Возможно, это один из самых неправильно понимаемых параметров. Большинство радиолюбителей знают, что Xmax касается отклонения подвижной системы громкоговорителя, но не знают точно, что он означает.
Мы привыкли к буквам X и Y, обозначающим измерения, и в этом случае X действительно относится к измерению, это связано с расстоянием, которое звуковая катушка громкоговорителя проходит вперед и назад, до тех пор пока все хорошо – но max – это то, что сбивает с толку. Естественно предположить, что max означает максимум, большинство приходят к выводу, что Xmax означает максимальный ход в измерении X, что почти верно. Чего не хватает, так это слова линейный. Xmax обычно рассматривается как максимальный линейный ход – но что именно это означает?
Давайте рассмотрим упрощенный способ расчета Xmax. Это относится к звуковым катушкам, высота намотки которой больше высоты магнитного зазора – оверханг.
(Hvc – Hg) / 2
- Hvc – высота звуковой катушки;
- Hg – высота магнитного зазора.
Чтобы понять это, рассмотрим как устроен громкоговоритель:
Теперь давайте более подробно рассмотрим область вокруг звуковой катушки. Удалим правую часть звуковой катушки, чтобы сделать схему более понятной:
Теперь вы, вероятно, понимаете, почему Xmax часто называют Voice Coil Overhang. Это величина, на которую звуковая катушка нависает над магнитным зазором, но почему это так важно?
Рассмотрим статические магнитные поля в громкоговорителе. Эти поля создаются магнитом, а не звуковой катушкой:
На схеме упрощенно показан магнитный поток. Также будет иметь место поток рассеивания снаружи магнитной цепи и внутри воздушного зазора. И в реальном громкоговорителе линии магнитного поля вряд ли будут такими же однородными, как на приведенной выше схеме, но этого должно быть достаточно, чтобы увидеть общий принцип действия магнитного поля. Постоянный магнит имеет северный полюс на одной стороне и южный на другой. В зависимости от производителя динамика, нормально, когда керн имеет северный полюс, а верхний фланец – южный. Форма верхнего фланца и керна помогает сфокусировать магнитный поток в зазоре таким образом, что в нем линии потока находятся ближе всего друг к другу – там, где находится звуковая катушка.
Ферромагнитные материалы более магнитопроницаемы, чем воздух, примерно в 400 раз. Магнитный поток будет стремиться к пути наименьшего сопротивления, во многом так же, как это делает электричество, это будет означать, что поток будет стремиться пройти через металлические части магнитной цепи. Когда он достигнет зазора, он продолжит идти по пути наименьшего сопротивления, который в этом случае будет кратчайшим расстоянием – по воздуху, т.е. прямо через магнитный зазор. Поток сжимается поперек зазора, распространяясь параллельными линиями, создавая однородное линейное магнитное поле.
Традиционно Xmax рассчитывался математически с использованием упрощенной формулы, упомянутой ранее. Это объясняется тем, что во многих ранних конструкциях громкоговорителей использовались относительно слабые магниты, и предполагалось, что магнитное поле будет значительно ослабевать непосредственно над или под зазором и будет малополезным или бесполезным.
Когда вы пропускаете электрический ток через звуковую катушку, она создает свое собственное электромагнитное поле, которое будет толкать магнитный поток в зазоре звуковой катушки, заставляя звуковую катушку двигаться. Если вы удерживаете отклонение подвижной системы в пределах Xmax, то в зазоре всегда будет одинаковая высота звуковой катушки.
На рисунке ниже показано максимальное отклонение в каждом направлении, чтобы удерживаться в пределах математически рассчитанного Xmax. Поскольку магнитное поле в зазоре должно быть линейным и однородным, а высота звуковой катушки в зазоре должна оставаться постоянной, можно создать математические модели для прогнозирования поведения громкоговорителя. Работа за пределами Xmax приведет к тому, что эти математические модели станут неточными и внесут искажения.
Перемещение звуковой катушки при котором она начинает покидать магнитный зазор приведет к тому, что она будет иметь меньшую толкающую силу, где начинается нелинейное поведение, отсюда и термин «максимальный линейный ход». Подвижная система будет двигаться, но это уже не будет оптимальной производительностью.
Все более распространенным становится использование более сильных магнитов в конструкциях магнитных цепей, что иногда может означать, что полезный магнитный поток также будет присутствовать непосредственно вне зазора, а напряженность магнитного поля может быть приемлемой в этой области. В зависимости от напряженности магнита и других факторов, Xmax может быть на 25-40% больше, чем математически рассчитанный ход звуковой катушки.
Поэтому, сравнивая громкоговорители от разных марок, нужно помнить, что значения Xmax могут рассчитываться по-разному, и динамик с указанным значением Xmax=7 мм от одного производителя может фактически иметь очень похожие характеристики с динамиком другого производителя с значением Xmax=10 мм, который, использовал другую математическую модель или допуск для определения предела линейного отклонения.
Лучшим решением определения Xmax будет путь измерений с использованию анализа Клиппеля для более точного определения линейного хода. Громкоговоритель на низких частотах постепенно доводится до высокой громкости, и тогда Xmax определяется когда гармонические искажения превышают 10%. Считается, что это лучше отражает фактическую производительность громкоговорителя.
Каково значение Xmax?
Ход подвижной системы связан с громкостью, с глубокими низкими частотами. Басовый громкоговоритель с низким Xmax не будет предназначен для воспроизведения низких частот при высокой мощности. Исключением из этого правила являются громкоговорители, нагруженные на рупор.
Может ли превышение Xmax повредить динамик?
Не обязательно, некоторые производители также указывают Xlim или Xdamage, что является максимальным механическим отклонением подвижной системы до повреждения. Это часто может быть двойным значением Xmax. Эти два параметра часто связаны для сабвуферных головок, подвижная система которых рассчитана на большой ход при длительном прослушивании, они проектируется таким образом, что Xlim пропорционально Xmax. Xlim часто рассматривается как максимальный механический ход, при превышении которого громкоговоритель получит механическое повреждение, чаще всего – край каркаса звуковой катушки ударится о нижний фланец магнитной цепи.
Превышение Xmax
В большинстве случаев можно превысить Xmax, не вызывая механического повреждения звуковой катушки, однако следует учитывать, что превышение Xmax может привести к снижению мощности из-за отрицательного воздействия на охлаждение звуковой катушки.
В зависимости от конструкции громкоговорителя, при превышении Xmax следует учитывать и другие факторы: механические нагрузки на компоненты динамика, такие как центрирующая шайба, и место ее соединения с диффузором и каркасом звуковой катушки. На эти компоненты потенциально действует большая сила, растягивающая и вытягивающая их за пределы проектных пределов.
Для верности желательно ещё измерять уровень гармоник каждого динамика. Бывает так, что купили пару новых динамиков, на вид одинаковых, но один на номинальной громкости играет отлично, а второй хрипит. Линейность хода нарушена. Могут встречаться различные дефекты, мусор, неровности приклеивания в любом направлении, не соосность, не цилиндричность катушки, неравномерность пропитки или искривление центрирующей шайбы или подвеса, намотки катушки, намагничивания и.т.д.