Электростатический громкоговоритель своими руками

Уважаемые пользователи нашего сайта, эта страница посвящена — «Электростатический громкоговоритель своими руками«.

 

Содержание


 

Электростатический громкоговоритель своими руками

Электростатические громкоговорители ( продол._2)

Изготовление электростатических громкоговорителей в любительских условиях

С. ЛАЧИНЯН, пос. Энергетик Алмаатинской обл. Казахстан

Важным условием обеспечения работоспособности громкоговорителя является проверка электрической прочности отдельных узлов и громкоговорителя в сборе. Для проведения такого контроля, кроме обычных измерительных приборов, Электростатический громкоговоритель своими руками, потребуется регулируемый источник высокого напряжения, в качестве которого можно применить готовый высоковольтный узел транзисторного портативного телевизора. Напряжение, подаваемое на анод небольшого кинескопа, обычно находится в пределах Ю. 14кВ и вполне достаточно для проверки и налаживания электростатического излучателя. Это же высокое напряжение возможно использовать как поляризующее для настройки оптимального режима электростатического громкоговорителя. Плавное регулирование напряжения осуществляют за счет изменения напряжения питания выходного каскада строчной развертки.

При подготовке к испытаниям анодный провод отсоединяют от кинескопа и во избежание нежелательного смещения и замыкания закрепляют на диэлектрической пластине. Высокое напряжение подают на испытуемое устройство через токоограничивающий резистор КЭВ-1 сопротивлением 15. 33 МОм либо через несколько последовательно включенных резисторов МЛТ меньшего номинала мощностью 1 —2 Вт из расчета, чтобы суммарное расстояние между выводами резисторов было не менее 40 мм. Резисторы лучше всего поместить в изоляционную трубку.

Испытательное напряжение контролируют специальным электростатическим вольтметром. Для измерения можно также применить высоко-омный вольтметр, подключаемый через делитель, при этом взамен одного высоковольтного резистора допустимо использовать набор из нескольких последовательно соединенных резисторов суммарным сопротивлением 150. 300 МОм. Резисторы следует поместить в длинную диэлектрическую трубку-щуп и калибровать вольтметр на самой высокой чувствительности посредством предварительного измерения известного значения напряжения (не более 1000 В), при необходимости подбирая ближний к вольтметру резистор делителя либо дополнительный резистор, шунтирующий вход вольтметра.

В дальнейшем измерение высокого испытательного напряжения производят непосредственно на выходе умножителя телевизора, а само испытательное напряжение во всех случаях подают через токоограничивающий резистор. Следует иметь в виду, что с помощью такого вольтметра нельзя измерять поляризующее напряжение непосредственно на собственном умножителе громкоговорителя и переменное напряжение с повышающего трансформатора, поскольку емкость проводов и недостаточно высокое входное сопротивление прибора могут внести значительную погрешность.

Для подведения высокого напряжения к электростатическому громкоговорителю целесообразно использовать коаксиальный кабель диаметром не менее 4 мм с полиэтиленовой изоляцией центрального проводника. Такой же кабель можно использовать и в качестве сигнального провода при проверке и налаживании громкоговорителя, учитывая, однако, негативное влияние собственной емкости кабеля на КПД и полосу рабочих частот. Электрическую прочность изоляции испытывают, подключив проводники проверяемого узла к плюсовому высоковольтному проводу и прикасаясь к ней соединенной с минусовым проводом полоской алюминиевой фольги, закрепленной на щупе с длинной (0,7. 1 м) изоляционной ручкой.

В некоторых случаях проверку электрической прочности полезно осуществлять в затемняемом помещении для визуального контроля пробоя или коронных разрядов. Обнаруженные дефекты можно ликвидировать, изолируя их места силиконовым герметиком, термоклеем или липкой лентой из лавсана ("скотч"). Каждый узел в процессе его изготовления или перед установкой следует проверять на электрическую прочность изоляции и отсутствие пробоев, Электростатический громкоговоритель своими руками, при этом следует внимательно следить за тем, чтобы напряжение не превышало предельно допустимого

Для левого и правого каналов стереофонической АС необходимо выбирать громкоговорители с близкими параметрами, в частности, межэлектродной емкостью и резонансной частотой. Во избежание выхода из строя измерительного прибора измерение собственной емкости электростатического преобразователя, если громкоговоритель был до этого включен, следует проводить только после того, как рассеется остаточный заряд, вызванный поляризацией диэлектрика. Поэтому перед измерением выводы преобразователя замыкают на 20. 30 мин. Емкость между мембраной и неподвижными электродами описываемой конструкции примерно равна 500 пФ. Частоты механического резонанса собранного громкоговорителя измеряют с подключенным питанием визуально или на слух по резкому возрастанию амплитуды колебаний мембраны при перестройке частоты подаваемого сигнала. Поскольку пленка натянута по двум направлениям, будут фиксироваться, как правило, два-три резонансных пика соответственно вблизи 20, 40 и 200 Гц.

Следует учитывать, что после натяжения на громкоговоритель декоративного чехла из тонкой ткани добротность излучателя снизится за счет его демпфирования и амплитуда колебаний на резонансной частоте значительно уменьшится.

Питание громкоговорителя

Для эффективной работы электростатического преобразователя на его электроды следует подавать постоянное поляризующее напряжение 7. 10 кв, Электростатический громкоговоритель своими руками, а также повышенное переменное напряжение воспроизводимых сигналов звуковой частоты. На рис. 17 изображена схема электростатического громкоговорителя, который состоит из умножителя напряжения и узла согласующего трансформатора.

Узел согласующего трансформатора содержит разделительный ФВЧ из элементов С1— СЗ, R2 (рис. 17,а) Стабилитроны VD2, VD3 обеспечивают защиту усилителя от индуктивных выбросов напряжения, тем не менее мощные транзисторы усилителя должны быть шунтированы обратно включенными диодами.

Цепь VD1R1 предназначена для зарядки в правильной полярности оксидных конденсаторов С1, СЗ.

Резистор R2 шунтирует первичную обмотку согласующего трансформатора с целью уменьшения добротности колебательного контура, образованного обмотками трансформатора и разделительными конденсаторами. Катушка L1 (индуктивностью 4,5 мГн при сопротивлении около 5,8 Ом) с резистором R3 сглаживают неравномерность АЧХ в области резонансной частоты громкоговорителя. Катушку L1 наматывают на каркасе диаметром 25 мм со щечками. При длине намотки 20 мм на катушку наматывают 450 витков в два провода ПЭВ-2 0,28. Конденсатор С2 — пленочный серий К72, К78, в крайнем случае К73-17 или набирается из нескольких меньшей емкости. Емкость конденсаторов С1, СЗ уточняют при настройке всей акустической системы (с сабвуфером). При ограниченной полосе частот (выше 300 Гц) достаточно использовать только бумажные конденсаторы общей емкостью 20. 30 мкФ на 160—300 В. Сведения о трансформаторе изложены ниже по тексту. Используемые в блоке питания радиодетали и провода оказывают заметное влияние на качество звуковоспроизведения в целом, поэтому в конструкции желательно применение высококачественных элементов.

Поляризующее напряжение около 9 кВ формируют из сетевого умножителем на диодах VD1—VD30 и конденсаторах С1—СЗО (его схема на рис. 17,6). Оно поступает на неподвижные электроды через высокоомные резисторы R4, R5 типа КЭВ-1 или МЛТ-2 сопротивлением Ю. 15МОм. Возможно питание нескольких излучателей от одного умножителя, поэтому конструктивное исполнение и размещение этого узла могут иметь несколько вариантов со своими достоинствами и недостатками. В случае общего для двух громкоговорителей умножителя высокое напряжение можно подавать по кабелю РК50 с полиэтиленовой изоляцией центрального проводника, а резисторы установить в непосредственной близости от электродов громкоговорителей.

От замыкания цепи поляризующего напряжения через трансформатор его вторичная обмотка отделена конденсаторами С4—С9 типа К15-5 емкостью 0,015 мкФ на 3 кВ. Возможно применение других типов конденсаторов, Электростатический громкоговоритель своими руками, например, К75-15 или К75-72. Следует только иметь в виду, что слишком большая емкость разделительного конденсатора резко увеличивает опасность поражения током, а на улучшение качества звучания может повлиять несущественно. Резисторы R1, R2 во входной цепи выпрямителя ограничивают ток при замыкании этой цепи (а также по отношению к земле) до значения, безопасного для человека.

В процессе настройки громкоговорителя напряжение поляризации, при котором обеспечивается нормальная работа электростатического преобразователя, подбирают экспериментально с помощью регулируемого высоковольтного источника (на слух при прослушивании фонограмм на номинальной громкости и по шумам в паузе). Далее подбирают число ступеней умножителя по формуле к = Uo/ЗОО, где U0 — экспериментально подобранное напряжение поляризации; к — число ступеней умножения. При экспериментах полезно воспользоваться плавной регулировкой напряжения поляризации с помощью двух маломощных (5. 10 Вт) трансформаторов из сетевых адаптеров (схема их включения показана на рис. 18), задающих входное напряжение для умножителя регулятором напряжения — резистором R1 в низковольтной цепи.

Такое устройство можно рекомендовать и для постоянного использования в условиях нестабильной сети, когда необходима оперативная регулировка поляризующего напряжения: существенные его изменения (более 20 %) негативно влияют на динамику звуковоспроизведения. Естественно, параметры питания левого и правого каналов должны совпадать.

Диоды и конденсаторы умножителя должны иметь номинальное рабочее напряжение не менее 500 В. При подборе диодов и конденсаторов следует особое внимание уделить проверке сопротивления утечки конденсаторов (не менее 500 МОм) и обратного тока диодов (не более 1 мкА при обратном напряжении 400 В), поскольку часто их плохое качество оказывается причиной неработоспособности умножителя. Поэтому в умножителе напряжения рекомендуется устанавливать пленочные конденсаторы серий К73, К78 или аналогичные импортные.

Возбуждение электростатических громкоговорителей сигналами звуковой частоты осуществляется напряжением, достигающим 2000. 3000 В (с амплитудным значением до 4500 В).

Для этого необходимо повышение напряжения с выхода УМЗЧ посредством согласующего трансформатора. Естественно, в этом случае параметры трансформатора в значительной степени определяют диапазон воспроизводимых частот и качество звуковоспроизведения. При возбуждении такого громкоговорителя от транзисторного усилителя коэффициент трансформации оказывается в интервале 70. 150, для которого конструктивно сложно обеспечить высокое потоко-сцепление обмоток. Поэтому эквивалентная индуктивность рассеяния с емкостью вторичной обмотки, емкостью кабеля и электростатического преобразователя образуют ФНЧ, способный ослабить сигнал даже на верхних частотах рабочего диапазона. Следовательно, частота среза этого ФНЧ и будет определять границу полосы воспроизводимых частот; при этом вблизи частоты среза значительно уменьшается входное сопротивление громкоговорителя по переменному току и появляется выброс на АЧХ системы трансформатор — электростатический излучатель.

Для устранения этого эффекта можно рекомендовать включение в цепь первичной обмотки трансформатора Т1 фильтра-пробки, настроенного на частоту резонанса и шунтированного резистором (сопротивлением несколько ом), значение которого подбирают до достижения ровной АЧХ в области резонанса. Фильтр-пробку (параллельный колебательный контур) образуют из конденсатора емкостью 0,5. 1 мкФ и катушки индуктивностью примерно 150 мкГн, намотанной на каркасе без магнито-провода проводом 0,8. 1 мм. Этот контур шунтируют резистором мощностью 4—5 Вт и сопротивлением несколько ом до получения требуемого входного сопротивления (не менее 4 Ом) и достижения ровной АЧХ в области верхних частот.

Кроме того, в трансформаторе на частотах ниже граничной (200 Гц) могут возникать нелинейные искажения, вызванные гистерезисом и насыщением магнитопровода. Исключение этих искажений для выбранной номинальной мощности и параметров трансформатора достигают подбором частоты среза ФВЧ, с которого подают сигнал на первичную обмотку.

Для максимального расширения диапазона воспроизводимых частот и увеличения КПД целесообразно максимально снижать паразитную емкость подводящих проводов и обмоток согласующего трансформатора. В этой связи может быть целесообразным использование трехполосных систем, поскольку для подачи напряжения на выделенную высокочастотную секцию с небольшой собственной емкостью можно применить малогабаритный трансформатор с меньшей индуктивностью рассеяния и малой емкостью обмоток.

Большинства этих проблем можно избежать с бестрансформаторным выходным каскадом, передавая сигнал на громкоговоритель непосредственно с анода высоковольтной лампы. Например, неплохие результаты удается получить от усилителя мощности на лампе ГК-71 с резистивной нагрузкой при напряжении питания 3000. 3400 В и напряжением на аноде 1450 В. Внешний вид такого усилителя с одно-тактным выходным каскадом показан на обложке журнала "Радио" № 1, 2006 г. Надо заметить, что однотактный выходной каскад наиболее подходит для несимметричной конструкции электростатического преобразователя, нелинейность которых удается отчасти скомпенсировать. В двухтактной же конструкции высоковольтного УМЗЧ применение резистивной нагрузки приводит к большим энергетическим потерям, поэтому выгоднее использовать вариант дроссельной нагрузки. Сборку подобных усилителей можно рекомендовать только квалифицированным радиолюбителям, имеющим опыт работы с мощными высоковольтными лампами.

В некоторых случаях, если не стремиться к широкому динамическому диапазону, усилитель с бестрансформаторной связью с громкоговорителем можно выполнить на более распространенных лампах (в частности, ГУ-50) по схеме каскада с динамической нагрузкой (в зарубежной терминологии — SRPP). При исключении трансформатора между усилителем и электростатическим громкоговорителем достижимо очень высокое качество звука.

Если же ориентироваться на подключение электростатического громкоговорителя к УМЗЧ, рассчитанному на работу с динамическими громкоговорителями, целесообразно вначале изготовить согласующий трансформатор. Наилучшие результаты по качеству звука дает трансформатор, выполненный на магнитопроводе из пермал-лоевой ленты 0,1×16 мм с толщиной набора 15. 20 мм (фото на рис. 19,а). Несколько худшие, но вполне удовлетворительные результаты удается получить на тороидальном магнитопроводе (фото на рис. 19,6) из аморфного железа, например, марки ГМ414 производства НПП "Гаммамет" (г. Екатеринбург, http://www.gammamet.ru). Удовлетворительными по достигаемому качеству звучания будут трансформаторы на стержневом ленточном магнитопроводе из электротехнической стали.

Технология изготовления и намоточные данные согласующих трансформаторов подобны для большинства магнитопро-водов, Электростатический громкоговоритель своими руками, поэтому изготовление согласующих трансформаторов рекомендуется начать с более доступного варианта на магни-топроводах трансформаторов ТС-160 или ТС-180 из блоков питания ламповых телевизоров.

Первичную обмотку для лучшего магнитосцепления наматывают в несколько проводов, Электростатический громкоговоритель своими руками, сложенных вместе. Обмотку распределяют по всей длине каркаса равномерно в один слой, и соответственно каждый провод будет намотан с шагом, равным сумме диаметров остальных. Затем провода соединяют последовательно или параллельно до получения нужного числа витков. Они же используются для получения сигнала обратной связи.

Половины вторичных обмоток (I—VI и I’—VI’) создают равные напряжения сигнала звуковой частоты для каждого из неподвижных электродов. Вторичную обмотку для получения минимальной собственной емкости и максимальной электрической прочности наматывают секциями. Каждая секция представляет собой узкую катушку, намотанную между двумя изолирующими прокладками из ламинированного гетинакса, полиэтилена или фторопласта. Затем обмотки всех секций соединяют последовательно. В процессе намотки слои высоковольтной катушки обмазывают силиконовым герме-тиком, это обеспечит надежность и электрическую прочность. Обмотки можно наматывать проводом марки ПЭЛШО и без герметика.

Технология изготовления согласующего трансформатора и его намоточные данные следующие. Сетевые трансформаторы (ТС-180, ТС-160) разбирают, и с их каркасов удаляют все обмотки и одну боковую щечку. Внутрь каркаса, если намотка ведется вручную, вставляют деревянную бобышку по размеру окна. Затем наматывают слой первичной обмотки.

Первичную обмотку наматывают жгутом из шести сложенных вместе проводов диаметром 1 мм (8 витков). В процессе намотки витки фиксируют липкой лентой. После намотки поверх первичной обмотки для ее электрической изоляции от вторичной тщательно, с перекрытием, наматывают 5—6 слоев широкой липкой ленты ("скотч"). Использовать в качестве изолирующих материалов лакоткань или бумагу недопустимо из-за их низкой электрической прочности.

Далее, согласно чертежу (рис. 20), вырезают боковые изолирующие прокладки. Размеры их внутреннего окна должны соответствовать внешним размерам первичной обмотки с изоляцией. Щечки надевают поверх первичной обмотки, они формируют секции вторичной обмотки. На каждой катушке трансформатора ТС-160 разместится пять отдельных секций. Каждую секцию изолируют силиконовым герметиком или силиконовым термоклеем таким образом, чтобы в ее основании не оставалось щелей и дефектов изоляции. Это потребует нанесения герметика непосредственно в процессе установки щечек.

Для проверки изоляции каждой секции наматывают в ней "пробный" виток из оголенного провода, который подключают к источнику высокого испытательного напряжения, и с помощью щупа, помещаемого снаружи прокладок или в соседние секции, проверяют электрическую прочность по отсутствию пробоя. Трансформатор можно считать готовым к намотке, если отсутствует пробой на первичную обмотку и внешнюю сторону прокладок при испытательном напряжении 8. 10 кВ. В случае наличия разряда (как правило, в местах микродефектов в изоляции) следует устранить его добавлением герметика.

В каждой секции вторичной обмотки наматывают по 750 витков провода ПЭВ-2 или ПЭТВ-2 диаметром 0,14 мм либо марки ПЭЛШО диаметром 0,12 мм. Намотку осуществляют следующим образом. Вначале делают нижний вывод, для чего припаивают к обмоточному проводу отрезок многожильного во фторопластовой изоляции. Место спайки тщательно изолируют термоусадочной трубкой или двумя слоями ленты "скотч", затем вывод укладывают вдоль на "дно" секции и обматывают полоской ленты "скотч" в 2— 3 слоя по ширине окна. После этого вручную или на намоточном станке наматывают первую часть секции (250 витков). В процессе намотки на слои провода периодически наносят силиконовый герметик, после окончания намотки избыток герметика удаляют (в случае применения провода ПЭЛШО герметик использовать не обязательно). Намотку допустимо вести внавал, но при этом необходимо соблюдать равномерность заполнения.

Поверх первых 250 витков наматывают изолирующую прокладку из одного-двух слоев бумаги, "скотча", лакоткани (здесь требования к изоляционным свойствам материала существенно ниже). Затем таким же образом наматывают еще две части секции (по 250 витков). По окончании намотки обмотку покрывают дву-мя-тремя слоями ленты "скотч" и делают вывод многожильным проводом во фторопластовой изоляции. Место спайки изолируют термоусадочной трубкой или "скотчем". Затем с натягом наматывают "скотч" поверх обмотки до ее полного покрытия.

Электростатический громкоговоритель своими руками

Далее выводы обмотки замыкают между собой и подключают к одному выводу источника высокого напряжения 5. 6 кВ.

Секция намотана удовлетворительно, если не будет пробоя при помещении щупа, подключенного к другому выводу источника, поверх обмотки; в противном случае необходимо устранить дефекты изоляции. После намотки всех секций вторичные обмотки соединяют последовательно и места спайки выводов секций изолируют термоусадочной трубкой или "скотчем". Перед сборкой трансформатора каждую катушку целиком со всеми секциями тщательно покрывают несколькими слоями "скотча". Затем трансформатор собирают и вновь испытывают напряжением 5. 6 кВ.

В заключение проводят испытание электрической прочности узла на переменном токе, для чего с усилителя на первичную обмотку трансформатора подают через токоограничивающий резистор МЛТ-2 сопротивлением 4 Ом сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой 15. 20 В. Внимание! Во время всех испытаний трансформатора переменным током вторичные обмотки должны быть шунтированы несколькими набранными в последовательную цепь резисторами МЛТ-2 общим сопротивлением 3. 4 МОм, оконечные транзисторы усилителя защищены диодами или стабилитронами от бросков обратного напряжения, а один из выводов высоковольтной обмотки желательно соединить с общим проводом.

Признаком исправной работы трансформатора будет отсутствие искрения и призвуков (трансформатор не должен "петь"), а токоограничивающий резистор не должен нагреваться. Выходное напряжение можно косвенно проконтролировать неоновой лампой, если поднести ее, держа за цоколь, к оголенному "горячему" выводу вторичной обмотки: лампа должна загораться на расстоянии не менее 15. 20 мм.

Обчитался по теме ещё года три тому. Мысли всякие периодически возникают. Понимаю, что многое гут и многое заманчиво. Но в состояние "глаза боятся — руки делают" ещё не пришел. Особо хочется наушники сделать (а там драйверок оч. маленький). Потрём тему и тут.

После раздумий решил поделиться мыслями, чтобы не быть как собака на сене.

Драйвер электростата для ушей очень критичен к геометрии и прозрачности сетки статора. Не даром одна из конструкций стата с просто решетка — забор из проволок на приличном расстоянии между ними. Одно время думал использовать сетку от электробритвы (они даже продавались в галантерейных магазинах). Жёсткая и прозрачная. Но потом посчитал, и жду, когда удасться аккуратно разбить кинескоп и изъять экранную сетку. Она как известно аж оптически прозрачна, и на статор ИМХО самое — оно. Проблема в том, что на верхнем краю звукового диапазона длина волны в воздухе — 0,16 мм. В данной связи бОльшая часть звуковой энергии на этой частоте будет переотражаться от статора и болтаться в состоянии вязкого рассеяния между статором и мембраной. И даже из статора — сетки от бритвы ВЧ звук будет вылазить как фарш из мясорубки. В зоне максимальной чувствительности (5 кГц) длина волны уже около 0,7 мм, потому автор темы этих проблемных эффектов не слышит. Но стоит увеличить прозрачность сетки статора, как сразу почуствуется позрачность и "воздух", так как фронты прочистятся.

Была даже идея — взять капроновую редкую сеточку, соорудить пяльцы, натянуть и капрон металлизировать. Но всю химию процесса пока не продумал. И сетка из кинескопа пока в преимуществах.

Ну, а усилитель, там ИМХО особых проблем нет.

Сообщение отредактировал ddo — 1.6.2010, 15:05

Академия Гитарной Электроники: Электростатические громкоговорители — Академия Гитарной Электроники

#1 Маклауд

    Злой модер
  • Группа: Модераторы
  • Сообщений: 4 251
  • Регистрация: 04 Апрель 09

Отправлено 05 Июнь 2010 — 15:56


 

Прочитал, стало интересно. Сразу захотел слепить для пробы)

Если кому лень читать, объясню. Задолго до появления динамиков существовали "статики". Если в динамиках для создания колебаний используется довольно тяжёлая конструкция (диффузор, резонатор, колпак, катушка, оправка, центрирующая шайба), то статики движут воздух тоненькой плёнкой. Её масса сравнима с массой прилегающего воздуха. Как?

Статик состоит из 3-х элементов: металлическая решётка, она же статор, тонкая проводящая плёнка и разделители. Такой бутерброд:

статор

разделитель

плёнка

разделитель

статор

Плёнка натянута на рамке из разделителя. На эту же рамку приделаны статоры с двух сторон. Между плёнкой и каждым статором образуется зазор, равный толщине разделителя. Плёнку заряжаем до высокого напряжения (поляризуем). Для наушников — 500-1000 в, Электростатический громкоговоритель своими руками, для средне-высокочастотных с зазором ≈ 1 мм около 2-3 кв, Электростатический громкоговоритель своими руками, для широкополосных 4-10 кВ. Точно не смотрел, может и больше. На статоры подаём Высоковольтный звуковой сигнал в противофазе. В результате плёнка притягивается то к одному статору, отталкиваясь от другого, то наоборот, увлекая за собой воздух. Заметьте, притягивается ВСЯ поверхность тонкой лёгкой плёнки. Значит искажения минимальны, АЧХ практически идеальная. При этом собирается статик в течении получаса чуть-ли не из подножного корма. Слышал много отзывов о том, что собранная из хлама статическая АС звучала лучше любой АС, имеющейся в доме.

Для меня очень заманчиво) А что для нас 4 килловольта? Да хоть бы насморк с них прохватил, при таком-то токе.

Предлагаю также почитать статью Марка Рехорста:

Современный электростатический громкоговоритель

Последние годы характеризуются бурным развитием техники высококачественного звуковоспроизведения и бытовой звуковоиспрозводящей аппаратуры в частности. Немаловажное значение придается при этом дальнейшему совершенствованию громкоговорителей.

Поиски новых методов повышения качества звучания громкоговорителей заставили по-иному взглянуть на когда-то известные, а потом забытые принципы преобразования электрической энергии в звуковую. В полной мере это относится к электростатическим громкоговорителям с пленочной мембраной. Построенные в свое время образцы таких громкоговорителей имели весьма малый коэффициент гармоник, вполне приемлемых амплитудно-частотные и фазовые характеристики, а также высокую чувствительность. Однако из-за ряда трудностей технологического характера электростатические громкоговорители не получили широкого распространения.

В настоящее время конструкторы вновь вернулись к пленочным громкоговорителям и на современной материальной базе им удалось создать излучатели, позволяющие при прослушивании высококачественной музыкальных программ в домашних условиях создать эмоциональную атмосферу, не уступающую, по мнению экспертов, Электростатический громкоговоритель своими руками, атмосфере концертного зала.

Первый отечественный электростатический громкоговоритель был разработан в ИРПА им А.С. Попова в 1977 году. Речь идет о широкополосном электростатическом громкоговорители АСЭ-1 (рис.1), предназначенный для работы с усилительно-коммутационными устройствами высшего класса.

В отличии от зарубежных широкополосных электростатических громкоговорителей, в которых используется диэлектрическая пленка с особо высокоомным, обычно графитовым, покрытием (100 мОм/см 2 ), обеспечивающий постоянство заряда на мембране. В АСЭ-1 применена более легкая и эластичная (чем графитовая) металлизированная конденсаторная пленка из полиэтилентерефталата. Это позволило несколько улучшить акустические параметры громкоговорителя, но зато потребовало принятия специальных мер для обеспечения постоянства заряда на мембране. В АСЭ-1. кроме того, оригинальная эффективная частотно-разделительная цепь, функции индуктивности в которой выполняют обмотки и индуктивности рассеяния согласующих трансформаторов, Электростатический громкоговоритель своими руками, а функции емкости – собственная емкость их обмоток и самих излучателей. Все это, а также оптимальное расположение излучателей обеспечивало боле высокое, по отзывам слушателей, качество звучания, чем у аналогичного по размерам электростатического громкоговорителя «Quad ES » английской фирмы «Акустикал Меньюфэкчеринг Лимитед ».

Основные технические характеристики

Достоинства головок с полипропиленовыми диффузорами выбор автомобильной аудиосистемы электродинамических головок громкоговорителей динамиков акустики установка Композиты на основе ткани из углеродных волокон обладают уникальным сочетанием малой удельной массы с очень высокой жесткостью жесткость кевларовых диффузоров необычайно высока, поэтому со всей силой проявляются проблемы, характерные для диффузоров высокой жесткости Достоинство мягких куполов прекрасное внутреннее демпфирование получения гладкой АЧХ хорошей переходной характеристики акустическое оформление головок

При выборе для автомобильной аудиосистемы электродинамических головок или громкоговорителей, в просторечии именуемых "динамиками", необходимо помнить, что идеала в природе не существует. У каждой марки найдутся свои приверженцы, поэтому выяснять, какие из них "достойнее всех" по меньшей мере бессмысленно. Предпочтение следует отдать тем, которые лучше выполняют свои функции. Не забывайте, что разработчики, улучшая некоторый показатель или параметр, нередко идут на компромисс за счет других. А потому нет и не может быть универсальных решений, одинаково применимых во всех случаях. Учтите также, что единой методики тестирования автомобильных акустических систем (АС) не существует. Помимо ряда стандартизованных методик многие производители пользуются своими, преувеличивая их достоинство и прибегая даже к прямой лжи при оценке собственной продукции. Чего стоит, например, указанная на некоторых скромных на вид головках сомнительного происхождения фантастическая мощность в сотни ватт.

Электростатический громкоговоритель своими руками

Из всех известных видов акустических преобразователей в автомобильных аудиосистемах массовое применение нашли динамические головки прямого излучения и пьезокерамические СЧ и ВЧ излучатели.

Динамический громкоговоритель был изобретен и запатентован американцами Райсом и Келлогом в 1925 г. и наиболее заметные изменения в его конструкции связаны с появлением новых материалов для изготовления диффузоров и магнитных систем. Несмотря на присущие ему недостатки, он вполне универсален, а все иные типы излучателей (ленточные, электростатические и др.) имеют ограниченную область применения. Использование их в автомобиле сопряжено с рядом проблем, но может представить определенный интерес при создании уникальных аудиосистем.

Для того, чтобы было легче ориентироваться, выбирая акустические излучатели, напомним их основные параметры и принятые англоязычные обозначения, используемые большинством зарубежных производителей.

Импеданс (Impedance), Ом — полное электрическое сопротивление

головки громкоговорителя, чаще всего нормированное по модулю на частоте 1 кГц и равное 4 Ом, реже — 8 Ом. Встречаются также головки с импедансом 10 или 6 Ом (последняя цифра характерна для продукции японских фирм). Одно время достаточно широко были распространены автомобильные АС с импедансом 2 Ом (это позволяло получить значительную мощность при низком напряжении питания), но в настоящее время они стали большой редкостью. Менее распространенные пьезо-излучатели в полосе рабочих частот (выше 5 кГц) имеют достаточно высокий импеданс емкостного характера — десятки—сотни ом. Об этом нужно помнить при выборе усилителя — некоторые из них на емкостной нагрузке работают неустойчиво.

Уровень характеристической чувствительности (SPL) — это среднее звуковое давление, которое развивает громкоговоритель. Оно измеряется на расстоянии 1 м при подводимой мощности 1 Вт (обычно на фиксированной частоте 1 кГц, если в документации на головку не указано особо). Реальная чувствительность автомобильных головок около 90 дБ/Вт1/2-м, хотя у некоторых НЧ головок и рупорных пьезоизлу-чателей чувствительность выше 100 дБ/Вт"2-м. Однако необходимо иметь в виду, что некоторые производители используют измерение с фиксированным напряжением 2,8 в, Электростатический громкоговоритель своими руками, дающее для низкоомных головок более впечатляющие цифры. Поскольку пье-зоизлучатели имеют достаточно высокий импеданс, мощность в 1 Вт развивается на них при весьма высоких напряжениях, зачастую превышая максимально допустимые, из-за чего их чувствительность измеряют при более высоком уровне напряжения (обычно от 5 до 12 В). Расстояние, на котором измеряется звуковое давление, для некоторых излучателей может быть и 0,5 м. Поэтому совет: чтобы не ошибиться в выборе, обращайте внимание на сноску, в которой указаны условия измерения этого параметра.

Диапазон воспроизводимых частот (Frequency response), Гц, кГц, указывает частотные границы, в которых отклонения звукового давления не превосходят некоторых пределов. Иногда указывается явная неравномерность АЧХ, в других же случаях ее можно оценить по прилагаемому к изделию графику. Нередко никаких дополнительных сведений нет вообще.

Номинальная электрическая мощность (Nominal power handling), Вт — долговременная подводимая мощность. Обозначает ту мощность, которую громкоговоритель может выдержать в течение продолжительного периода времени без повреждения подвеса диффузора, перегрева звуковой катушки и других неприятностей.

Пиковая электрическая мощность (Peak power handling), Вт — максимальная подводимая мощность, которую громкоговоритель может выдержать в течение короткого времени без риска повреждения.

Коэффициент гармонических искажений (Total Distortion), %, указывается крайне редко. Поскольку этот параметр имеет частотно-зависимый характер, значения приводятся для нескольких фиксированных частот или в виде графика.

Для головок СЧ и НЧ имеются еще несколько параметров, Электростатический громкоговоритель своими руками, которые полностью описывают их электрические и механические характеристики при работе в поршневом режиме (подробнее об этом ниже). Это параметры впервые ввели A. Thiele и позднее R. Small. В честь авторов их называют параметрами Тиля— Смолла. Полный их список достаточно велик, но минимально необходимый набор включает в себя следующие.

Частота собственного резонанса (Fe), Гц, головки громкоговорителя в открытом пространстве. В этой точке ее импеданс максимален.

Эквивалентный объем (VM), м3. Это возбуждаемый головкой закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равную гибкости подвижной системы головки.

Полная добротность (Qta — безразмерная величина) головки громкоговорителя на резонансной частоте учитывает все потери.

Следующие параметры являются составляющими полной добротности и приводятся в документации относительно редко.

Механическая добротность (Qmi — безразмерная величина) головки громкоговорителя на резонансной частоте учитывает механические потери.

Электрическая добротность (QM — безразмерная величина) головки громкоговорителя на резонансной частоте учитывает электрические потери.

Полная добротность головки меньше 0,3. 0,35 считается низкой, больше 0,5. 0,6 — высокой. Зная полную добротность и резонансную частоту головки, можно сделать вывод о необходимом для нее акустическом оформлении. Если отношение Fs/Qts составляет 50 или меньше, головка предназначена для работы в закрытом ящике. Для работы в фазоин-верторе целесообразно использовать головки, у которых этот показатель составляет 90 и больше. Автомобильные головки, установленные в дверях или на задней полке, работают практически в закрытом ящике. Для работы в этих условиях надо выбирать головку с высокой полной добротностью (не меньше 0,5) и резонансной частотой не ниже 45 Гц.

Одна из важнейших конструктивных

характеристик динамической головки — материал диффузора, от которого в наибольшей степени зависит качество звучания. Идеальная головка должна иметь совершенно жесткий и лишенный массы диффузор, закрепленный на абсолютно гибком подвесе. Все существующие конструкции далеки от этого. По мере повышения частоты сигнала, начиная с частоты, называемой граничной частотой зоны поршневого действия, диффузор перестает колебаться как единое целое. Возникающая при этом интерференция звуковых волн от различных участков диффузора приводит к появлению локальных пиков и провалов на АЧХ, окрашивающих звучание. Вызванные недостаточной жесткостью деформации реального диффузора приводят к появлению в материале диффузора собственных колебаний. Они должны быть эффективно подавлены, в противном случае неизбежно появление интермодуляционных искажений (призвуков) и "смазывание" атаки импульсного сигнала. Нелинейность подвеса также вызывает интермодуляционные искажения.

Таким образом, материал диффузора должен сочетать малую удельную массу с высокой жесткостью и большим затуханием. Поиск компромисса при таких противоречивых требованиях заставляет конструкторов использовать новые материалы, которые успешно сосуществуют со старыми. При этом решение одних проблем нередко приводит к появлению новых. Как это ни парадоксально, но бумажные диффузоры пока наиболее удачно сочетают в себе все необходимые характеристики.

Бумажные диффузоры применяют в головках с момента их "рождения". Первоначально они были клееные, в настоящее время их изготавливают преимущественно методами литья и прессования с пропиткой синтетическими составами. Прессованные диффузоры конической формы дешевы и технологичны, но обладают рядом недостатков (главным образом — невысокой жесткостью) и применяются только в недорогих конструкциях. Диффузоры более высокого качества изготавливают методом литья. Жидкая бумажная масса наносится на матрицу, обычно из металлической сетки и, затвердевая, образует заготовку диффузора. При такой технологии за счет применения криволинейной образующей и переменной толщины диффузора, уменьшающейся от центра к краям, удается отчасти решить проблему жесткости. Бумажные диффузоры могут применяться в головках практически всех типов.

Достоинства таких диффузоров — прекрасное внутреннее демпфирование, практически полное отсутствие местных резонансов, Электростатический громкоговоритель своими руками, плавный переход от поршневого режима работы к зонному. Гладкая АЧХ позволяет не беспокоиться о поведении головки за пределами полосы рабочих частот, что дает возможность использовать простейшие разделительные фильтры с малой крутизной спада и минимальными фазовыми искажениями. Субъективная оценка качества звучания высокая.

Основной недостаток бумажных диффузоров — относительно невысокая жесткость, что может сказаться на проработке мелких деталей звучания. Механическая прочность невысока, и это ограничивает максимальную подводимую мощность. Технологический разброс параметров головок массовых серий относительно велик, что при высоких требованиях к качеству звучания может потребовать предварительного их отбора. Параметры со временем меняются и под воздействием атмосферы, несмотря на пропитку бумажной массы и защитные покрытия. Последнее обстоятельство ограничивает применение головок с бумажными диффузорами в автомобильных аудиосистемах без принятия специальных мер. К сожалению, это сдерживает применение в автомобиле высококачественных головок, предназначенных для "домашних" аудиосистем.

Полипропилен был впервые применен как материал для изготовления диффузоров при разработке мониторов для звуковых студий Би-Би-Си в 1975 г. и в настоящее время широко используется в головках самого различного назначения. Благодаря довольно большому внутреннему демпфированию, правильно сконструированный полипропиленовый диффузор может обеспечить ровную и гладкую АЧХ при высоких значениях удельного звукового давления. Для повышения жесткости используют минеральные добавки — кварц, слюду, силикат магния.

Достоинства головок с полипропиленовыми диффузорами — очень гладкая АЧХ, нейтральное звучание, хорошие импульсные характеристики, плавный переход к зонному режиму, устойчивость к атмосферным воздействиям. Лучшие образцы полипропиленовых диффузоров по прозрачности звучания не уступают бумажным, но из-за ограниченной жесткости проигрывают по "детальности" звукового образа. Основная область применения — широкополосные и низкочастотные головки.

Композиты на основе ткани из углеродных волокон обладают уникальным сочетанием малой удельной массы с очень высокой жесткостью. Однако из-за недостаточного внутреннего демпфирования и сложной анизотропной структуры материала переход к зонному режиму сопровождается многочисленными пиками и провалами на АЧХ вблизи верхнего края рабочего диапазона. Для успешного подавления нежелательных призвуков необходимы разделительные фильтры с большой крутизной спада, иногда требуется применение избирательных корректирующих цепочек либо специальных корректоров. Это намного усложняет конструкцию системы и создает проблемы с фазовыми искажениями. Основная область применения — сабвуферы.

Кевлар известен, в частности, как материал для пуленепробиваемых жилетов. Первыми кевларовые головки выпустили в середине 80-х годов французская фирма Focal и немецкая Eton. Жесткость кевларовых диффузоров необычайно высока, поэтому со всей силой проявляются проблемы, характерные для диффузоров высокой жесткости. На частотах 3. 4 кГц и выше проявляется характерный "кевларовый" звук — изрезанная частотная характеристика, следствие резкого перехода сверхжесткого диффузора в зонный режим. На слух это воспринимается как жесткий, агрессивный звук, явно диссонирующий со звучанием этой же головки в нижней части среднечастотного диапазона. Конструкторы таких систем вынуждены ставить довольно сложные разделительные фильтры четвертого порядка (24 дБ/окт.), дополненные корректирующей цепочкой с настройкой ее на частоту "кевларового" резонанса — обычно в диапазоне 5. 7 кГц.

Эффект "кевларового" звука — следствие сочетания высокой жесткости с малыми внутренними потерями. Чтобы улучшить демпфирование, фирма Eton разработала трехслойный материал, состоящий из двух слоев кевларового композита и вклеенного между ними жесткого "сотового" слоя. Сходный материал использует фирма Focal под названием Aerogel. Другие производители применяют для подавления нежелательных ре-зонансов демпфирующее резиновое покрытие с нижней стороны диффузора или широкий воротник подвеса. Основная область применения — низкочастотные головки и сабвуферы.

Попытки использования металлических диффузоров нельзя считать удачными, поскольку их значительная масса снижает чувствительность головок до 84. 87 дБ. Отсутствие внутреннего демпфирования приводит к появлению ярко выраженных пиков на частотах 5. 10 кГц. Пронзительное хриплое звучание рупорных "колокольчиков", установленных в парках или на площадях — кошмар меломана. Применяются металлические диффузоры только в отдельных моделях сабвуферов и купольных головках ВЧ.

Жесткие трехмерные конструкции с плоской излучающей поверхностью и внутренним заполнителем в виде сотов или вспененного полимера известны с начала 70-х годов. Им часто придавали прямоугольную или многогранную форму со скругленными углами. Низкочастотные динамические головки с плоскими излучателями использовались в одном из вариантов AC S-90. Высокая масса диффузора и в этом случае сильно снижает чувствительность головки, а из-гибные колебания обычных диффузоров в зонном диапазоне излучения уступают место объемным колебаниям и поперечной раскачке тяжелого диффузора. Демпфирование последних весьма затруднено.

"Пищалки" с мягкими куполами из шелка или синтетических материалов в настоящее время практически вытеснили диффузорные ВЧ излучатели. Конструктивная особенность купольных головок в том, что вся излучающая поверхность находится внутри звуковой катушки, а не снаружи, как у диффузорных головок.

Достоинство мягких куполов — прекрасное внутреннее демпфирование создает предпосылки для получения гладкой АЧХ с плавным спадом на верхнем краю рабочего диапазона и хорошей переходной характеристики. Их недостатком является ограниченная перегрузочная способность, предъявляющая повышенные требования к частоте и/или крутизне спада разделительного фильтра (кроссовера). Высокий профиль купола (по соображениям жесткости) ухудшает диаграмму направленности по сравнению с более плоскими металлическими куполами и часто требует от конструкторов применения рассеивающих акустических линз, а это — потенциальный источник дифракционных искажений АЧХ.

С появлением купольных пищалок были предприняты попытки реализовать концепцию жесткого купола. После экспериментов с полимерами конструкторы остановились на металле. Сверхтонкие купола из титана и алюминия стали внедрять в середине 80-х; для их изготовления использовали методы прецизионного электролиза и вакуумного напыления.

Как и положено головкам с жесткими диффузорами, "пищалки" с металлическими куполами имеют характерный пик АЧХ на частотах 25. 30 кГц величиной до 3. 12 дБ. При определенных условиях могут возникнуть условия для интермодуляции этих составляющих с другими, находящимися в звуковом диапазоне. На слух это может восприниматься как "металлический" тембр звучания. Нужно отметить, что звучание лучших образцов металлических куполов — прозрачное, чистое, приближающееся к звучанию электростатических излучателей.

Достоинство жесткого купола заключается в том, что он работает без деформаций во всем рабочем диапазоне частот, обеспечивая высокую детальность и прозрачность звучания. Характеристика направленности вследствие низкого профиля такого купола намного лучше, чем у мягких куполов, Электростатический громкоговоритель своими руками, однако характерный ультразвуковой пик АЧХ может привести к неприятному на слух окрашиванию звучания.

Гамма существующих ВЧ излучателей с керамическими диффузорами, к сожалению, недостаточна. Компактные автомобильные керамические "пищалки" первой выпустила фирма Infinity. Фактически они металлокерамические: на тонкую металлическую основу нанесен еще более тонкий (5. 10 мкм) слой керамики чистых окислов, Электростатический громкоговоритель своими руками, обладающей исключительной твердостью. Жесткость купола из-за малой толщины покрытия увеличивается незначительно, но отсутствие "металлических" призвуков способствует наиболее точному звуковоспроизведению верхних частот.

Автомобильные головки имеют несколько стандартных размеров, Электростатический громкоговоритель своими руками, основанных на дюймовой системе: 7,5 см (3"), 8,7 см (3,5"), 10 см (4"), 13 см (5"), 16 см (6"), 20 см (8"), 25 см (10"), 30 см (12"). Помимо круглых головок широко распространены эллиптические 4×6, 5×7 и особенно — 6×9 дюймов (их еще называют "лопухами"). Никаких особых преимуществ, Электростатический громкоговоритель своими руками, кроме компоновочных, такая конструкция не имеет. Большинство производителей размер головки в дюймах или сантиметрах включают в обозначение модели, что несколько облегчает их "заочный" выбор. В комплект поставки входят защитные сетки для головки и элементы крепежа. Головки, предназначенные для замены заводских в штатных местах автомобиля, поставляются без сеток ("custom fit").

Громкоговорители, применяемые в автомобилях, по выполняемым функциям и конструктивным признакам можно условно разделить на несколько групп.

Широкополосные громкоговорители построены на основе электродинамических головок с одним диффузором или с дополнительным конусным диффузором, приклеенным к общей звуковой катушке. Кроме того, в широкополосных громкоговорителях используют головки с излучателями коаксиальной конструкции или дополнительными высокочастотными излучателями, закрепленными на общем диффузородержателе.

В более дорогих автомобильных аудиосистемах применяют компонентные (раздельные) громкоговорители: низкочастотные, среднечастотные, а иногда совмещенные в двух полосах — НЧ-СЧ, высокочастотные "пищалки". В наиболее широкополосных системах применяют и субнизкочастотные громкоговорители (сабвуферы).

Акустическое оформление головок предполагает их встраивание в элементы кузова автомобиля или выполнение их в отдельных корпусах.

Теперь конкретнее об особенностях работы громкоговорителей в различных полосах звуковых частот. Из-за перехода диффузора из поршневого режима работы в зонный диаграмма направленности обычных широкополосных головок с ростом частоты сужается, а отдача падает. Для компенсации этого явления в конструкцию вводится дополнительный конический диффузор с меньшим углом раскрыва. Эффект от его введения наиболее заметен у головок с большим диффузором.

Материал дополнительного диффузора — бумага или алюминиевая фольга. Основной диффузор широкополосных головок выполнен, как правило, из бумаги или полипропилена. Большинство автомобильных широкополосных головок представлено моделями с круглыми диффузорами диаметром 7,5. 10 см, встречаются и головки с диффузорами эллиптической формы. Полоса воспроизводимых частот простых широкополосных головок реально ограничена сверху значениями 8. 12 кГц, головок с дополнительным диффузором — 12. 16 кГц. Нижняя граница воспроизводимых частот в зависимости от размеров головки изменяется от 100. 120 Гц у малогабаритных до 40. 60 у наиболее низкочастотных.

Для уменьшения различных искажений в автомобильные широкополосные головки вводят дополнительные излучатели СЧ-ВЧ (до четырех). И производители, и продавцы совершенно неправильно называют такие головки многополосными. В действительности полоса частот основного излучателя ничем не ограничена, а дополнительные излучатели подключены через простейшие фильтры первого порядка (нередко это — оксидные конденсаторы). Чтобы избежать перегрузки дополнительных излучателей мощным сигналом, частота среза такого "фильтра" относительно высока (6. 10 кГц). Основная масса головок этого типа представлена моделями с круглым диффузором (диаметр 10. 16 см) или эллиптическим (примерно 15×23 см). Полоса частот, воспроизводимых громкоговорителями этой группы, расширена до 18. 25 кГц. Нижняя граница полосы воспроизводимых частот такая же, как у аналогичных головок с одним диффузором.

В качестве дополнительных излучателей СЧ используют малогабаритные динамические головки и диффузорные пьезоизлучатели. Излучатели ВЧ обычно выполнены на базе малогабаритных купольных динамических головок или пье-зокерамических пластин (в недорогих моделях). Поскольку дополнительный излучатель установлен внутри диффузора основной головки вблизи ее оси или соосно с ней, головки этого типа получили название "коаксиальных". Конструктивно эти излучатели смонтированы на "мостике", установленном на диффузородержателе, либо на стойке, прикрепленной к керну магнитной системы. Все автомобильные широкополосные головки для нормальной работы требуют довольно большого объема за диффузором. При нарушении этого условия резко увеличивается неравномерность АЧХ в области низких частот.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Инструкции и руководства для всех © 2015 Frontier Theme