Индуктивности на магнитных сердечниках для фильтров акустических систем

[begemot]

Давно меня интересовал этот вопрос. Уж очень заманчиво увеличить индуктивность в 5-10 (а то и больше) раз путём
вставления в катушку куска железки или феррита.
Есесьно, за всё приходится расплачиваться. Индуктивность становится нелинейной. Кроме того, добавляются потери самого сердечника.
Всё это рождает массу обоснованных и не очень подозрений. Большая часть которых относится к адиофильским легендам и никак не связана
с объективной реальностью. Что не удивительно, так как большинство легендотворцов скорее всего понятия не имеют о том что такое катушка
индуктивности, тем более катушка с сердечником. Ну и конечно, об померить не может быть и речи. Померить-это вообще звучит как-то кощунственно.

Данная ветка является попыткой слегка разобраться в этом вопросе.
Для этого мы воспользуемся возможностями, предоставляемыми программой FEMM http://www.audio-perfection.com/forum/thread-215.html
Мне кажется что результаты получаемые с её помощью вполне адекватны. Кое что я перепроверял с помощью других расчётов, кое в чём есть
лёгкие сомнения, но в общем и целом очень достойная программа. И при этом довольно проста в освоении.
Конечно это всего лишь моделирование и поэтому некоторые выводы в последствии надо будет перепроверить с помощью измерений.
Но прежде чем мерить, надо решить что и как имеет смысл пробовать. И моделирование здесь просто незаменимо.

В качестве сердечников использовались следующие материалы:

US Steel Type 2-S, 0.4 mm ламинат-сталь использующаяся в электро-моторах

M-19 Silicon Steel, 0.4 mm ламинат-силиконовая трансформаторная сталь с довольно малыми (для стали) потерями, иногда использующаяся и для намотки
мощных звуковых трансформаторов

78 Permalloy, 0.1 mm ламинат

Магнито-мягкий феррит (Fe-Ni-Zn-V)

Mu Metal, 0.1 mm ламинат

Кривые намагниченности данных материалов приведены в файле "Materials BH"

  Materials BH.xls (Размер: 50.5 KB / Загрузок: 16)

В качестве первой тестовой конфигурации использовалась катушка 200 витков провода 18Ga (примерно 1мм)
Сердечники - сечение 10х10мм и длина 40мм

   

Результаты сведены в файл "Cored_Inductor_5"

  Cored_Inductor_5.xls (Размер: 104.5 KB / Загрузок: 23)

.

[bobby_ii]

Ну и конечно, об померить не может быть и речи. Померить-это вообще звучит как-то кощунственно.

Чем и где? Если микрофоном - то что увидим?
Если электрически с фильтров - это требует наличия некоторого кол-ва извилин, некоторого кол-ва времени, некоторой специфической аппаратуры и неуемного желания что-то кому-то доказать.
С доказать - еще одна неувязочка. Нет четко доказанной связи между тем, что мы слышим и что измеряем.
Ухо пока намного чувствительнее, чем аппаратура. Ну и как любил говорить лорд Рэлей ... .
В общем, если что-то намерим, связанное с восприятием - будет нам халва.
Как идея, если ЛТ адекватно моделит катушки с сердечниками (насыщение, гистерезис ????), то можно помоделить с разными кривыми, что это даст спектрально и пропустить через ЭТО какой-нибудь отрывок - послушать. Может наслушаем какую-то связь (как тока починю свой рабочий ноут - займусь ЛТшкой). Если не моделит - то чтобы что-то выяснить, придется пропускать сигнал через реальные фильтры и записывать с выхода. Если этого не делать - придется присоединиться к удифилам и слушать, слушать, слушать ... . А потом поэтично и патетично воспевать свои вчепятления.

Уж очень заманчиво увеличить индуктивность в 5-10 (а то и больше) раз путём вставления в катушку куска железки или феррита. ... Индуктивность становится нелинейной. Кроме того, добавляются потери самого сердечника.

Предлагаю сначала разобраться, что происходит, как проявляется и как мы это слышим.
Предположу, что сердечник нужен только для раздела НЧ/СЧ при низком разделе т.к. на более высоких частотах хватит и безсердечных индуктивностей.
Из того, что "вижу" я:
- изменение индуктивности, приводящее к изменению полос, если таковое происходит - очень страшно. Т.к. индуктивность - понятие интегральное и если оно видно на уровне изменения индуктивности, значит на пиках сигнала оно меняется ОЧЕНЬ ЗНАЧИТЕЛЬНО. Т.о. "искажения" от изменения полос можно не рассматривать т.к. если они будут в наличии это значит, что с сигналом уже Ж.
- изменение индуктивности ведет в большей степени к изменению динамики сигнала (аналогично току в трансах). Компенсировать можно если обеспечить синхронные компенсирующие изменения в разных каналах. В "классических" фильтрах это невозможно (из-за разного спектра тока в разных каналах, т.е. одинакового насыщения увы, не предполагается), в "последовательных" (и др "восстанавливающих") происходит автоматически.
- что касается потерь - они 2х видов: "резистивного" характера (токи Фуко, ...), на звук как понимаю, почти не влияют т.к. линейные и гистерезис. Гистерезис - динамическое изменение сопротивления, в основном - "на поворотах" (от насыщения - на пиках, "повороты" тоже обычно на пиках, но характер разный: насыщение - плавное изменение динамики, гистерезис - "люфт"). Компенсация - аналогично пред. пункту.
Т.е. и насыщение и гистерезис - искажения импеданса. С выходными трансами проще - их импеданс параллельно как усилку так и АС. Т.е. чем ниже выходное УМ - тем ниже искажения. С фильтрами сложнее т.к. сложный делитель и их импеданс последовательно с динамиками.
С другой стороны, в фильтрах применяют совсем не замкнутые сердечники и насыщение происходит не во всем сердечнике, а постепенно, т.е. эффект более плавный. Гистерезису без разницы.

Моё мнение? Если фильтр "восстанавливающий", то использование сердечников в первом приближении, не ведет к изменению в ак. давлении.
Если фильтры "классические", то надо блясти баланс между вредными эффектами от сердечника и вредными эффектами от многа проводов (емкость, сопротивление, ...).

[s3t]

Котушку воткнуть между усем и резистором 8(4)ом - это невероятное? Ну и померять на резисторе.

[naroznyv]

begemot линейность можно предугадать по кривым намагниченности ?

[flipper]

Котушку воткнуть между усем и резистором 8(4)ом - это невероятное?

Этож Бобби, тахшто да.
По сабжу - для типичных нч "резинок" вреда от лишних омов куда больше, чем от нормального, толстого сердечника, для этого даже мерить ничего не надо, слышно с первых же 15сек

[Tetragramaton]

вреда от лишних омов куда больше, чем от нормального, толстого сердечника,

Лишних - это каких? Вы имеете ввиду реактивное сопротивление фильтра, или сопротивление катушки по постоянному току?

[begemot]

линейность можно предугадать по кривым намагниченности

Тут такая смешная штука получается. И она вроде не очевидна если не задумываться о том что такое катушка на сердечнике с зазором.
Посмотрите на величину индуктивности в катушках с разными материалами сердечников. Она практически одинакова при том что
относительная магнитная проницаемость от материала к материалу может отличатся в десятки раз.
Т.е., до того как мы начинаем приближаться к насыщению (а в данной конфигурации мы на порядок ниже насыщения для любого из выбранных материалов),
индуктивность в первую очередь (первые 1.5-2 порядка) определяется физической геометрией. Это конечно не так если относительная проницаемость 10. Но начиная с
нескольких сотен геометрия начинает существенно доминировать. Таким образом относительная нелинейность мю оказывает оказывает существенно меньше влияние
в том случае если само мю очень большое. Т.е. выгодней брать материал с существенно большим мю, даже если он более нелинеен.
Ну это чисто качественно. Количественно надо смотреть в каждом конкретном случае, по тому что изменение физических размеров и топологии (зазор и т.д.) может привести
к тому что мы подходим к насыщению и существенно уменьшаем мю.
Поэтому я и смотрю нелинейность как бы в 3х диапазонах, среднем (до 1А), большом (до 3А) и максимальном (до 10А).
И, кроме того, то что у меня в екселевском файле называется линейностью-это не Кг. Это очень грубая оценка, по сути качественная.
Просто если такая линейность 1%-скорее всего этот вариант не заслуживает внимания. А если 0.01% при наихудшем раскладе-у меня большие сомнения что
он будет субъективно различим на фоне искажений даже самых линейных преобразователей. Кроме того надо помнить что эта нелинейность скорее всего
в реальном приложении будет по крайней мере в 1.5-2 раза меньше.

[begemot]

Вообще надо будет разобраться как пользоваться скриптом в этом софте. Ручками всё заполнять как-то не комильфо.

[bobby_ii]

индуктивность в первую очередь (первые 1.5-2 порядка) определяется физической геометрией. Это конечно не так если относительная проницаемость 10. Но начиная с нескольких сотен геометрия начинает существенно доминировать. Таким образом относительная нелинейность мю оказывает оказывает существенно меньше влияние
в том случае если само мю очень большое. Т.е. выгодней брать материал с существенно большим мю, даже если он более нелинеен.

Я правильно понимаю, что если бы мы имели замкнутый сердечник, то индуктивность должна была бы возрости в Мю раз?
А вырастает в 5 например при Мю=1000. Получается, что всё влияние Мю (в т.ч. искажения) надо делить на 200. Как-то так. А искажения насыщения - еще на больше т.к. насыщается замкнутый сердечник не весь сразу, а частями :-). Гистерезится весь и сразу.

ля типичных нч "резинок" вреда от лишних омов куда больше, чем от нормального, толстого сердечника, для этого даже мерить ничего не надо, слышно с первых же 15сек

Таки надо послушать.

[Altor Audio]

Т.е. выгодней брать материал с существенно большим мю, даже если он более нелинеен.

Так и берут обычно железо, а не феррит - и мю больше, и Вмакс.

[begemot]

если бы мы имели замкнутый сердечник, то индуктивность должна была бы возрости в Мю раз

Ну где-то так. Если замкнуть такой сердечник, например, то индуктивность при использовании стали М-19 станет 0.23 H Т.е. примерно в 1600 раз больше чем у воздушной катушки. Вот только величина магнитной индукции В будет около 1 Т уже при токе 0.1А. А насыщение - не намного больше (1.4-1.6Т).

Так и берут обычно железо, а не феррит - и мю больше, и Вмакс.

Что сталь, что обычный феррит-по видимому не оптимальные материалы. Всё-таки маловато мю.
Причём М-19 насколько я понимаю одна из лучших сталей, лучше чем обычная трансформаторная.
Её всё-таки применяют и для звуковых трансов.
Надо конечно смотреть для конкретной конфигурации, простейшая как здесь-далека от оптимума,
высокое значение максимальной индукции для данной конфигурации не так принципиально.
И естественно надо мерить. Потому что данное моделирование-это так, грубая прикидка, скорее качественная.
Интересно было бы попробовать что то из ферритов типа W или J.
http://www.mag-inc.com/products/ferrite-cores
Но я не уверен что они продают в мелких количествах.
Никто кстати у них ничего не заказывал?

[Altor Audio]

Причём М-19 насколько я понимаю одна из лучших сталей, лучше чем обычная трансформаторная.
Её всё-таки применяют и для звуковых трансов.

Понятие "обычная" сильно расплывчатое, но вообще "обычно" в силовиках использут М11, в дорогих - М6.
В звуковых лично я использую М4 или в кр. случае М5.

Про М19 не знаю, не пробовал, но если у нее как ты пишешь, насыщение при 1.4-1.6, то это какое-то полное гавно...

[begemot]

Может я и не прав по поводу М-19. Это лучшее из того что я нашёл в базе материалов FEMM. Кривульки я приводил в "Materials BH.xls".
А у тебя есть данные по кривым намагниченности М4 и М6? Так чтоб можно было более/менее точно ввести кривые намагниченности. Судя по номеру, там меньше потери.
A по поводу насыщения-х.з. что именно считать насыщением. Какой критерии используется производителями магнитных материалов?
У М19 кривая B/H продолжает расти и при 2Т. Но толку от этого уже мало, очень нелинейно.
Кстати, а кто-нибудь торгует трансформаторным железом в розницу? Чтоб можно было купить несколько килограмм.

[Altor Audio]

А у тебя есть данные по кривым намагниченности М4 и М6?

Когда-то были, но куда они делись - ХЕЗ, я трансами лет 5 не занимался.

Судя по номеру, там меньше потери.

Именно так.
Кроме того, есть модификации "HiB", самые лучшие выходные трансы получались на M4-HiB, M5-HiB.

Кстати, а кто-нибудь торгует трансформаторным железом в розницу? Чтоб можно было купить несколько килограмм.

Сложно, у меня знакомый мотает трансы на продажу, у него знакомые на том заводе, где вьют сердечники. Как-то умудряется брать относительно небольшими партиями., по 20-30 комплектос Си-кора.
Но это не "несклько килограмм" а побольше.

[БендеровецЪ]

Интересно было бы попробовать что то из ферритов типа W или J.
http://www.mag-inc.com/products/ferrite-cores
Но я не уверен что они продают в мелких количествах.
Никто кстати у них ничего не заказывал?

Мы покупаем много всякого у этих чуваков - http://www.mmgca.com/ Через месное отделение канешно. Мелкие количества шлют на ура. Особенно если оно есть на местном складе. Более того, делали на заказ (небло у них в номенклатуре нужного типоразмер сердечника с феритом что нам хотелось) при количесве 100 пар.

У этих mag-inc мы много powdered iron cores брали. В средне-мелких количествах. Думаю что и при меньших должны быть вполне сговорчивы.

[bobby_ii]

Я так понимаю, чтобы что-то намерить, надо усугУбить проблему - взять замкнутый сердечник, который 100% будет работать вблизи насыщения на тех мощностях, на которых мерить. И понять, так ли страшен чебурашка, как его мухлюют. Т.е. переключать сердечник/без и слушать и смотреть, показывают ли что-то измерения? И насколько фатальные изменения там и там.

[begemot]

чтобы что-то намерить, надо усугУбить проблему

Любите Вы что-то эдакое загнуть...
Зачем извращаться?
Мерить надо именно то что планируется использовать.
И примерно в том режиме.
См пост 3 http://www.audio-perfection.com/forum/th...l#pid12640
Иначе - какой смысл?

переключать сердечник/без и слушать

Вы серьёзно полагаете что сможете нормально организовать адекватную экспертизу?
И услышать какие-то различия при тестировании не полностью кривого изделия?
Желаю успеха...

[bobby_ii]

Вопрос был: страшно или не страшно? Если в случае устрашнения слышно не будет, то вывод будет однозначный. Но я сомневаюсь, что будет так. Точнее уверен, что будет наоборот. Услышу 100%. Слышно например, наличие железного основания фильтра (Ы90 :-) ). А вот что-либо намерить - это уже опыт нужен (как-то нет уверенности, что что-нибудь существенное намерится).
В тренировке ушей на какой-то эффект надо начинать с явных различий. Потом уже уменьшать разницу. А не делать мин. разницу и потом думать: слышу или сам себя убедил?

Мерить надо именно то что планируется использовать.

А есть какие-то критерии соответствия между тем, что измеряется и что слышно?

[begemot]

Конечно. В первую очередь-частотка, потом-искажения. С излучателями-сложнее. Потому что суммарной частотки недостаточно. И всё настолько далеко от идеала что это дело предпочтений в выборе компромиссов.
Я так думаю что если в самом худшем случае будет получаться нелинейность не хуже 0.01%-это уже вполне приемлемо

[БендеровецЪ]

http://www.mag-inc.com/products/ferrite-cores

их "W" похож на F39. Не первый взгляд по крайней мере. Жаль графиа для u'' не приводят.