Электростатические колонки своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
Здесь пойдёт разговор о незаслуженно забытых плоских динамиках.
Изготовление электростатических громкоговорителей в любительских условиях
С. ЛАЧИНЯН, пос. Энергетик Алмаатинской обл., Казахстан
Насколько реально в домашних условиях самому изготовить электростатические громкоговорители, которые станут основой для современной системы звуковоспроизведения высокой верности? Автор утверждает, что это вполне доступно многим. Зато усилия не пройдут даром: естественность звучания, в немалой степени обусловленная практическим отсутствием переходных процессов в самой заметной области средних звуковых частот, порадует аудиофилов — такая акустическая система не утомляет даже при длительном прослушивании.
Сергеем Лачиняном представлена оригинальная конструкция электростатического громкоговорителя. Технологическая оснастка и некоторые приемы, предложенные им, позволяют изготовить стабильные по параметрам излучатели, по эффективности сравнимые с современными конструкциями промышленного изготовления.
Кроме конструкции и процессов изготовления электростатических излучателей, в статье описаны варианты усилителей мощности, наиболее пригодных для работы с электростатическими громкоговорителями.
Напоминаем, что при работе с электростатическими излучателями следует соблюдать правила электробезопасности; их знание полезно освежить перед сборкой и включением источников высокого напряжения.
Среди известных на сегодня устройств преобразования электрических сигналов в акустические доминируют электродинамические громкоговорители. Это связано в первую очередь с их сравнительной простотой и распространенностью.
Однако если говорить о таких параметрах громкоговорителя, как переходные характеристики, неравномерность АЧХ, призвуки, динамический и частотный диапазон, то, ориентируясь в итоге на естественность и "прозрачность" звучания, наилучшие показатели на сегодня удается получить при использовании электростатических громкоговорителей. Особенно это преимущество заметно в области средних и высоких частот звукового диапазона, и в этой связи получили распространение так называемые династатические акустические системы, в которых низкочастотную часть спектра озвучивает электродинамический громкоговоритель, а средние и высокие частоты — один или несколько пленочных электростатических излучателей.
Теоретически конструкция электростатических излучателей, фактически не имеющих специального акустического оформления, достаточно проста [ 1 ], по существу это обычный конденсатор с воздушным зазором, одна из пластин которого выполнена в виде легкой мембраны из металлизированной полимерной пленки, а другая — в виде массивного перфорированного электрода (рис. 1 ,а). Резистор R — защитный, он ограничивает ток при возникновении пробоя между электродами.
Сила, приводящая в движение мембрану, создается переменным электрическим полем, и поскольку эта сила не зависит от знака приложенного напряжения, необходимо создавать поляризующее поле постоянного направления, на которое накладывается переменная составляющая.
Силу, действующую на мембрану, вычисляют по известной формуле для плоских многослойных конденсаторов:
Из приведенных формул видно, что в электростатическом преобразователе зависимость действующей силы от приложенного напряжения принципиально нелинейна и зависит от квадрата напряжения Поэтому для снижения соответствующих искажений необходимо уменьшать амплитуду изменения суммарного напряжения U, что можно достичь, если поляризующее напряжение U0 будет значительно превышать переменную составляющую u. Еще один путь снижения "квадратичных" искажений — это использование симметричной двухсторонней конструкции электростатического преобразователя (рис. 1,6).
В этом случае соблюдается условие постоянства общего заряда мембраны и соответственно происходит взаимная компенсация нелинейности действующих сил. Для такого громкоговорителя [2] достаточно, чтобы амплитуда переменного напряжения была меньше напряжения поляризации Кроме того, при значительном размахе колебаний мембраны, соизмеримом с расстоянием между электродами, наблюдаются искажения, связанные с нелинейностью сил. вызванных модуляцией величины 6в и емкости излучателя С0. Эти искажения можно уменьшить как за счет увеличения воздушного зазора между электродами (что снизит КПД, динамический диапазон и чувствительность электроакустического преобразователя), так и другими способами, о которых будет сказано в дальнейшем.
Несмотря на теоретическую простоту, изготовление электростатических излучателей связано с рядом технических трудностей. Достаточно отметить,
что в мире существует сравнительно немного фирм, освоивших серийное производство конкурентоспособных электростатических громкоговорителей.
Как правило, их производители ссылаются на применение высоких аэрокосмических технологий и тем самым как бы исключают саму возможность повторения подобных конструкций в любительских условиях. На самом деле знание определенных технологических приемов и конструктивных решений позволяет изготавливать электростатические излучатели в домашних условиях, получая при этом весьма неплохие результаты.
Впервые вполне работоспособные электростатические излучатели автор с группой сотрудников изготовил в 1989 г. С тех пор разработано уже несколько поколений электростатических громкоговорителей, причем в последних конструкциях удалось решить ряд принципиальных проблем.
Например, создан электростатический громкоговоритель с "произвольной" кривизной образующей и компенсацией искажений, вызванных модуляцией бв (изогнутые панели в углу на фото
В настоящей публикации предлагается конструкция электростатического громкоговорителя для диапазона средних и высоких звуковых частот; его прототип был разработан в 1999 г. Технология изготовления излучателей модифицирована для повторения радиолюбителями и ее можно применять при самостоятельном конструировании электростатических громкоговорителей.
Прежде чем приступить к описанию конструкции любительского электростатического громкоговорителя, следует ознакомить читателей с некоторыми особенностями конструирования подобных устройств, что вызвано использованием высокого — до 12 кВ! — напряжения питания и спецификой поведения материалов в сильном электрическом поле.
При работе с электростатическими устройствами не следует работать с заземлением и касаться заземленных проводов. Чем лучше вы будете изолированы от токопроводящих поверхностей, тем меньше опасность удара током. При этом обязательно соблюдение всех мер техники безопасности, которые рекомендованы при работе с высоким напряжением, например, с высоковольтными узлами бытовых телевизоров. Несмотря на то что ток при ударе статическим
электричеством сравнительно невелик, а напряжение значительно меньше, чем в цветном кинескопе, удар при разряде может быть весьма чувствителен и опасен. Все полупроводниковые и особенно цифровые измерительные приборы следует располагать как можно дальше от зоны, в которой ведутся работы с электростатическим громкоговорителем, поскольку в момент разрядки разделительного конденсатора на обмоткв трансформатора может возникать весьма высокое импульсное напряжение. Следует с осторожностью относиться к использованию привычных изоляционных материалов, поскольку такого напряжения многие изоляторы, в том числе и изоляция большинства проводов, не выдерживают; возникают коронные разряды или пробои, особенно в местах микродефектов.
Наиболее сложна с технической точки зрения изоляция неподвижного электрода. Электрод практически без дефектов должен быть покрыт весьма прочным в электрическом отношении слоем диэлектрика, выдерживающим напряжение в несколько киловольт на высоких звуковых частотах. Соблазн использовать для этого пластмассы сталкивается с проблемой поляризации, которой подвержены почти все диэлектрики с высокой электрической прочностью.
В результате поляризации наведенный в диэлектрике объемный заряд через некоторое время после включения почти полностью компенсирует поляризующее электрическое поле между электродами и преобразователь теряет работоспособность (дефект, наблюдавшийся у большинства ранее производившихся в СССР электростатических громкоговорителей).
По этой причине также проблематично использовать в качестве изолирующего покрытия пластиковую основу подвижного металлизированного электрода. Кроме того, при толщине пленки 5 10 мкм ее электрическая прочность оказывается явно недостаточной.
Решить эту задачу удается, используя специальные слабо поляризующиеся диэлектрики Кроме того, пригодны диэлектрики со сравнительно низким удельным сопротивлением при одновременно высокой электрической прочности. Свойства и особенности применяемого диэлектрика (нелинейность в поле высокого переменного напряжения) в значительной степени определяют качество и "окраску" звука.
Не менее высокие требования по электрической прочности предъявляются к согласующим трансформаторам звуковых частот, конденсаторам, диодам, платам, монтажу и подводящим проводам. Поэтому конструирование электростатических громкоговорителей требует внимания к деталям. В частности, все элементы в процессе изготовления потребуют тщательного контроля на пробой, что осуществляется подачей испытательного высокого напряжения.
Наиболее просто вопросы оптимизации параметров громкоговорителя и проблема устойчивости подвижной мембраны решаются в излучателях симметричной конструкции; именно такая предлагается для повторения.
Излучатель громкоговорителя выполнен в виде прямоугольной удлиненной панели размерами 1200*195x20 мм. Его фото показано на рис. 3, а упрощенный чертеж — на рис. 4.
Преобразователь состоит из двух неподвижных электродов и натянутой между ними пленки (мембраны) с двусторонним токопроводящим покрытием. При этом электрическим изолятором между электродами фактически служит диэлектрик, покрывающий неподвижные электроды.
В качестве неподвижного электрода используется решетка, собранная из проводников круглого сечения. Их длина практически равна высоте панели громкоговорителя, каждый из проводников покрыт двухслойной изоляцией в виде лакового покрытия и трубки из кремнийорганического диэлектрика. Решетки неподвижных электродов и мембрана разделены прокладками, толщина которых задает расстояние между электродами электростатического преобразователя.
При изготовлении неподвижного электрода требуется выполнить ряд противоречивых требований.
В частности, для минимального демпфирования акустических колебаний мембраны необходима максимальная площадь щелей решетки, а для увеличения электрической силы, наоборот, требуется увеличивать площадь неподвижного электрода. Как показал опыт, предпочтение следует отдать минимальному демпфированию. В зависимости от назначения громкоговорителя отношение площади щелей к эффективной площади электрода (Sщ/Sэ) различно и выбирается в интервале значений 0,25. 2.5. Его меньшее значение рекомендуется для высокочастотных излучателей, а большее для высококачественных широкополосных громкоговорителей.
В предлагаемой конструкции это отношение принято чуть более 1,8, т. е. для проводников решетки диаметром (с изоляцией) 2,5 мм промежутки между ними оказываются шириной по 4,5 мм
Электростатический излучатель обычно используется как громкоговоритель СЧ—ВЧ с нижней граничной частотой воспроизведения около 200 Гц, поэтому для воспроизведения музыки необходим сабвуфер. Учитывая сумму различных факторов (таких, как максимальная амплитуда колебаний на низшей воспроизводимой частоте, чувствительность, КПД и некоторые другие), расстояние между мембраной и неподвижными электродами следует выбирать в пределах 3. 5 мм. Это расстояние, как и геометрическая точность сборки, задается при изготовлении и сборке громкоговорителя на специальном стапеле (см чертеж на рис. 5 и фото одного из вариантов на рис. 6).
Для натяжения пленки мембраны подвижного электрода также используется стапель с внешними размерами, аналогичными стапелю на чертеже рис. 5, однако без каких-либо направляющих штырей. Вместо этого на его поверхность, по размеру несколько большему, чем у громкоговорителя, наклеивают мягкую ткань или тонкий поролон.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вахитов Я. Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. — М.: Искусство, 1982.
2. Зуев В. Электростатический громкоговоритель АСЭ-1. — Радио, 1980, № 8, с. 22, 23.
(Продолжение следует)
фото — автора
Как мы знаем из предыдущих публикаций, одной из важнейших проблем создания динамика с идеальной АЧХ является вопрос создания мембраны достаточно легкой и при этом стабильной, чтобы обеспечивать максимальную скорость контроллируемых колебаний. То есть способную за счет своей крайне малой массы и других физических характеристик воспроизводить максимально широкий диапазон частот единовременно и с минимальными искажениями.
Эксперименты с бумагой, легкими сплавами и композитными материалами позволили классическим динамикам существенно продвинуться на пути улучшения АЧХ. Но, как и у любой технологии, у динамической головки есть свой предел развития. Головой, выше которой не прыгнешь, в данном случае стала невозможность полного контроля за колебаниями мембраны при длинном ее ходе. А длинный ход сам по себе нужен для того, чтобы создать динамическую головку разумных линейных размеров. Ведь иначе нам бы приходилось довольствоваться динамиками размером со стену комнаты. Что, согласитесь, не является приятной перспективой. Таким образом, единственной возможностью компенсировать нехватку линейных размеров мембраны динамика — увеличить ее ход при воспроизведении музыки. Контролировать же мембрану в таком случае очень сложно, ведь в дело вступают встречные и обратные потоки воздуха и прочие элементы окружающей среды.
Что же делать? Одним из способов решения этой задачи стали электростатические излучатели. Их принцип прост и сложен одновременно. Как водится, все просто в теории. Принцип понятен любому, знакомому со школьным курсом физики.
Берем сверхлегкую и тонкую токопроводящую мембрану и подаем на нее ток высокого напряжения. С двух сторон по всей площади мембраны ограничиваем ее отстоящими от ее поверхности на сравнительно небольшие равные расстояния решетками-статорами. На них в свою очередь подаем звуковой сигнал, разделяя его на полярности между передним и задним статорами. В итоге получаем колеблющуюся с очень высокой скоростью легкую и контролируемую по всей площади мембрану-излучатель, способную удерживать коэффициент нелинейных искажений на рекордном уровне 0,05% даже для излучателей большой площади.
Таким образом имеем многократно превосходящие классические динамические головки по стоимости производства излучатели, требующие при этом еще и эталонный усилитель. Вы уже прониклись, не так ли? :) Но и это еще не всё. Против физики, как известно, не попрешь. И для воспроизведения низких частот и нижней части СЧ спектра необходима работа с большими объемами воздуха. Это аксиома. И против нее не попрешь тоже. Звуковое давление никак иначе не обеспечишь. Таким образом, для воспроизведения спектра 15-100 Гц нужна мембрана с огромными линейными размерами. Увы, против лома нет приема. И даже с учетом великолепного контроля за точностью воспроизведения такой мембраны производство излучателя с такими габаритами остается и сейчас затеей баснословно дорогой. И потому совершенно нерентабельной.
А электростатические АС с мембранами разумных размеров обладают приблизительно такой АЧХ:
Как видим, ни о каком басе и нижней середине говорить не приходится. Вместо них на кривой зияет провал. Что же делать в таком случае? Ответ на этот вопрос, простой до гениальности, нашла компания Martin Logan, став при этом фактическим монополистом на рынке таких АС. В чем же секрет?
А в том, что в акустике этой компании в паре с электростатическим СЧ-ВЧ-звеном трудится классический динамический излучатель, взяв на себя заботы об НЧ-диапазоне и том самом mid-басе. Решение простое и элегантное. АЧХ при этом становится вот такой:
Как видим, никакого провала на месте НЧ уже нет. Но параллельно с отличными звуковыми характеристиками мы неизбежно получаем все ту же высокую стоимость и требовательность к усилителю. К последней теперь добавилась еще и непременная поддержка подключения Bi- или даже Tri-Wiring. Ведь мы имеем дело еще и с сабвуферной частью в каждой АС.
Таким образом, стоимость полноразмерного аудиотракта, увенчанного электростатической акустикой, возрастает в геометрической прогрессии. Что же делать? Отказаться от электростатических излучателей вообще? Выход попыталась предложить компания STAX. Как всегда деятельные и высокотехнологичные, японцы монополизировали рынок электростатических наушников!
Условно небольшие размеры смогли хоть как-то снизить стоимость излучателей. Но лишь до определенных пределов. При этом в наследство от полноразмерных АС таким наушникам досталась требовательность к усилителю. И все же огромные по сравнению с классическими динамическими головками линейные размеры. Да и ценник, пусть и оптимизированный, но все же многократно превышающий аналогичный показатель любых других типов наушников, никуда не делся.
Что же мы имеем в сухом остатке?
Акустические системы и наушники, обеспечивающие бескомпромиссно достоверное звучание. Но не лишенные недостатков. И на текущем технологическом уровне все еще баснословно дорогие, а также диктующие свои правила игры другим компонентам системы.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Нетрадиционный излучатель своими руками
Совместить роли ежа и его ускорителя в одном флаконе пришлось мне. Именно мой характер стал тем движком, который гонял мысли в моей голове и крутил руки–ноги в нужные стороны. Результатом деятельности стало самостоятельное изготовление нескольких динамиков. И затем уже комплекта акустических систем.
Цвет колонок, да и весь дизайн не типичный для акустических систем, но ведь и колонки не заводские, а сделанные мной, поэтому имею право поломать парочку стереотипов и окрасить собственную акустическую систему в нестандартно яркий цвет, а комнату – в яркий звук.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
А почему именно 2.1 и какая у вас акустика. От акустики и нужно плясать. Безсмысленно брать усь на допустим 100 ватт если у вас акустика на 10. И опять же что является источником сигнала. Если компьютер то нет смысла гнаться за супер качеством
Померьте аккуратно напряжение Б-Э всех транзисторов. Должно быть 0,5-0,7 В. Если бы выложили схему с режимами по напряжению, можно было бы подсказать более конкретно.
Что касается несимметричности схемы. Я пересмотрел кучу схем таких усилителей, и везде база Т401 подключена в делитель из двух резисторов+подтроечник. Такой ахнеи как здесь нигде нет. Переделаю так же как в том канале и будь что будет
но лог-анализатор хотябы быть обязан. по теме. Расчеты это конечно хорошо, но скорее всего дело в сигнале управления
А я постоянно выкручиваюсь. Недавно сушилку делал - сгорела мс, терморегулятор. У нас не найдёшь. Выписывать долго и ждать. А сезон заготовок. Грибы не будут ждать. Взял плату со сломанным выключателем диммера с рег. света. Приспособил в корпус. Термодатчик с CPU компьютера ближайшего снял. Отградуировал по шкале. Клиент доволен как слон. И для переделки - дырочку на 8 мм надо было просверлить.
Читайте также: