Verzameltopic met "harde" technische info over spoelen, lees betrouwbare metingen en interpretaties daarvan.
Aftrap was door Sark met een samenvatting van een Elektuur artikel.
In een aantal Hobby Hifi's is gemeten aan de vervorming van kernspoelen, ook daarvan is een samenvatting toegevoegd.
[/Henkjan]
Elektuur Special - HiFi-Luidsprekers 7 (1993) schreef:Het toepassen van een hoogwaardige spoel in een filter houdt niet automatisch in dat deze haar kwaliteiten ook volledig kan ontplooien in een box.
Er zijn verschillende punten waar u op moet letten bij de keuze van de spoel en de opzet van een filterprint. Als u zich houdt aan de in dit artikel gegeven regels, dan haalt u met uw filterkomponenten het onderste uit de kan.
Spoelen goed toegepast
In Luidspreker-special 5 hebben we u ook getrakteerd op twee bij elkaar behorende artikelen, namelijk eentje over de opbouwen kwaliteiten van kondensatoren, en een over het toepassen van kondensetoren. Want het heeft niet altijd zin om te kijken naar de uitkomsten van de metingen aan de geteste kondensetoren en dan gewoon volgens dat lijstje de beste en duurste spullen aan te schaffen.
Hetzelfde verhaal geldt voor spoelen, vandaar dat we in deze Special ook een dergelijke opzet hanteren voor deze komponenten.
Zelfinduktie
De meest kenmerkende eigenschap van een spoel, de zelfinduktie, zal weinig reden tot een verkeerde interpretatie geven. Het enige waar u nog op kunt letten, is de tolerantie.
Deze is gewoonlijk 5% en daarmee nauwkeurig genoeg, vooral vergeleken met de tolerantie van de in een filter toegepaste weerstanden en kondensaroren. Bovendien moet u de voor een filter berekende komponenten in de praktijk toch afronden naar een verkrijgbare waarde.
Hierbij moet u er overigens aan denken dat er fabrikanten zijn die spoelen leveren met ronde waarden (bijv. 1, 2 en 3 mH), maar anderen houden de E12-reeks aan (dit vormt tegenwoordig duidelijk de meerderheid).
Mocht u nu een bepaalde waarde nodig hebben die niet leverbaar is, bijvoorbeeld 3,5 mH, en u bent er van overtuigd dat dit nodig is, dan kunt u een rolkern met een goede kern kopen van een grotere waarde (in dit geval 3,9 mH) en deze een stukje afwikkelen. Eigenlijk is dan wel een induktiemeter nodig om de zelfinduktie te meten (er zijn enkele in het elektronicamaandblad Elektuur gepubliceerd, namelijk in september 1988 en februari 1992).
Inwendige weerstand
De volgende belangrijke faktor bij de keus van een spoel is de inwendige weerstand. Deze is vooral belangrijk bij spoelen die in serie met een woofer zitten, i.v.m. de door de luidspreker geproduceerde e.m.k. (zie ook het artikel "filter-spoelen").
Bij middentoners en tweeters speelt dit fenomeen overigens een geringere rol. De versterker kan de luidspreker het beste onder kontrole houden als tussen de versterker en de woofer alleen een korte en dikke luidsprekerkabel zit. Aangezien dat
alleen mogelijk is bij aktieve systemen en zeker 95% van alle boxen passief werkt, is het dus belangrijk dat alle onderdelen tussen versterker en woofer een geringe inwendige weerstand hebben. Moderne versterkers hebben een uitgangsweerstand van circa 0,1 Ohm of nog veel lager. Het is dus zaak om de spoelweerstanden klein te houden.
De meeste soorten spoelen zijn leverbaar met verschillende draaddiktes, zodat u de inwendige weerstand naar eigen inzicht kunt kiezen. Overdrijf hierbij echter niet.
Behalve de spoelen zitten er ook nog allerlei overgangskontakten en een aantal meters kabel tussen versterker en woofer. Bij het nabouwen van een zelfbouw-ontwerp moet u er bovendien rekening mee houden dat de ontwerper de spoel weerstand(en) heeft meegenomen in de luidspreker-kast-dimensionering (door de R, van de spoel veranderen de parameters van de luidspreker enigszins). In dat geval is het niet toegestaan om de voorgeschreven spoel te vervangen door een laagohmiger exemplaar, want dan klopt de afstemming niet meer.
Denk verder ook niet dat 0,1 Ohm weerstandsvermindering in de hele keten zo veel oplevert, het gaat meer om een verstandige verhouding tussen de luidspreker-impedantie en alles wat daarvoor hangt.
We zouden hier minstens een faktor 10 willen aanhouden voor een nog akseptabele kontrole over de luidspreker. Bij een 4-Ohm-speaker mag de totale weerstand van filter, kabel en versterker-uitgang dus niet meer dan 0,4 Ohm bedragen (dat is snel bereikt, bijv. 0,05 Ohm voor de eindtrap.
0,1 Ohm voor de kabel plus alle kontakt-overgangen en 0,25 Ohm voor één spoel in serie met de woofer).
Tabel 1. Gelijkstroomweerstand van verschillende soorten en maten spoelen.
In tabel 1 zijn de Ri's van verschillende soorten spoelen op een rijtje gezet, zodat u kunt zien hoeveel u er mee opschiet als u een exemplaar kiest met een dikkere draaddiameter of overstapt naar een type met een ander soort kern.
Voor kleinere spoelwaarden is er veel keus: luchtspoelen, stiftkernen, potkernen en rolkernen zijn allemaal bruikbaar en hebben dan een redelijk lage Ri. Bij grotere zeifindukties blijft alleen de keus tussen rolkernen en trafokernen. Voor zeer grote waarden blijft eigenlijk alleen de trafokern over als u een lage Ri wilt hebben, maar daar moet dan ook fors voor in de beurs getast worden.
Er zijn ook enkele fabrikanten die luchtspoelen met zeer dikke draad (4 mm2 of meer) maken, maar in vergelijking met kern-spoelen hebben deze toch nog een relatief hoge inwendige weerstand.
Serie- en parallelspoelen
Bij kondensatoren hebben we gezien dat C's in de paralleltakken van een scheidingsfilter minder invloed op de geluidskwaliteit uitoefenen dan de C's in de serietakken. Om te zien hoc dat bij spoelen zit, werden ook dergelijke metingen verricht aan spoel/weerstandkombinaties. In figuur 1 ziet u de vervormingskurves voor de twee ernaast afgebeelde opstellingen.
Figuur 1. THD van een LR-kombinatie (getrokken lijn) en een RL-kombinatie (stippellijn). De laatste gaat in het spergebied sterk vervonnen (meting bij 5 W/4 Ohm)
Rond het kantelpunt blijken beide filters even veel te vervormen. In het spergebied van het hoogdoorlaatfilter (beneden 290 Hz) neemt de vervorming veel sterker toe dan in het spergebied van het laagdoorlaatfilter (boven 290 Hz). ln het doorlaatgebied wordt het zaakje precies omgedraaid. Onder 290 Hz produceert het laagdoorlaatfilter wat meer vervorming dan het hoogdoorlaatfilter in het gebied boven 290 Hz doet. Hieruit moeten we de konklusie trekken dat de eigenschappen van spoelen in paralleltakken bijna net zo belangrijk zijn als die van spoelen in serietakken.
Verder moet er rekening mee worden gehouden dat een spoel in een paralleltak niet te veel inwendige weerstand mag hebben, Ze zit dan wel niet in serie met de luidspreker, maar de filterwerking wordt daardoor be invloed en in het spergebied van het filter blijft de demping dan beperkt.
Bij serie-spoelen in filters voor midden- en hoogtoners dient de inwendige weerstand te worden meegenomen in de berekening van het weerstandsnetwerk dat meestal voor deze luidsprekers is geschakeld.
Opstelling ... houd afstand!
Doordat praktisch alle filterspoelen een niet-gesloten kern hebben, bezitten ze een vrij groot magnetisch strooiveld. Dit heeft tot gevolg dat een andere spoel in de buurt van de eerste een deel van dat strooiveld kan oppikken en op die manier dus een signaal ontvangt dat ze eigenlijk niet behoort te krijgen.
Afhankelijk van de kernvorm heeft een spoel daar meer of minder last van. Bij potkernen en trafokernen is onderlinge beinvloeding het kleinst, omdat deze een tamelijk kleine spleet hebben die bovendien naar één kant is gericht. Twee potkernspoelen kunt u op een print dus gerust met een tussenruimte van 2 à 3 cm monteren (trafokern-spoelen zijn meestal zo groot dat ze toch op een aparte plaats worden gemonteerd).
Het grootste strooi veld-probleem geven rolkernen, stiftkernen en luchtkernen. Om de onderlinge beïnvloeding te meten, werd een vrij realistische meetopstelling gemaakt die bestond uit een LR-netwerk dat op de eindversterker werd aangesloten, en een parallelschakeling van een even grote spoel met parallelweerstand die als ontvanger dienst deed, Voor de spoelen werden twee gewone F50-rolkernen genomen. Gemeten werd het door de ontvangerkombinatie opgepikte signaal in verhouding tot het in het LR-filter gestopte signaal.
Figuur 2. Spoelen kunnen elkaar flink beïnvloeden door het magnetische veld dal ze produceren. Hier zijn vier situaties gemeten bij twee rolkern-spoelen.
In figuur 2 staan de resultaten bij een afstand tussen de spoelen van respektievelijk 1, 5, 10 en 50 cm.
Het laatste is misschien niet zo praktijkgericht, maar geeft wel duidelijk aan welke afstand eigenlijk nodig is om onderlinge beïnvloeding praktisch geheel te voorkomen. Vooral bij 1 cm afstand blijkt de onderlinge beinvloeding enorm
te zijn! Uit deze metingen blijkt dat u op een print een rolkern- of luchtspoel (die geeft ongeveer dezelfde resultaten) minstens 5 cm verwijderd moet houden van een andere rolkern- of luchtspoel.
Eigenlijk zou 10 cm moeten worden aangehouden, maar dat is in de praktijk praktisch niet te verwezenlijken.
Bij deze metingen moeten we nog opmerken dat ze zijn verricht met beide spoelen in dezelfde stand (kern plat op de meettafel). Als we de stand van één van de twee spoelen namelijk veranderen, dan wordt de koppeling tussen de spoelen veel geringer. Drie opstellingen zijn gemeten (zie figuur 3), waarbij de afstand tussen de spoelen konstant op 5 cm werd gehouden. De bovenste kurve is de normale opstelling. De "overspraak" bedraagt circa 40 dB rond het kantelpunt van het LR-filter. Draaien we een van de twee spoelen 90 graden zo dat de platte kanten van de ene spoel naar de andere spoel wijzen, dan staan de magneetvelden loodrecht op elkaar en beïnvloeden de spoelen elkaar veel minder. De overspraak daalt tot circa -65 dB! Dat scheelt wel even. We kunnen nog eens 5 dB extra winnen door een platte kant van de spoel naar de andere spoel te draaien, zoals de laatste opstelling in figuur 3 laat zien.
Figuur 3. Als één van de twee spoelen wordt gekanteld, dan wordt de instraling naar de andere spoel veel geringer. De onderlinge richting speelt daarbij ook nog een rol (meting verder onder dezelfde omstandigheden als bij 2).
De magneetvelden staan dan niet alleen loodrecht op elkaar, maar worden ook nog eens van elkaar af gedraaid (op de as van een spoel is het magneetveld het kleinst). Door nu spoelen op een print op een redelijke afstand (circa 5 cm) van elkaar te plaatsen en om en om rechtop te plaatsen, kunt u de beïnvloeding tussen de verschillende filtersektles zo gering mogelijk houden. Dat levert een schoner klankbeeld op, omdat de woofer dan bijvoorbeeld geen midden-frekwenties hoeft te verwerken die gewoon worden "ingestraald" via de spoelen.
Verder er moet bij de opstelling van de spoelen voor worden gezorgd dat zich geen andere materialen in de omgeving bevinden die van invloed zijn op de eigenschappen van de spoel (zoals ijzeren montageschroeven, elektrisch geleidende platen etc.). Het afschermen van de spoelen met magnetisch geleidend materiaal is dus eveneens uit den boze.
Met de in dit artikel gegeven informatie moet het mogelijk zijn een filter zo optimaal mogelijk op te zetten en de voor uw situatie beste spoelkeuze te doen. Net zoals bij de kondensatorverhalen uit Special nummer 5 eindigen we hier met de opmerking: overdrijf niet aan de filterkant. Er moet een redelijke verhouding bestaan tussen de kwaliteit van de gebruikte luidsprekers en de kwaliteit van het filter. Bij een luidspreker van vijfentwintig gulden moet u geen spoel gaan kopen van vijftig piek!
(922001-2)
