Sự khác nhau giữa nam châm Neodymium và Ferrite trong thiết kế củ loa

Tất cả các Driver thuộc dạng loa điện động (dynamic), từ loại nhỏ xíu ở trong tai nghe đến loại to cả mét của loa sân khấu, đều có chung một bộ phận quan trọng: đó là cục nam châm. Nam châm trong loa được đặt phía sau lưng của củ loa, tâm của nam châm nằm thẳng hàng với tâm của màng loa và cuộn dây đồng (cuộn âm). Tác dụng của cục nam châm này là tạo ra lực từ tương tác với cuộn âm (voice coil, cũng là một cuộn cảm, khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường, và chiều của từ trường này sẽ thay đổi theo tín hiệu, khi tín hiệu âm, cuộn âm sẽ bị hút vào nam châm và khi dương thì sẽ bị nam châm đẩy ra), cuộn âm gắn với màng loa, hai bộ phận này khi hút khi đẩy nhau khiến màng loa dao động theo, tác dụng lực liên tục lên màng loa khiến nó dao động và tạo ra âm thanh. Vì chất lượng của nam châm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng âm thanh và giá thành của củ loa nên các nhà sản xuất Driver thường rất mất nhiều công sức để có thể thiết kế được một mạch nam châm có tính chất phù hợp với cấu tạo và giá thành sử dụng khác nhau.

​

Nam châm Neodymi hay nam châm Neodymi-Sắt-Bo, viết tắt là NdFeB là một loại nam châm đất hiếm được tạo ra từ hợp chất của Neodymi (Nd) - Sắt (Fe) - Bo (B), với công thức phân tử là Nd2Fe14B. Nam châm Neodymi được cả General Motors Corporation (Mỹ) và Sumitomo Special Metals (Nhật Bản) đồng thời phát minh ra năm 1982 và hiện vẫn đang là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất từng được biết và được dùng để thay thế cho các loại nam châm cũ trong các ứng dụng yêu cầu lực từ mạnh như mô tơ trong các thiết bị không dây, ổ cứng máy tính…và trong hàng loạt các ứng dụng phổ biến khác như đầu từ xóa của các máy cassette rẻ tiền, thuốc lá điện tử, khóa từ, đặc biệt là loa và loa tai nghe…

Bảng dưới đây so sánh các tính chất của Neodymium và các loại nam châm phổ biến khác đang được sử dụng trong driver của loa.​

​

-Cột BHmax (thể hiện mật độ năng lượng từ trường) để thấy nam châm Neodymium có mật độ lớn nhất trong tất cả các loại nam châm, với mật độ lớn nên nó chỉ cần khối lượng và thể tích nhỏ để cho cùng một mật độ từ (tức là lượng từ thông có trong 0.3 lạng Neodymi). Đó là lý do tại sao nam châm của cặp loa Neo lại nhỏ như vậy.

​

-Cột Br (T) thể hiện lực từ trường của các nam châm và Neodymium vẫn mạnh nhất, nam châm Alnico gần bằng, nam châm Ferrite là yếu nhất.

-Cột Hci (kA/m) thể hiện khả năng dễ mất từ của nam châm và nam châm Alnico là loại nam châm dễ mất từ nhất (275 ở bảng trên, khi nam châm được sử dụng một thời gian dài với cường độ lớn và nhiệt độ trong cuộn âm vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ mất từ dần dần rồi hết) rồi tới Ferrite và Neodymium là giữ từ lâu hay khó mất từ nhất, tức là năng lượng từ của nam châm theo thời gian là lâu nhất. Bảng dưới là thể tích của các nam châm khác nhau với cùng một mật độ năng lượng từ trường, dẽ dàng thấy rằng nam châm Neodymium có thể tích bé nhất, rất bé so với các nam châm còn lại, mặc dù có cùng mật độ năng lượng từ trường.

Thông thường Neodymi chỉ chiếm cỡ 30% trọng lượng của nam châm.

Một ưu điểm nữa của nam châm Neo khi sử dụng làm loa đó là do nó cho cường độ từ mạnh mà chỉ cần một kích thước nam châm nhỏ nên nam châm Neo có thể được thiết kế (đặt) ở bên trong khe từ của driver, khe từ là khe mà tại đó cuộn âm di chuyển ra vào theo tín hiệu âm thanh cấp vào nó với sự tác động của nam châm, (kiểu thiết kế cũng hơi giống với nam châm Alnico trong các bộ loa công suất nhỏ) chứ ko phải lắp nam châm ở ngoài kiểu vòng tròn xung quanh khe từ của driver như nam châm Ferrite hay Alnico vì với các nam châm này thì cần phải có kích thước lớn thì mới có đủ từ nên không thể bố trí bên trong khe từ của driver như Neo được). Việc bố trí ben trong khe từ này khiến cho độ tự cảm (Le) của cuộn âm trong driver giảm đi đáng kể, mà việc Le giảm (cỡ nhỏ hơn 0.5mH) là rất tốt (đặc biệt là phần trung âm). Le càng nhỏ thì thời gian đáp ứng của màng loa theo tín hiệu đưa vào (transient response hay còn gọi là woofer speed) càng nhanh và càng nhanh thì càng chính xác. Tuy nhiên, Le thấp quá cũng là một trong những lý do khiến cho loa có nam châm Neodymi phần nào thiên sang hơn so với loa có nam châm Ferrite.

​

Mạch nam châm của loa Alnico

​

Mạch nam châm của loa Neodymium.

Ưu điểm thứ 2 của vật liệu từ Neo đó là khả năng xử lý công suất cao hơn, dao động của cuộn âm dài hơn mà ít tổn hại tới đáp tuyến tần số chung. 

Thực ra để so sánh trực tiếp giữa Alnico và Neodymium là tương đối khó vì ít khi có một driver nào giống nhau hoàn toàn mà chỉ khác nhau về cấu trúc nam châm. Thay vì đó, chỉ nên so sánh dựa trên chính cái thiết kế của mạch nam châm. Cái hay của nam châm Neodymium là nó cho phép kỹ sư thiết kế mạch nam châm hoàn toàn khác so với Ferrite và Alnico trước đây và như vậy, nó sẽ có những cải thiện đáng kể. Alnico thì cần có 2 cực nam châm riêng biệt còn nam châm đất hiếm thì có cũng được không có cũng được, vẫn hoạt động bình thường, chính điều này là một trong những yếu tố khiến loa có nam châm Neo có chất lượng ưu việt hơn. Đổi lại nam châm Neo bị hạn chế về độ nhạy so với Alnico.

​

Về giá thành thì nam châm Neo đã giảm khá nhiều so với trước đây nhưng riêng với loại nam châm Neo loại có mật độ năng lượng từ BHmax bằng 50 và 52 thì vẫn hết sức đắt.

Và vì kích thước của nam châm nhỏ nên trọng lượng của loa có nam châm Neodymium thường nhỏ hơn ít nhất là một nửa so với nam châm Ferrite và Alnico.

Hình ảnh là 2 dòng loa của Fountek mà chúng tôi đang phân phối, FR88 (nam châm Ferrite) và FR88EX (nam châm Neodymium). Củ loa sử dụng nam cham Ferrite có trọng lượng và kích thước gấp 2 lần so với Neodymium, tuy nhiên giá thì rẻ hơn gần 1 nửa.

​

Driver toàn dải 8.8cm FR88 .