i kortslutningsringen. Ser man till mekanism 2 så blir en optimal kortslutningsring annorlunda dimensionerad dock... Mekanism 1 kan i förekommande fall moduleras genom formning av poldelarna, således att mekanism 2 och 3 styr dimensioneringen av kortslutningsringar i liknande riktning.
4. Formen på läckfältet inåt och utåt skapar också distorsion hos ett överhängt element - även när läckaget är heltsymmetriskt nota bene. Dock blir det kubiska termer då (om alla andra distorsionsmekanismer ger nollbildrag, vilket de naturligtvis inte kommer att göra i verkligheten). Det är en ständig balansgång mellan de stabiliserande, de symmetriserande och de energikoncentrernade faktorerna, och de gäller att ha fullständig kontroll på alla mekanismer saktidigt, och hörbarheten med olika sorters komplexa signalen, för att kunna göra dimensioneringen optimal.
Tittar man på underhängda element så är det andra olinjäriteter som domenerar. Den första är den som Svante tog upp:
1. Olinjäriteter i spalten. Dessa märks mycket tydligt i underhängde element, och att flödet som regel är så långt (långt ifrån mättnad) gör typiskt ispalt-olinjäriteterna större än hos överhängda element, samtidigt som den lilla talspolen känner av dem. Man skulle kunna säga att denna olinjäritet framförallt motsvaras av asymmetrier mellan undre och övre läckfält hos ett överhängd motor.
2. Skillnader i induktans mellan olika talspolelägen i spalten. Dessa ger som regel både kvadratiska och kubiska termer. Dock dominerar ofta de kubiska då den dominerande effekten brukar vara induktansen sjunker mot ytterlägena, vilket kan ge en något aggressiv distorsion, mycket hörbarare än THD-värdet antyder, då tredjetonen ligger i bakvänt fasläge - den komrimerar inte utan expanderar. Mellanregistret växer mot ytterlägena, växer och blir grumlat. Detta är som regel inget problem så länge man bara använder elementet för låga frekvenser.
3. Den elektromagnetiska adderingen till grundspaltenergin från talspolen är som regel mycket låg med underhängda motorer, men i gengäld är fältet instabilare. Min uppfattning är att den förstnämnda effekten som regel dominerar över den sistnämnda, vilket ger underhängda motorer en fördel därvidlag, framför överhängda motorer där man inte adresserat problemet (använder kortslutningsring i kretsen) men i vissa fall (där det har användst för mycket metall i bakstycket således att flödet är mycket långt ifrån mättnad (2 T) igenom hela kretsen) tar för- och nackdel ut varandra och underhängt ger ingen fördel.
4. Termisk kompression. Underhängda element har som regel en mycket lättare talspole, vilket gör att den får motsvarande lägre värmekapacitivitet, vilket kan säga med orden - den blir varmare för en given ineffekt. I det långa perspektivet så klarar som vissa underhängda talspolar trots sin mindre längd/massa, nästan lika mycket effekt som överhängda talspolar, eftersom de får något bättre kylning via spalten. Men i det korta perspektivet ser man ofta mer än dubbla termiska kompressionen. Alltså transientdynamiskt.
Är du underhängt eller överhängt bäst?
Jag har användt båda, och när jag väljer konstruktionsprincip så tar jag hänsyn till alla parametrar av betydelse. Men skall jag sammanfatta min uppfattning så ligger det väl något i det som något skrev tidigare i tråden - det är dyrare att göra ett underhängt system, och innan man väljer att göra det så bör man ALLTID fundera igenom vad man kan uppnå med ett överhängt system som man låter kosta lika mycket att tillverka.
Någon nämnde diskanter, och även om det är rätt så vanligt att diskanter görs underhängde så är det inte så undantagslöst. Det finns dock ofta goda skäl att välja underhängda lösningar för diskanter. Dessa är några av skälen:
1. Den rörliga massan vid de allra högsta frekvenserna domineras nästan helt av talspolens massa om man talar om mjukdomar. En låg rörlig massa är därför som regel fördelaktig eftersom den leder till högre verkningsgrad i det allra högsta registret - alltså det som diskanten har i uppgift att återge.
Å andra sidan kan samma resonamang föras med avseende på impedansen... Gör man baselement och går från en enkel tvålagers talspole på 8 ohm, till en likadan på 4 ohm, så vinner man som regel mer än 3 dB i känslighet. Över 4 dB förekommer, eftersom en talspole på 4 ohm utnyttjar spaltenergin effektivare. När det gäller diskanter är det ofta tvärtom - går man från 8 ohm till 4 så vinner man i förekommande fall mycket lite, ibland bara 2 eller till och med bara 1 dB. Detta trots en avsevärt större effekt in i elementet för en given spänning.
2. Många diskanter är oljekylda, och argumentet att klara större korvarig ineffekt genom större talspolemassa blir allt mindre betydelsefullt ju mera man kopplar sådan kylning till talspolen. Att en längre talspole dessutom blir tyngre och kräver större ineffekt för en given akustisk uteffekt (se pkt 1) gör poängen ännu mindre. En underhängd lösning är helt enkelt oftast bäst - även med avseende på termisk kompression, för diskanter.
3. Slutligen så kan man i många fall nästan bortse ifrån den rörelse(slag)beroende olinjäriteterna för diskanter. Även om diskanten har en teoretisk slaglängd så kan det vara så att den bara kommer att röra sig bråkdelar av en mm och kan i praktiken betraktas som stillastående, med avseende på rörelsedistorsion alltså. Men det beror förvisso på delningsfrekvens och sådant. Det finns fall där konstruktörer väljer att dela diskanter rätt så lågt ned i frekvens, och i de fallen kan faktiskt en överhängd diskant vara fördelaktig.
Vh, iö
- - - - -
PS. Alla element jag tillverkat har tillverkats med noggrann kontroll på talspoleviloläget i spalten. I många fall har utvärderingen dessutom gjort praktiskt och inte bara efter en teoretisk modell. Jag vidtar dessutom ett trick som är så finurligt att jag inte tänker berätta om det här, men som har stor betydelse för ljudkvaliteten, inte bara idag utan även för morgondagen.
PPS. Kan väl nämna att det finns i varje fall ett tiotal ytterligare olinjäritetsmekanismer som jag utelämnade i det ovanstående för att det inte skulle bli för mycket. Ett av dem är effekter av virvelsträmmar i poldelarna mycket nära spalten, och dessa kan bekämpas på flera olika sätt, sätt som sinsemellan faktiskt är varandras motsatser! Men de dessa problem inte specifikt tillhör den ene eller andra grundläggande motoruppbyggnaden så har jag utelämnat dem. De är dock långt ifrån försumbara problem. Men de har kanske inte i just den här diskussionen om under- resp överhängning att göra.
Fd psykoakustikforskare & ordf LTS. Nu akustiker m specialiteten
studiokontrollrum, hemmabiosar & musiklyssnrum. Även Ch. R&D
åt Carlsson och Guru, konsult åt andra + hobbyhögtalartillv (Ino).
