Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Схема, показывающая конструкцию электростатического динамика и его подключения. Толщина диафрагмы и решеток была увеличена для иллюстрации.

Электростатический громкоговоритель (ESL) , является акустической конструкцией , в которой звук генерируется сила , действующее на мембране суспендированной в электростатическом поле .

Дизайн и функциональность [ править ]

В динамиках используется тонкая плоская диафрагма, обычно состоящая из пластикового листа, покрытого проводящим материалом, например графитом, зажатым между двумя электрически проводящими решетками, с небольшим воздушным зазором между диафрагмой и решетками. Для работы с низким уровнем искажений диафрагма должна работать с постоянным зарядом на ее поверхности, а не с постоянным напряжением . Это достигается одним или обоими из двух методов: выбирается проводящее покрытие диафрагмы и наносится таким образом, чтобы придать ей очень высокое удельное сопротивление поверхности., и / или резистор большого номинала подключается последовательно между источником питания EHT (сверхвысокое напряжение или напряжение) и диафрагмой (резистор не показан на схеме здесь). [ необходима цитата ] Тем не менее, последний метод по-прежнему допускает искажение, поскольку заряд будет мигрировать через диафрагму в точку, ближайшую к «решетке» или электроду, тем самым увеличивая силу, перемещающую диафрагму; это будет происходить на звуковой частоте, поэтому диафрагме требуется высокое сопротивление (мегом), чтобы замедлить движение заряда для практического динамика. [ необходима цитата ]

Диафрагма обычно изготавливается из полиэфирной пленки (толщиной 2–20 мкм) с исключительными механическими свойствами, такой как пленка из полиэтилентерефталата . [ необходимая цитата ] Посредством проводящего покрытия и внешнего источника высокого напряжения диафрагма удерживается под постоянным потенциалом в несколько киловольт по отношению к сеткам. Сетки приводятся в движение звуковым сигналом; передняя и задняя решетки приводятся в движение в противофазе . В результате между обеими сетками создается однородное электростатическое поле, пропорциональное звуковому сигналу. Это вызывает приложение силы к заряженной диафрагме, и возникающее в результате движение движет воздух по обе стороны от нее.

Практически во всех электростатических громкоговорителях диафрагма приводится в движение двумя решетками, по одной с каждой стороны, потому что сила, действующая на диафрагму со стороны одной решетки, будет недопустимо нелинейной, что приведет к гармоническим искажениям . Использование сеток с обеих сторон устраняет часть нелинейности, зависящую от напряжения, но оставляет часть, зависящую от заряда (силы притяжения). [1] Результат - почти полное отсутствие гармонических искажений. В одной из последних разработок диафрагма приводится в действие звуковым сигналом, а статический заряд находится на решетках (Transparent Sound Solutions).

Решетки должны быть в состоянии генерировать как можно более однородное электрическое поле, но при этом пропускать звук. Поэтому подходящими конструкциями сетки являются перфорированные металлические листы, каркас с натянутой проволокой, катанка и т. Д.

Для создания поля достаточной напряженности звуковой сигнал в сетях должен иметь высокое напряжение. По сути, электростатическая конструкция представляет собой конденсатор, и ток необходим только для зарядки емкости, создаваемой диафрагмой и пластинами статора (в предыдущих параграфах назывались решетками или электродами). Таким образом, этот тип громкоговорителей является устройством с высоким сопротивлением . Напротив, современный электродинамический конический громкоговоритель представляет собой устройство с низким импедансом и более высокими требованиями к току. В результате согласование импеданса необходимо для использования обычного усилителя . Чаще всего трансформаториспользуется с этой целью. Конструкция этого трансформатора имеет решающее значение, поскольку он должен обеспечивать постоянный (часто высокий) коэффициент трансформации во всем слышимом частотном диапазоне (т. Е. Большую полосу пропускания) и, таким образом, избегать искажений. Трансформатор почти всегда зависит от конкретного электростатического динамика. На сегодняшний день компания Acoustat построила единственный коммерческий «бестрансформаторный» электростатический громкоговоритель. [ необходимая цитата ] В этой конструкции звуковой сигнал подается непосредственно на статоры от встроенного высоковольтного усилителя клапана (поскольку клапаны также являются устройствами с высоким импедансом), без использования повышающего трансформатора.

Преимущества [ править ]

К преимуществам электростатических громкоговорителей можно отнести:

  1. уровни искажений на один-два порядка ниже, чем у обычных диффузоров в коробке [ необходима цитата ]
  2. чрезвычайно легкий вес диафрагмы, которая перемещается по всей ее поверхности
  3. образцовая частотная характеристика (как по амплитуде, так и по фазе ), потому что принцип создания силы и давления почти свободен от резонансов, в отличие от более распространенного электродинамического драйвера.

Музыкальная прозрачность может быть лучше, чем в электродинамических динамиках, потому что излучающая поверхность имеет гораздо меньшую массу, чем у большинства других динамиков, и, следовательно, гораздо менее способна накапливать энергию для последующего высвобождения. Например, типичные динамические динамики могут иметь движущуюся массу в десятки или сотни граммов, тогда как электростатическая мембрана весит всего несколько миллиграммов, что в несколько раз меньше, чем самый легкий из электродинамических твитеров.. Сопутствующая воздушная нагрузка, часто незначительная в динамических динамиках, обычно составляет десятки граммов из-за большой поверхности сопряжения, тем самым способствуя демпфированию резонанса, нарастающего самим воздухом, в значительной, хотя и не полной, степени. Электростатика также может быть выполнена в виде полнодиапазонных конструкций без обычных кроссоверных фильтров и корпусов, которые могут окрашивать или искажать звук.

Поскольку многие электростатические громкоговорители имеют высокие и тонкие конструкции без кожуха , они действуют как источник вертикальной дипольной линии. Это приводит к совершенно иному акустическому поведению в комнатах по сравнению с обычными электродинамическими громкоговорителями. Вообще говоря, дипольный излучатель с большой панелью более требователен к правильному физическому размещению в комнате по сравнению с обычным блочным громкоговорителем, но, оказавшись там, он с меньшей вероятностью будет вызывать плохо звучащие резонансы в комнате, и его прямое попадание - коэффициент отраженного звука выше примерно на 4–5 децибел. [ необходима цитата ]Это, в свою очередь, приводит к более точному стереовоспроизведению записей, которые содержат правильную стереоинформацию и атмосферу места проведения. Плоские (плоские) драйверы имеют тенденцию быть очень направленными, что дает им хорошие качества изображения, при условии, что они аккуратно размещены относительно слушателя и отражающих звук поверхностей в комнате. [ необходима цитата ] Были построены изогнутые панели, что сделало требования к размещению немного менее строгими, но несколько ухудшило точность изображения.

Недостатки [ править ]

Типичные недостатки включают чувствительность к уровням влажности окружающей среды и отсутствие басов из-за отмены фазы из-за отсутствия корпуса, [ цитата необходима ]но они характерны не для всех дизайнов. Точка спада низких частот на 3 дБ возникает, когда самый узкий размер панели равен четверти длины волны излучаемой частоты для дипольных излучателей, поэтому для Quad ESL-63, ширина которого составляет 0,66 метра, это происходит на частоте около 129 Гц, что сравнимо со многими громкоговорителями в корпусе ( рассчитано со скоростью звука 343 м / с). Существует также сложная физическая проблема воспроизведения низких частот с помощью натянутой вибрирующей пленки с небольшой амплитудой отклонения; однако, поскольку большинство диафрагм имеют очень большую площадь поверхности по сравнению с диффузорами, требуются лишь небольшие отклонения амплитуды для вывода относительно большого количества энергии. В то время как басы отсутствуют количественно (из-за меньшего хода, чем у диффузоров), они могут быть лучшего качества (более плотные и без гулких звуков).), чем электродинамических (конусных) систем.[ необходима цитата ] Подавление фазы может быть несколько компенсировано электронной коррекцией (так называемая полочная схема, которая увеличивает область внутри звукового диапазона, где генерируемое звуковое давление падает из-за подавления фазы). Тем не менее, максимальные уровни низких частот не могут быть увеличены, потому что они в конечном итоге ограничиваются максимально допустимым ходом мембраны, прежде чем она подойдет слишком близко к высоковольтным статорам, что может вызвать электрическую дугу и прожечь в ней дыры. [ необходима цитата ] Последние, технически более продвинутые решения для ощущения отсутствия басов включают использование больших изогнутых панелей (Sound-Lab, MartinLoganCLS), электростатические панели сабвуфера (Audiostatic, Quad) и длиннофокусные электростатические элементы, обеспечивающие большие отклонения диафрагмы (Audiostatic). Еще один часто применяемый трюк - усилить низкие частоты (20–80 Гц) с более высоким коэффициентом трансформации, чем средние и высокие частоты.

Этот относительный недостаток громких басов часто компенсируется гибридной конструкцией, в которой используется динамический громкоговоритель, например сабвуфер , для обработки низких частот , а электростатическая диафрагма обрабатывает средние и высокие частоты. Многие считают [ кто? ], что лучшим низкочастотным блоком для гибридов являются диффузорные динамики, установленные на открытых перегородках в виде диполей, вуферов линии передачи или рупоров , поскольку они обладают примерно такими же качествами (по крайней мере, в отношении низких частот), что и электростатические динамики, т. е. хорошая переходная характеристика, маленькая коробка окраска и (в идеале) ровная частотная характеристика. [ необходима цитата ]Однако часто возникает проблема с интеграцией такого низкочастотного динамика с электростатикой. Это связано с тем, что большинство электростатических устройств являются линейными источниками , уровень звукового давления которых уменьшается на 3 дБ при каждом удвоении расстояния. С другой стороны, уровень звукового давления конического динамика уменьшается на 6 дБ с каждым удвоением расстояния, поскольку он ведет себя как точечный источник . Это можно преодолеть теоретически более элегантным решением использования обычных конических вуферов в открытой перегородке или двухтактной компоновкой, которая создает биполярную диаграмму направленности, аналогичную диаграмме направленности электростатической мембраны. [ необходима цитата ]Это по-прежнему подвержено фазовому подавлению, но конические вуферы могут быть переведены на гораздо более высокие уровни из-за их более длинного хода, что упрощает выравнивание до плоского отклика, и они добавляют искажения, тем самым увеличивая площадь (и, следовательно, мощность) ниже частоты. график отклика, увеличивая общую низкочастотную энергию, но снижая точность передачи сигнала.

В качестве альтернативы можно заключить электростатические элементы и использовать их как «монополи». Это позволяет избежать многих недостатков работы диполя, в первую очередь значительного уменьшения отражений в помещении и, следовательно, искажения записываемой атмосферы. Поскольку нет попытки сделать динамик визуально прозрачным , это также позволяет нанести материалы на заднюю часть панели, чтобы обеспечить полное демпфирование мембранного резонанса, что улучшает переходную характеристику. Кроме того, использование относительно небольших элементов с относительно высокой частотой кроссовера, например 500 Гц, имеет ряд преимуществ. Это снижает направленность до такой степени, что обеспечивает достаточно широкую зону наилучшего восприятия. Это позволяет использовать увеличение уровня звукового давления на 3 дБ / октаву с увеличением частоты, увеличивая чувствительность. [необходимая цитата ]Он не действует как настоящий линейный массив, поэтому сабвуферы легче интегрировать. Наконец, большей части оставшихся 3 дБ можно противодействовать путем фильтрации высоких частот сигнала до половины или более ширины, что по совпадению увеличивает дисперсию и, следовательно, зону наилучшего восприятия. Колонки JansZen включают в себя все эти альтернативные функции. Они также используют вуферы с акустической подвеской (герметичные корпуса), которые имеют самую низкую групповую задержку из всех конфигураций и, следовательно, наилучшие шансы на бесшовную интеграцию с электростатикой. Панели также хорошо защищены от скопления загрязняющих веществ, переносимых по воздуху, что исключает необходимость периодического ремонта.

Направленность электростатики также может быть недостатком, так как это означает, что «зона наилучшего восприятия», где можно услышать правильное стереоизображение, относительно мала, что ограничивает количество людей, которые могут в полной мере пользоваться преимуществами динамиков одновременно. В 1992 году Critical Mass представила первые электростатические динамики для использования в мобильной среде (автомобильная аудиосистема). В конструкции инженера Critical Mass и генерального директора Вейда Альфароне использовалась направленная природа электростатики, создавая отдельные звуковые поля для разных мест в автомобиле. [ необходима цитата ]

Электростатические диафрагмы динамиков из-за их тенденции притягивать пыль, насекомых, токопроводящие частицы и влагу постепенно изнашиваются и требуют периодической замены. Им также необходимы меры защиты, чтобы физически изолировать их части под высоким напряжением от случайного контакта с людьми и домашними животными. Рентабельные услуги по ремонту и восстановлению доступны практически для всех существующих и снятых с производства электростатических громкоговорителей.

Акустические системы любительской сборки [ править ]

Электростатические громкоговорители пользуются некоторой популярностью среди производителей громкоговорителей, которые делают своими руками. Это один из немногих типов динамиков, в которых сами преобразователи могут быть созданы с нуля любителем, поскольку базовое оборудование для полных проектов ESL DIY можно найти в Интернете. В состав таких источников входят резисторы и конденсаторы для выравнивания частот RC-цепи , если это необходимо; повышающие трансформаторы ; перфорированные металлические листы или решетки и изоляционные пластмассы для статоров; полимерная пленка и проводящая краска (например, суспензия жидкого графита ) для мембраны; простое натяжное оборудование для правильной настройки мембраны; и каркас, обычно из дерева, чтобы скрепить все вместе. Широко читаемый ресурс энтузиастов ESL:Поваренная книга по проектированию электростатических громкоговорителей ( ISBN  978-1-882580-00-2 ) известного специалиста по ESL Роджера Сандерса. [2]

Коммерческие докладчики [ править ]

Артур Янзен получил патент США 2631196.в 1953 г. для электростатического громкоговорителя. Он работал во флоте над разработкой высокочастотного источника с низким уровнем искажений для наведения на торпеды. После войны он разработал технологию производства электростатических динамиков, которые будут использоваться с обычными коническими вуферами, известными как электростатические гибриды. Он дал лицензию Neishammny Electric на производство этих динамиков. В начале 1970-х компания Electronic Industries Миннеаполиса получила лицензию и права на производство электростатических динамиков JansZen. В 1974 году Electronic Industries представила новую проволочную оболочку для твитера ESL, которая значительно снизила стоимость производства. Он также оказался полностью надежным. Несколько больших массивов этих твитеров фактически использовались в качестве систем громкой связи на концертах в Миннеаполисе. В конце 1970-х годов собственность снова изменилась, и компания была куплена.Планировалось предложить электростатические динамики в автомобилях, но они так и не были запущены в производство. Дэйв Уилсон из Wilson audio использовал твитеры JansZen в своем знаменитом WAMM, Wilson Audio MOdulator Monitor. Эта колонка была продана за пару 220 000 долларов, когда она была снята с производства. РазработчикиТриэргон звук на пленке фильма звук система была разработана примитивной конструкцией электростатического громкоговорителя еще в 1919 году Дэвид JansZen, сыном Артур JansZen, используя документы отца и конструкции представила свою собственную версию электростатических гибридные акустических систем . Его компания, все еще работающая, не была связана со спикерами Electronic Industries JansZen. Компания г-на Янзена, JansZen, до сих пор создает усовершенствованную версию его оригинального дизайна. [3] KLH Nine был разработан в середине 1950-х годов Артуром А. Янзеном, и тысячи были проданы после того, как дизайн был передан KLH в 1959 году и запущен в регулярное производство. [ необходима цитата ]

Quad Electroacoustics [ править ]

Первый полностью успешный полнодиапазонный электростатический динамик, а также один из самых влиятельных, был выпущен в 1957 году: Quad Electrostatic Loudspeaker (Quad ESL, позже известный как ESL-57) от Quad Electroacoustics , Хантингдон , Англия. По форме они напоминали домашний электрический радиатор, слегка изогнутый по вертикальной оси. Они вызывали всеобщее восхищение за их ясность и точность, но с ними трудно работать при достижении низкочастотных басов.

Quad ESL были разработаны Питером Уокером, основателем компании, и Дэвидом Уильямсоном. Первым в серии был ESL-57, созданный под влиянием патента США 1 983 377, разработанный Эдвардом В. Келлогом для General Electric в 1934 году. [4] Он был представлен в 1955 году, запущен в коммерческое производство в 1957 году и прекращен только в 1985 году.

В 1981 году Quad представила ESL-63 в качестве преемника ESL-57. Он попытался устранить как недостаток воспроизведения басов ESL-57, так и его крайнюю направленность на высоких частотах. Последняя цель достигается путем разделения статоров на восемь концентрических колец, каждое из которых запитывается с небольшой временной задержкой по сравнению с кольцом, направленным непосредственно внутрь, таким образом пытаясь имитировать точечный источник.

Хотя производство ESL-63 было прекращено в 1999 году, Quad продолжает производство электростатических динамиков. Quad представила ESL-988 и его более крупный вариант ESL-989 в 1999 году, ESL-2805 и ESL-2905 в 2005 году, а также ESL-2812 и ESL-2912 в 2017 году, которые включают усовершенствования в электронике и преобразователе.

Другие производители [ править ]

Другие производители, которые в настоящее время производят электростатические громкоговорители, включают Immersion из Австралии;, [5] Solosound [6] в Нидерландах , King's Audio, [7] Panphonics [8] из Финляндии , Cadence Audio из Пуне , [9] T + A [10] и Silberstatic [11] из Германии. В конце 2014 года тайваньский производитель технологий BenQ выпустил первую в мире портативную электростатическую Bluetooth-колонку treVolo. [12]

Audiostatic, [13] Blanko.nu - исключительно ламповые активные электростатические громкоговорители, производимые вручную в Голландии, компания Sound-Lab [14] производит эксклюзивные электростатические панели полного диапазона. Единственный активный, полнодиапазонный электростатический громкоговоритель, производимый в настоящее время, - это Audiostatic DCA-5. В настоящее время JansZen предлагает активные (с приводом) версии двух своих гибридных моделей: Carmelita Active (для установки на стойке) и Valentina Active (для установки на полу).

MartinLogan , JansZen , Metrum Acoustics, [15] Sanders Sound Systems, [16] и Sound-Lab, [14] создают гибридные конструкции с обычными вуферами или сабвуферами.

Среди электростатических широкополосных громкоговорителей, которые больше не производятся, - KLH 9, самая ранняя полнофункциональная конструкция в США. В идеальных комнатных условиях, низкие частоты хорошо поддерживаются вплоть до 40 Гц при -3 дБ (70 Гц в полностью безэховых условиях), но начинают спадать до 80 Гц, если мембраны низкочастотного динамика были чрезмерно натянуты при производстве или из-за возраст. [17] Было выпущено несколько моделей Acoustat [18] , а также Infinity Servo-Statik и его преемники, в которых использовался динамический низкочастотный динамик / сабвуфер на низких частотах. Sanders Sound Systems является преемником несуществующей Innersound.

См. Также [ править ]

  • Магнитостатический громкоговоритель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Теория электростатических сил в динамике из тонкого электрета (MEMS) Эйно Якку, Тайсто Тинтунен и Терхо Кутилайнен, протоколы IMAPS Nordic 2008 Helsingør - 14–16 сентября
  2. ^ Фриц, Джефф; Микельсон, Марк (май 2004 г.), "Тур по фабрике Innersound" , SoundStage! , Schneider Publishing, архивируются с оригинала на 4 июля 2008 года , получен 16 мая 2009
  3. ^ JansZen Электростатические колонки . Janszenloudspeaker.com.
  4. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинального 5 сентября 2006 года . Проверено 21 февраля 2007 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  5. ^ 結婚 相 談 所 資料 は 抜 群 の 成婚 ブ ラ イ ダ ル ネ ッ ト ・ ン ジ メ ン バ ー ズ Архивировано 22 сентября 2008 года в Wayback Machine . Iti-plc.com.
  6. ^ Введение Solosound Solostatic электростатические жидкостные спрекеры Solosound-Solostatic . Solostatic.com.
  7. ↑ King Sound . Kingsaudio.com.hk.
  8. ^ Panphonics - мировой поставщик решений для направленного звука . www.panphonics.com (25 апреля 2013 г.).
  9. ^ Добро пожаловать на сайт CadenceAudio . Cadenceaudio.com (12 марта 2003 г.).
  10. ^ T + Дом . Taelektroakustik.de.
  11. ^ Пуск | Silberstatic.de | Электростатен . Silberstatic.de.
  12. ^ http://www.benq.us/news/1432205806_28_310.html
  13. ^ Полноценные электростатические громкоговорители . Аудиостатический.
  14. ^ a b Компания по производству электростатических громкоговорителей . Soundlab-speakers.com.
  15. ^ NOS Mini DAC . Metrum-acoustics.nl.
  16. ^ Сандерс Звуковые Системы Электростатические Динамики . Sanderssoundsystems.com (8 февраля 2013 г.).
  17. ^ KLH Model Nine громкоговоритель . Stereophile.com (5 марта 2006 г.).
  18. ^ Громкоговорители - Об Акустате . Acoustat.co.uk.