음성 코일
Voice coil |
음성 코일(전구, 칼라 및 권선으로 구성됨)은 라우드스피커 콘의 꼭대기에 부착된 와이어 코일입니다.그것은 자기장이 콘을 통과하는 전류에 반응하여 콘에 동력을 제공합니다.이 용어는 하드 디스크 드라이브 내에서 헤드를 이동하기 위해 사용되는 것과 같은 음성 코일 리니어 모터에도 사용됩니다.이 모터에서는 더 큰 힘이 발생하고 더 긴 거리가 이동하지만 동일한 원리로 작동합니다.
작동
보이스 코일에 전류를 흘려 자기장을 발생시킨다.이 자기장에 의해 음성 코일이 스피커 프레임에 고정된 영구 자석에서 자기장에 반응하여 스피커의 원뿔을 이동합니다.음성 코일에 오디오 파형을 적용하면 콘이 원래 입력 신호에 해당하는 음압파를 재생합니다.
설계에 관한 고려 사항
스피커의 움직이는 부분은 질량이 낮아야 하기 때문에(관성에 의해 너무 많이 감쇠되지 않고 고주파 사운드를 정확하게 재생하기 위해) 보이스 코일은 가능한 한 가벼운 무게로 만들어 섬세하게 만듭니다.코일에 너무 많은 전류가 흐르면 코일이 과열될 수 있습니다(오믹 가열 참조).리본 와이어라고 불리는 편평한 와이어로 감긴 보이스 코일은 둥근 와이어가 있는 코일보다 자기 간극에서 높은 패킹 밀도를 제공합니다.일부 코일은 표면 봉지 보빈 및 칼라 재료로 만들어지기 때문에 코일의 냉각에 도움이 되는 자성유체에 담그고 코일의 열을 멀리 전달하여 자석 구조로 만들 수 있습니다.저주파수에서의 과도한 입력전력은 코일의 정상한계를 넘어 변형을 일으키거나 기계적 손상을 일으킬 수 있습니다.
파워 핸들링은 와이어 절연재, 접착제 및 보빈 재료의 내열성과 관련이 있으며 자기 간극 내 코일의 위치에 따라 영향을 받을 수 있습니다.대부분의 라우드스피커는 '오버행' 음성 코일을 사용하며, 와인딩은 자기 간극 높이보다 높습니다.이 토폴로지에서는 코일의 일부가 항상 갭 내에 있습니다.파워 핸들링은 허용 가능한 열량과 음성 코일에서 분리할 수 있는 양에 의해 제한됩니다.일부 자석 설계에는 자석 갭 위 및 아래에 알루미늄 히트 싱크 링이 포함되어 있어 전도 냉각을 개선하고 동력 핸들링을 대폭 개선합니다.다른 모든 조건이 일정하게 유지되면 음성 코일 권선의 면적은 코일의 파워 핸들링에 비례합니다.따라서 직경 100mm의 보이스코일에 12mm의 와인딩 높이가 있으면 직경 50mm의 보이스코일에 24mm의 파워핸들링이 유사합니다.
'언더행' 음성 코일 설계(아래 참조)에서 코일은 X로 알려진max 제한된 동작 범위에서 일관된 기전력을 제공하는 토폴로지인 자기 간격보다 짧습니다.코일이 과구동될 경우 간극에서 이탈하여 상당한 왜곡이 발생하고 강철의 열 싱킹 이점이 손실되어 빠르게 가열될 수 있습니다.
많은 하이파이 및 거의 모든 프로페셔널 저주파 라우드스피커(우퍼)에는 음성 코일의 강제 공기 냉각을 위한 통풍구가 마그넷 시스템에 포함되어 있습니다.콘과 더스트 캡의 펌핑 동작은 차가운 공기를 흡입하여 뜨거운 공기를 배출합니다.이 냉각 방법은 원뿔 운동에 의존하기 때문에 미드레인지와 트위터의 통풍은 음향상의 이점을 제공하지만 미드레인지 또는 고음 주파수에서는 효과적이지 않습니다.
초기 확성기에서는 음성 코일이 종이 보빈에 감겨져 있어 중간 수준의 전력 수준에 적합했습니다.보다 강력한 앰프를 사용할 수 있게 되면서 합금 1145 알루미늄 포일이 종이 보빈으로 널리 대체되었고 음성 코일은 증가된 전력에서도 살아남았습니다.일반적인 최신 하이파이 라우드스피커 음성 코일은 최대 150°C 또는 180°C의 작동 온도를 견딜 수 있는 소재를 사용합니다.전문가용 확성기의 경우, 고도의 서모셋 복합 재료를 사용하여 동시에 열(300°C 미만)과 기계적 부하가 가해진 상태에서 음성 코일의 생존을 향상시킬 수 있습니다.
알루미늄은 저렴한 비용, 접합 용이성 및 구조 강도 때문에 스피커 업계에서 널리 사용되었습니다.특히 프로페셔널 사운드에서 고출력 앰프가 등장했을 때 알루미늄의 한계가 드러났습니다.음성 코일의 열을 스피커의 접착 본드로 효율적으로, 그러나 불편하게 전달하여 열적으로 열화되거나 연소됩니다.마그네틱 갭에서 알루미늄 보빈이 움직이면 재료 내부에 와전류가 생성되어 온도가 더욱 상승하여 장기적인 생존을 방해합니다.1955년 DuPont는 알루미늄 결함에 시달리지 않는 폴리이미드 플라스틱 필름인 Kapton을 개발하였고, 따라서 Kapton과 이후 Kaneka Apical이 음성 코일에 널리 채택되었다.대부분의 하이파이 음성 코일에 대한 이러한 어두운 갈색 플라스틱 필름은 성공적이었습니다. 또한 그것들은 매력적이지 않은 특성, 주로 비용, 그리고 뜨거울 때 부드러워지는 불행한 경향을 가지고 있었습니다.전문가용 스피커의 연화 문제를 해결하기 위해 1992년에 개발된 Hisco P450은 폴리이미드 수지를 함침한 얇은 유리섬유 천의 열경화성 복합체로 폴리이미드의 가장 좋은 특징과 유리섬유의 내온성 및 강성이 결합되어 있습니다.300°C에 이르는 가혹한 물리적 스트레스와 작동 온도에도 견딜 수 있으며, 강성은 스피커의 '콜드' 주파수 응답을 유지하는 데 도움이 됩니다.
음성 코일 권선에 사용되는 실제 와이어는 거의 항상 구리이며 전기 절연 코팅이 되어 있으며 경우에 따라서는 접착 오버코트가 있습니다.구리선은 제조가 용이한 범용 음성 코일을 합리적인 비용으로 제공합니다.라우드스피커에서 최대 감도 또는 확장 고주파 응답이 필요한 경우 코일의 이동 질량을 줄이기 위해 알루미늄 와이어를 대체할 수 있다.알루미늄 와이어는 제조 환경에서는 다소 섬세하지만 구리 와이어의 등가 게이지 질량의 약 1/3을 차지하며 전기 전도율의 약 2/3를 가집니다.구리 피복 알루미늄 와이어를 사용하는 경우가 있어 구리에 비해 코일 질량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 감기가 용이합니다.
양극산화 알루미늄 플랫 와이어를 사용하여 다른 음성 코일 와이어의 에나멜 코팅보다 절연 산화층을 유전 파괴에 더 강한 내성을 제공할 수 있다.이로 인해 경량, 저유도 음성 코일이 생성되며, 소형 확장 스피커에서 사용하기에 이상적입니다.이러한 코일의 주요 전력 제한은 와이어를 보빈 또는 스파이더 및 코일에 접합하는 접착제의 열 연화 지점입니다.
음성 코일은 확성기 이외의 용도로 사용할 수 있으며, 시간적 힘의 선형성과 긴 스트로크가 필요합니다.진공이나 공간과 같은 일부 환경에서는 코일 손실을 방지하기 위해 구상 중에 특별한 주의가 필요합니다.열 방출을 촉진하기 위해 몇 가지 특정 방법을 사용할 수 있습니다.
오버행 코일 및 언더행 코일
위 그림은 음성 코일이 자기장에 잠기는 두 가지 방법을 보여줍니다.가장 일반적인 방법은 음성 코일의 높이가 자기 간격의 높이보다 큰 오버행 설계입니다.하이엔드 스피커에 주로 사용되는 언더행 디자인은 코일의 높이가 갭보다 작습니다.두 방법의 차이점, 장점 및 단점은 다음과 같습니다.
| 오버행 코일
| 언더행 코일
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두 토폴로지는 동일한 목표를 시도합니다. 즉, 적용된 신호를 충실하게 재생하는 운전자에게 코일에 작용하는 선형 힘입니다.
용어의 기타 용도
"보이스 코일"이라는 용어는 일반화되어 있으며 솔레노이드를 사용하여 자기장 내에서 물체를 앞뒤로 움직이는 모든 검류계 같은 메커니즘을 말합니다.
특히, 일반적으로 이동 헤드 디스크 드라이브에서 읽기-쓰기 헤드를 이동하는 와이어 코일을 지칭하는 데 사용됩니다.본 어플리케이션에서는 영구 희토류 자석에 의해 생성되는 강한 자기장 내에 매우 가벼운 와이어 코일을 장착한다.음성 코일은 헤드를 배치하는 서보 시스템의 모터 부품입니다. 전기 제어 신호가 음성 코일을 구동하고 결과적으로 발생하는 힘이 빠르고 정확하게 헤드를 배치합니다.
