Bobina de voz - Voice coil
Uma bobina de voz (consistindo em um formador , um colar e um enrolamento ) é a bobina de fio presa ao ápice de um cone de alto - falante . Ele fornece a força motriz ao cone pela reação de um campo magnético à corrente que passa por ele. O termo também é usado para motores lineares de bobina de voz , como aqueles usados para mover as cabeças dentro das unidades de disco rígido , que produzem uma força maior e se movem por uma distância maior, mas funcionam com o mesmo princípio.
Operação
Ao conduzir uma corrente através da bobina de voz, um campo magnético é produzido. Esse campo magnético faz com que a bobina de voz reaja ao campo magnético de um ímã permanente fixado à estrutura do alto-falante, movendo assim o cone do alto-falante. Ao aplicar uma forma de onda de áudio à bobina de voz, o cone irá reproduzir as ondas de pressão sonora , correspondendo ao sinal de entrada original.
Considerações de design
Como as partes móveis do alto-falante devem ser de baixa massa (para reproduzir com precisão os sons de alta frequência sem serem muito amortecidos pela inércia ), as bobinas de voz geralmente são feitas o mais leve possível, o que as torna delicadas. Passar muita corrente pela bobina pode causar superaquecimento (veja aquecimento ôhmico ). As bobinas de voz enroladas com fio achatado, chamadas de fio de fita , fornecem uma densidade de empacotamento mais alta na lacuna magnética do que as bobinas com fio redondo. Algumas bobinas são feitas com bobina de superfície selada e materiais de colar para que possam ser imersos em um ferrofluido que auxilia no resfriamento da bobina, conduzindo o calor para longe da bobina e para a estrutura do ímã. A potência de entrada excessiva em baixas frequências pode fazer com que a bobina se mova além de seus limites normais, causando distorção e possivelmente danos mecânicos.
O manuseio de energia está relacionado à resistência ao calor do isolamento do fio, adesivo e material da bobina e pode ser influenciado pela posição da bobina dentro da lacuna magnética. A maioria dos alto-falantes usa bobinas de voz 'suspensas', com enrolamentos mais altos do que a altura do vão magnético. Nesta topologia, uma parte da bobina permanece dentro da lacuna o tempo todo. O manuseio de energia é limitado pela quantidade de calor que pode ser tolerada e pela quantidade que pode ser removida da bobina de voz. Alguns designs de ímã incluem anéis dissipadores de calor de alumínio acima e abaixo da lacuna do ímã, para melhorar o resfriamento por condução, melhorando significativamente o manuseio de energia. Se todas as outras condições permanecerem constantes , a área dos enrolamentos da bobina de voz é proporcional ao manuseio de energia da bobina. Assim, uma bobina de voz de 100 mm de diâmetro, com uma altura de enrolamento de 12 mm tem um manuseio de energia semelhante a uma bobina de voz de 50 mm de diâmetro com uma altura de enrolamento de 24 mm.
Em projetos de bobina de voz 'underhung' (veja abaixo), a bobina é mais curta do que o gap magnético, uma topologia que fornece força eletromotriz consistente em uma faixa limitada de movimento, conhecida como X max . Se a bobina for sobrecarregada, ela pode deixar a lacuna, gerando distorção significativa e perdendo o benefício de dissipação de calor do aço, aquecendo rapidamente.
Muitos alto-falantes de alta fidelidade e quase todos os alto-falantes profissionais de baixa frequência (woofers) incluem aberturas no sistema magnético para fornecer resfriamento de ar forçado da bobina de voz. A ação de bombeamento do cone e da tampa protetora puxa o ar frio e expele o ar quente. Este método de resfriamento depende do movimento do cone, portanto é ineficaz em frequências médias ou agudas, embora a ventilação de médios e tweeters forneça algumas vantagens acústicas.
Nos primeiros alto-falantes, as bobinas de voz eram enroladas em bobinas de papel, o que era apropriado para níveis de potência modestos. À medida que amplificadores mais potentes se tornaram disponíveis, a folha de alumínio da liga 1145 foi amplamente substituída por bobinas de papel, e as bobinas de voz sobreviveram ao aumento de potência. As bobinas de voz de alto-falantes de alta fidelidade modernas típicas empregam materiais que podem resistir a temperaturas operacionais de até 150 ° C, ou mesmo 180 ° C. Para alto-falantes profissionais, materiais compostos termofixos avançados estão disponíveis para melhorar a sobrevivência da bobina de voz sob severos esforços térmicos simultâneos (<300 ° C) e mecânicos.
O alumínio foi amplamente utilizado na indústria de alto-falantes devido ao seu baixo custo, facilidade de colagem e resistência estrutural. Quando surgiram amplificadores de maior potência, especialmente em som profissional, as limitações do alumínio foram expostas. De forma bastante eficiente, mas inconveniente, transfere o calor da bobina de voz para as ligações adesivas do alto-falante, degradando-as termicamente ou mesmo queimando-as. O movimento da bobina de alumínio na fenda magnética cria correntes parasitas dentro do material, que aumentam ainda mais a temperatura, dificultando a sobrevivência a longo prazo. Em 1955, a DuPont desenvolveu o Kapton, um filme plástico de poliimida que não sofria de deficiências de alumínio, então Kapton e mais tarde Kaneka Apical foram amplamente adotados para bobinas de voz. Por mais bem-sucedidos que esses filmes de plástico marrom escuro tenham sido para a maioria das bobinas de voz de alta fidelidade, eles também tinham algumas propriedades menos atraentes, principalmente seu custo, e uma tendência infeliz de amolecer quando quentes. Hisco P450, desenvolvido em 1992 para resolver o problema do amolecimento em alto-falantes profissionais, é um composto termofixo de tecido fino de fibra de vidro, impregnado com resina de poliimida, combinando as melhores características da poliimida com a resistência à temperatura e rigidez da fibra de vidro. Ele resiste a tensões físicas brutais e temperaturas operacionais de até 300 ° C, enquanto sua rigidez ajuda a manter a resposta de frequência "fria" do alto-falante.
O fio real empregado no enrolamento da bobina de voz é quase sempre cobre, com um revestimento de isolamento elétrico e, em alguns casos, um revestimento adesivo. O fio de cobre fornece uma bobina de voz de uso geral, de fácil fabricação, a um custo razoável. Quando a sensibilidade máxima ou resposta estendida de alta frequência é necessária de um alto-falante, o fio de alumínio pode ser substituído, para reduzir a massa móvel da bobina. Embora bastante delicado em um ambiente de fabricação, o fio de alumínio tem cerca de um terço da massa da bitola equivalente do fio de cobre e cerca de dois terços da condutividade elétrica. O fio de alumínio revestido de cobre é ocasionalmente usado, permitindo um enrolamento mais fácil, juntamente com uma redução útil na massa da bobina em comparação com o cobre.
Fio plano de alumínio anodizado pode ser usado, fornecendo uma camada de óxido isolante mais resistente à ruptura dielétrica do que revestimentos de esmalte em outro fio de bobina de voz. Isso cria bobinas de voz leves e de baixa indutância, ideais para uso em alto-falantes pequenos e de alcance estendido. A principal limitação de energia em tais bobinas é o ponto de amolecimento térmico dos adesivos que ligam o fio à bobina, ou a bobina à aranha e à bobina.
Bobinas de voz podem ser usadas para outras aplicações além de alto-falantes, onde a linearidade da força do tempo e cursos longos são necessários. Alguns ambientes como vácuo ou espaço requerem atenção específica durante a concepção, a fim de evacuar as perdas da bobina. Vários métodos específicos podem ser usados para facilitar a drenagem térmica.
Bobinas suspensas e suspensas
A imagem acima mostra duas maneiras em que a bobina de voz é imersa no campo magnético. O método mais comum é o projeto suspenso , em que a altura da bobina de voz é maior do que a altura da lacuna magnética. O design underhung que é usado principalmente em alto-falantes de ponta tem a altura da bobina menor do que a do gap. As diferenças, vantagens e desvantagens de ambos os métodos estão listadas abaixo.
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Bobina suspensa
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Bobina Underhung
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Ambas as topologias buscam o mesmo objetivo: força linear atuando na bobina, para um driver que reproduz fielmente o sinal aplicado.
Outros usos para o termo
O termo "bobina de voz" foi generalizado e se refere a qualquer mecanismo semelhante ao galvanômetro que usa um solenóide para mover um objeto para frente e para trás dentro de um campo magnético.
Em particular, é comumente usado para se referir à bobina de fio que move as cabeças de leitura e gravação em uma unidade de disco com cabeça móvel . Nesta aplicação, uma bobina de fios muito leve é montada dentro de um forte campo magnético produzido por ímãs permanentes de terras raras . A bobina de voz é a parte motora do servo sistema que posiciona as cabeças: um sinal de controle elétrico aciona a bobina de voz e a força resultante posiciona as cabeças de forma rápida e precisa.
Veja também
Referências
- [1] , Um bom artigo sobre atuadores de bobina de voz.
- The Hisco Loudspeaker Voice Coil Handbook , 7ª edição, agosto de 2001. Hisco, Anaheim, CA 92807. 714 777 2665.
- Atuadores de bobina de voz , princípio e prática.