JBL 喇叭好声奥秘之一最佳永磁材料,铝镍钴
(2013-08-29 10:58:57)JBL采用了极佳的永磁材料和铁磁材料,还采用了近乎完美的内磁磁路设计。
永磁材料犹如扬声器的发动机,它借助有导磁性能的上、下盖板、铁芯给扬声器音圈所在的气隙内提供一个环形强磁场,将电能化为动能。
永磁材料分为三大类,第一类是铁氧体(Ferrite),第二类是铝镍钴合金,第三类是稀土材料。衡量永磁材料化劣主要看四点。
首先是最大磁能积的大小,这个参数决定了磁场气隙内磁感应密度的大小,而气隙内磁感应密度与音圈中的电流和音圈导线长度三者之积就是音圈受到的电动力的大小。故此项参数愈大,灵敏度会愈高,瞬态响应会愈好。
之所以说瞬态响应愈好是因为瞬态响应取决于振膜的加速度,而加速度又与电动力成正比。
最大磁能积由剩磁系数(Br)与矫顽力(Hc)之积的最大值得出。
铁氧体分钡铁和锶铁。两者剩磁系数基本接近,典型值为3600特斯拉,矫顽力略有差异,钡铁Hc典型值约为178千安每米,锶铁略大。钡铁的最大磁能积约为31.4千安特斯拉每米,锶铁略高。
铝镍钴合金拥有较高的剩磁系数,高达13000特斯拉。矫顽力略小,为160千安每米,最大磁能积可达100千安特斯拉每米,至少是铁氧体的2.5倍。
稀土类磁体主要指钕铁硼(Nd2 Fe14B),它拥有12000特斯拉的剩磁系数,矫顽力极高达600千安每米,最大磁能积约为264千安特斯拉每米。
毫无疑问,钕铁硼力拔头筹。
其次是剩磁温度系数(λB),这个参数决定了永磁材料受温度变化的影响程度,时效性和稳定性。此值越小,则永磁材料受温度变化的影响程度就会越小,时效性和稳定性也会越好。
铝镍钴合金的剩磁温度系数最小,仅为–0.02。所以铝镍钴合金广泛应用于粗密仪器工业,尽管其售价是永磁材料中最高的。并且以铝镍钴合金为永磁体的扬声器历经七八十年,性能几乎不会下降。铁氧体的剩磁温度系数最大,高达–0.2,是铝镍钴合金的十倍,还有一点须注意,铁氧体在负温度情况下,性能会随温度下降而下降,并且无法逆转,也就是说温度升高,性能也不会随之上升。铁氧体的时效性和稳定性极差。
稀土磁体钕铁硼剩磁温度系数居中,为–0.126。应该说仍然偏高,不过总比铁氧体强。
再次是回复磁导率(μrec),这个参数决定了永磁材料受退磁场影响程度的大小。因为磁路系统是在开路状态下使用的,所以退磁场无时无刻不在起作用。μrec最好接近于1。
铁氧体的回复磁导率最接近于1,铝镍钴合金回复磁导率高于3,因此铝镍钴合金,必须选用长柱体或长环体,退磁场的作用才可以基本不计。钕铁硼的回复磁导率小于1,所以常设计成扁片状减少退磁场影响。
再次是居里点,居里点决定了永磁材料能正常使用的最低温度点。铝镍钴合金的居里点最高在600摄氏度以下,所以它的最低工作点是500摄氏度,铁氧体居里点为460摄氏度,最低工作点是350摄氏度左右。
钕铁硼的居里点最低,仅为312摄氏度,最低工作点仅为80摄氏度,这成了一大问题,因为扬声器内完全有可能出现这样高的温度,所以钕铁硼必须配和磁路冷却系统,或者让永磁体远离高温度的音圈。无论那一个办法都很可能降低磁场的磁感应强度。
从这四点看,钕铁硼的综合性能基本与铝镍钴合金平齐,铁氧体则最差。
然而磁路系统远非如此简单,因为设计磁路时,漏磁无法避免,必须依靠经验确定漏磁阻系数,才能精确计算磁路。所以人类使用钕铁硼做永磁体应用到扬声器上并未取得很出从的效果,可能是经验不够丰富;也有可能是冷却系统的加入降低了磁感应强度。
应该说不计成本的话,铝镍钴合金是最佳的扬声器用永磁材料。然而除了疯子,谁都会注意降低成本。
铁氧体制造所用的原材料有Fe2O3,BaCO3,SrCO3,Ca2O3都很便宜,所以铁氧体最便宜。铝镍钴合金磁体中含有很稀少的战略元素镍和钴,因此价钱最高。钕铁硼磁体最初由日本住友金属工业公司的佐川真人合成,钕铁硼刚开始价颇高,但是它有36%是钕,63%是铁,1%是硼。三者都不是稀缺材料,所以大批量生产钕铁硼,它的价格甚至可以降到略高于铁氧体的水平。
JBL的扬声器从建厂以来直至1979年,坚持采用最昂贵又效果最佳的铝镍钴合金永磁体,所以JBL的口径380mm的大喇叭的上沿瞬态响应比口径165mm的小喇叭毫不逊色,甚至胜出,前提是口径165mm的喇叭采用铁氧磁体。