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创新的IPT音圈材料

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产品大图
谈谈扬声器音圈的新材料

-IPT公司的音圈骨架和补强材料
国光电器股份有限公司 - 俞锦元 翻译
在中国的一个扬声器研讨会上,在广大音响工程师的面前,介绍了本文所述的新的音圈补强纸材料。生产这些新材料的厂家,英文为:Innovative Paper Techno Iogies, 简称IPT。对扬声器工程师来说,这也是一个新名字。但是IPT是很熟悉音圈工业的,同时IPT已经收购了在美国新罕布什尔州的TiIton的Quin-T公司资产和本部。在长达四十年的时间内Quin-T公司开发了许多用于音圈工业的通用补强纸材料。今天的IPT LLC(创新纸品科技有限责任公司)是一家专门从事音圈骨架和补强纸的特殊无机纸研究、设计和制造的机构。最近,IPT倡导开发并生产新一代的产品,这些产品的工程性能可以满足温度超过250℃的大多数严格场合的应用。这类材料在很宽广的应用领域内改善、测试并验证-包括用于高温音圈,变压器,马达,发电机中的电气绝缘以及在家庭条件下做阻燃物等。
关于扬声器音圈的补强纸
现在,让我们来看看音圈补强纸的要求。 补强纸就是在音圈骨架上绕一圈或数圈的纸质材料。这个位置刚好位于音圈绕组上方及锥盆/支片颈部的结合处。原来,补强纸主要是用来适当地敷贴在由骨架支撑着的音圈引出线外面的。作为选择,引出线也能直接粘在骨架上的。尽管如此,有几个与声音密切相关的问题要求使用补强纸。
增加骨架强度
补强纸常用来使音圈和锥盆颈部结合处增强和增加强度。虽然音圈部件的机械强度是由音圈绕组提供的,但是,在音圈绕组顶部和颈部结合处(支片和锥盆粘结)很易受起皱影响,特别在大功率低音扬声器时此处易起皱。补强纸不好的话,麻烦还真不少呢。假如不导热或导热有限的补强纸材料用于铝或其它导热骨架材料,那么,从音圈来的热量将对颈部结合处的胶粘剂和锥盆材料有较小的影响。颈部结合处的胶粘剂是有许多要求的,而且如果与其它极高温度容差的参数能适应的话,那是首先的途径。用铝音圈骨架的聚合物锥盆在大功率应用时确实是需要厚的不导热补强纸的,以避免聚合物锥盆受热变形。
尺寸弥补系数
补强纸可以用来建立与已有的锥盆相配合的音圈骨架的外径。不知何故,在锥盆和音圈的详细目录中却从来没有看到过它们正确配合的尺寸。如果音圈骨架外径比锥盆内径小些时,则必须增大骨架外径使音圈骨架与锥盆之间产生一个摩擦配合。不管这些部件之间是松配合还是摩擦配合都将受到胶粘剂是否最佳选择的影响。在夏季,胶粘剂粘度变稀是个未知数,而且胶液会从音圈/锥盆,支片结合处流到音圈上。因为大多数低音扬声器装配时都是盆面向上的,所以泄露到音圈上的珠状胶液就可能损坏整个扬声器了。
粘结界面
许多锥盆,特别是聚合物锥盆和许多音圈骨架材料,例如聚酰亚胺,甚至铝都具有不易粘结的底层。而有些材料,如陶瓷纸,牛皮纸或带状NOMEX都能对骨架和锥盆间的胶粘刘提供一个可接受的界面。
声特性
通过合理地选择补强纸的材料和厚度,扬声器设计师以补强纸来控制扬声器高端的响应是能实现的。如果低音扬音器或中音扬声器有一个上升的响应,或许这是由束射引起的,应用二阶网络可以克服这类现象,而用较厚的补强纸材料可能是最好的解决办法。IPT公司有5密耳(0.13mm),甚至有10密耳(0.25mm)厚的补强纸供应。在音圈骨架和锥盆间使用这类厚度的补强纸甚至可在能量到达锥部颈部前就使中频以上多余的能量得到衰减了。
补强纸材料的选择
通常要选择补强纸材料是因为这些材料非常柔韧和有吸水性。作者也指出,具有吸水特性的材料是较易粘合的,这就导致了补强纸,音圈骨架和锥盆之间的良好粘结。只有KaptonHPP和KaptonMTB 骨架材料要作高附着力处理。比较通用的KaptonHN材料是不作处理的,所以中国产的级别较低的聚酰亚胺骨架如果在粘结低附着力的材料如PP盆时没有补强纸那么就麻烦大了。如果补强纸材料是吸水性的,那么它就不能和磁流体兼容,不然,磁流体会被吸入补强纸材料中,从而改变有效振动质量且随时会导致特性不稳定。但是,良好的粘附性也可不必强求吸水性的,有一个粗糙的不吸水的花纹表面也能有良好的粘附性的。关键是找到一种能和磁流体兼容的好的补强纸材料,它既有粗糙的表面又是非吸水性材料。合乎理想而本质上为非吸水型的材料应该采用如IPT公司的TufQUIN。因为补强纸材料必须紧贴两条音圈引出线,所以纸的柔韧性(柔软和易定形性)是很重要的特性。如果补强纸材料不能牢牢地封住贴着音圈骨架的引出线时就有可能出现近似口哨声的杂音。另外,纸质疏松的补强纸会提供一个毛细管路径,通过此路径磁流体就可能从磁间隙中迁移出来了。为了防止磁流体从音圈引出线和补强纸之间迁移,作者建议,两条引出线先用不干胶粘住再用补强纸包住该长度的引出线。
关于通用材料
未经处理的牛皮纸由于价廉和易加工所以是目前通用的补强纸。但是,对承受高温工作的导热音圈骨架来说,这种材料是不合适的。牛皮纸还是高吸水性的,困此,和磁流体一起用时不是好的选择。对于采用磁流体的扬声器来说,即使已处理过的牛皮纸也不是好的选择。杜邦公司生产的Nomex 411和410也常用作补强纸的。使用Nomex时会感到比牛皮纸硬些。通常,树脂处理过的Nomex是为减少尺寸的不稳定性和Nomex吸湿性用的。尽管如此,即使树脂喷涂的Nomex仍应避免用于磁流体冷却的扬声器。因为在切割过程中暴露了可吸收的非喷涂表面,这样一来,边缘就产生了。IPT公司的CeQUIN和TufQUIN是世界范围著名和流行的音圈螺旋纸管材料。在声学特性上,CeQUIN和TufQUIN产品始终那么优秀.这两种材料都具有良好的热稳定性而TufQUIN还具有非吸水特性。
近看IPT
在中国的研讨会上,IPT公司还介绍了他们为扬声器工业提供的新隔热(Thermal Shield)和传热(Therma Volt)纸。其实,作者前面已经谈到了这些新材料,所以,最主要的还是让我们看看IPT公司制造的补强纸材料吧。
CeQUIN
CeQUIN纸厚度最大是3密耳(0.08mm)。CeQUIN纸已经由几家本地和海外公司成功地进行B级喷涂了。在处理过程中,这些纸将经受非常高的温度。
TuFQUIN
TuFQUIN纸耐高温不及CeQUIN纸,但是,短期它能经受相当高的温度。对补强纸的应用来说,CeQUIN和TuFQUIN纸两者都可采用高性能的B级喷涂。TuFQUIN 110具有许多特性,包括磁流体的兼容性等,使它用于补强纸材料具吸引力。TuFQUIN 110既有柔韧性又有贴服性,高温工作能力可通H级(180℃)要求。另外,它具有高的机械强度-刚性大,张力强度和抗撕裂度高,加上低的吸湿性-纸面不需要喷涂或封闭-其吸湿性只有Nomex 110的一半。TufQUIN纸的最小厚度为2密耳(0.05mm)。TufQUIN KB是一种深得许多音圈制造者喜欢的黑色改性纸。
Thermal Shield
Thermal Shield的非编织聚丙烯(PP)硫化薄片(PPS)是为长期暴露于高温场合也包括抗磁流体在内的化学物质而设计的。它不受水解影响,而且,为了尺寸稳定性可不要求烘干。隔热纸能用树脂喷涂来增强其特性,有时替代编织Nomex用作补强纸。隔热纸的厚底范围在2-7密耳(0.05-0.18)之间.像Nomex那样,隔热纸也需要B-级树脂喷涂以使它适应大多数补强纸应用。
Therma Volt
Therma Volt是一种无机物含量高的纸张。最初是尝试为耐高温(220℃级)变压器而开发的。在一些要求音圈骨架把热传到锥盆的场合-如铝骨架到铝锥盆,用这种纸是特别吸引人的解决方案。它具有的低吸湿性和尺寸稳定性均超过了Nomex。这种材料的厚度为3-10密耳(0.08-0.25)。Therma Volt无机纸用聚酰胺喷涂后的持续开发表明,这种材料可提供给中音和高音扬声器作高质量的音圈骨架。
结论
虽然,补强纸在扬声器造价中可能是最便宜的零件之一,但是,它对音圈及驱动器本身却起着许多重要的作用。因为纸可改善音圈的结构强度和使音圈引出线定位,它还能用于隔热,传热,还可用于改善锥盆和音圈骨架之间的胶粘状态。另外,利用补强纸的声学特性可选择对扬声器高端频响的影响。许多材料都可用作补强纸的,但是,深入理解这些材料的物理特性是达到最佳选择的需要。现在,IPT公司正式以低价,高质量,可供选择的通用补强纸材料提供给扬声器设计师和制造者。
原文IPT's New Voice Coil Bobbins and Collars 刊登于美国《Voice Coil》音响杂志, 2005年11月份, Volume 19, Issue 1, 第20页。翻译人获得《Voice Coil》杂志的特别许可,提供中文译文。本译文发表在《国际电声商情》杂志2006年6月份,ISSN 179-7052.
《Voice Coil》杂志是美国 Audio Amateur 公司旗下的一份主要音响刊物。
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作者简介:
Mike Klasco是Menlo Scientific(一家位于加利福尼亚州Richmond的音响顾问公司)的总裁。他是扬声器大学研讨会的组织者,是扬声器高性能材料和扬声器制造技术的专家。
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