Электростатическая акустика

В сегодняшнюю цифровую эпоху искажение аудиосистемы от источника звука до усилителя мощности легко составляет менее 1%, но наиболее важные громкоговорители в системе не были существенно улучшены. Из-за недостатков магнитной стали и конструкции с подвижной катушкой, традиционные динамики и колонки имеют искажения от 5% до 10%, что является нормальным явлением, и для огромного количества меломанов и аудиофилов все еще неудовлетворительны.

Левчук Александр Николаевич
Левчук Александр Николаевич ©

Электростатическая акустика

Благодаря отличным характеристикам и простой конструкции электростатическая акустика признана самой низкой по искажениям в мире. Однако, мало кто заботится об их рекламе, что делает уровень узнаваемости электростатических колонок очень низким. После многих лет исследований и разработок, а также постоянной оптимизации конструкции и материалов на рынке появились тысячи электростатических колонок высокого уровня звука. С увеличением мощности их стоимость еще больше снизилась.

Электростатическая акустика как работает

Принцип работы электростатического динамика очень прост: основной динамик состоит из двух проводящих пластин с ультратонкой пленкой между ними. Выходной переменный сигнал усилителя мощности снова усиливается повышающим трансформатором в 100-200 раз, а затем вводится на две полюсные пластины динамика.

Они используются для средних и высоких частот, но амплитуда мала, а расстояние от полюсной пластины составляет 1-2 мм. Амплитуда полной частоты больше, а интервал обычно составляет 3-5 мм. Пластина и изолирующая пластина изготовлены из меди высокого качества пролакированных стекловолокон панелей, они должны обладать достаточной устойчивостью к прогибу. Суть электростатической акустики: тип пленки, проводящий материал на пленке и момент натяжения — все это секреты производителя, что также является ключом к обеспечению качества звука и срока службы продукта.

Электростатическая акустика как работает
Электростатическая акустика как работает

Ультратонкая диафрагма почти не имеет веса и инерции, поэтому электростатическая акустика имеет очень высокие переходные процессы и очень низкие искажения, что гарантирует качество звука. С развитием науки и техники прочность на разрыв пленки, достигла удивительного показателя в сотни килограммов на квадратный метр натяжения.После того, как натянутая диафрагма обработана для снятия напряжений, ее можно поддерживать в течение 5-6 лет и более без провисов и прочего. Наш тестовый продукт первого и второго поколения используется более 6 лет, и его срок службы значительно увеличен по сравнению с ранними зарубежными продуктами.

Наконец, поговорим о звуке электростатической акустики, который можно описать тремя словами:

  • правдивый,
  • естественный,
  • точный.
  • В дополнение к звуку высококачественных электростатической акустики, к традиционным АС больше не тянет.

Типичная структура электростатической акустики

Поскольку два фиксированных электрода образуют (двойную) емкостную структуру с диафрагмой, соответственно, электростатический громкоговоритель (английское название: Electrostatic Loudspeaker, называемый ESL) также известен как емкостный громкоговоритель (английское название: Condenser Loudspeaker) .

Электростатическая-акустика работа
Электростатическая-акустика работа

По сравнению с широко используемыми в настоящее время электродинамическими динамиками электростатическая акустика имеет гораздо более простую конструкцию. В нем нет магнитов. Вместо этого он использует синергию источника аудиосигнала и поляризованного источника питания постоянного тока для улучшения поверхности диафрагмы (подвижный электрод ), чтобы накапливаться до определенной степени. Плотность электрического заряда хороша, так что диафрагма подвергается действию электрического поля с чередующимися направлениями, а динамик, который вибрирует вместе с источником аудиосигнала, производит звук.

Электростатическая акустика изобретение

В марте 1927 года Ли первым получил патент США на электростатический динамик. В 1928 году Тулон открыл электростатический динамик с круглой алюминиевой диафрагмой и двойными круглыми фиксированными электродами; в 1929 году Данман написал об этом динамике и его развитии. В статье началось академическое обсуждение электростатических колонок; в том же году «Радио и радиообзор» проанализировал структуру электростатических громкоговорителей; в 1930 году Ханна предложила теоретическую модель электростатических колонок, думая: из-за эффекта стабилизации электростатическое поле, диафрагма электростатических громкоговорителей подверглась электростатическому напряжению, приложенному в каждом блоке, емкость конденсатора и функция отрицательного подобия; 1931 г. предложил Vogt со структурой из алюминиево-марганцевого сплава диафрагмы электростатической акустики.

Электростатическая-акустика-Статик-ЗМ-обзор
Электростатическая-акустика-Статик-ЗМ-обзор

Результаты измерений: КПД электромагнитных громкоговорителей составляет 7 ~ 8%, КПД электродинамических громкоговорителей составляет 1%, а КПД электростатических громкоговорителей составляет 2%; Gesell проанализировал стоимость производства таких громкоговорителей.
Из-за стоимости и многих факторов промышленность выбрала электромагнитные громкоговорители. В 30-х и 50-х годах электромагнитная акустика получили широкое распространение. Общий объем производства более 50 миллионов. После 1950-х годов, с появлением компакт-дисков и магнитофонных источников звука, развитие акустических систем снова стало кульминационным моментом, и моторизованные акустические системы развивались очень быстро. Общий объем производства на данный момент превысил 5 миллиардов. В начале 1960-х годов, когда появился цифровой аудиоисточник, электроакустическая промышленность обнаружила, что не существует динамика, который мог бы действительно воспроизводить акустический сигнал цифрового аудиоисточника в идеале. Так начался третий пик развития громкоговорителей. В то же время научно-технические круги выдвинули различные схемы, такие как ленточный тип, ионный тип, электростатический тип и так далее.

Quad ESL-63 

В 1963 году British Acoustic Manufacturing Company (ныне Quad Acoustic and Electric Company) разработала полнодиапазонный электростатическую акустику Quad ESL-63.

И вот акустика Quad ESL-63 обеспечивает более лучшее качество звука, так как у людей есть другие АС которые можно сравнить со статами. Однако цена Quad ESL-63 до 6000 долларов США (текущая цена все еще близка к 4000 долларов США) действительно делает для многих аудиофилов недосягаемыми.

Quad ESL-63
Quad ESL-63

В том же году Рольфренвальд предложил использовать покрытые эпоксидной смолой медные фиксированные электроды вместо фиксированных электродов с металлической пластиной. В 1964 году Порт предложил использовать пластиковую пленку с графитовым покрытием вместо металла для изготовления диафрагм. Оба варианта являются решениями для снижения стоимости производства электростатических динамиков.

К концу 1970-х годов начали быстро распространяться цифровые аудиоисточники. Электроакустические технологии и промышленность осознали необходимость разработки новых типов громкоговорителей, совместимых с ними, и популяризация электростатической акустики вступила в критическую стадию.

В начале 1980 — х годов голландская компания Philips разработала первый аудио трансформатор для электростатических акустических систем, а компания США MARTIN LOGAN разработали низкую диафрагму на проводимость ( удельное поверхностное сопротивление составляет 104 ~ 105Ω · см), до конца 1980 — х годов в Японии SONY обещают компании 21 Century International вывод на рынок высококачественного звука, они вложили много денег в разработку электростатических динамиков и добились значительного прогресса во многих аспектах, таких как диафрагма, источник питания привода, структура и т. д., электростатические колонки наконец вышли из лаборатории и вошли в стадия индустриального масштабного производства.

Электростатическая акустика в Китае и мире

В начале 1990-х годов китайское научное и технологическое сообщество электроакустики начало разрабатывать электростатические динамики. В 1994 году компания Wuhan Shuntai Vibration Technology Co., Ltd. (ныне Wuhan Shuntai Electronics Co., Ltd., именуемая SHT) выпустила первый в Китае электростатическую акустику.

В 1995 году она выпустила первый в мире горизонтальный всенаправленный 360-градусный динамик. электростатический динамик; в 1997 году был выпущен самый маленький в мире электростатический динамик (21 × 100 × 3 мм).

РЕЗОНАНС ШУМАНА мобильный вариант
РЕЗОНАНС ШУМАНА мобильный вариант

В 1998 году крупное коммерческое предприятие Китая (Wushang Group) инвестировало в индустрию электростатических громкоговорителей и сделало крупномасштабные капиталовложения в компанию SHT.

Позднее, компания SHT быстро создала международную первоклассную научно-исследовательскую систему электростатических громкоговорителей и стала лидером в ее разработке.

Разработка кольцевой диафрагмы (низкое сопротивление на периферии и высокое сопротивление в середине) точечные электроды и электростатические динамики с фиксированными электродами, нанесенными на изолирующую плату токопроводящей краской . К началу 1999 года продукция электростатических громкоговорителей SHT насчитывала более 40 видов, и она стала одним из главных производителей электростатических громкоговорителей с наибольшим разнообразием и спецификациями в мире. Их продукция вышла на рынки Америки и Европы.
Если посмотреть на информацию в Интернете, результаты научных исследований электростатической акустики за последние 10 лет превзошли все предыдущие 60 лет. Среди них более заметны японская компания SONY и китайская компания SHT. Наиболее важные из них:
«Схема согласования импеданса оптического ответвителя» компании Philips в Нидерландах решает проблему согласования между электростатическими динамиками и выходными усилителями с низким сопротивлением.

Немецкая компания EWD использует «пьезоэлектрическую полимерную ленточную диафрагму». При использовании диафрагма наматывается по спирали на поверхность цилиндра, образуя акустический волновод или линию передачи звука.

Японская компания SONY

«Ламинированный композитный электростатический динамик высокого звукового давления» использует техническое решение «фиксированный электрод-диафрагма-фиксированный электрод-диафрагма…» для устранения недостатка электростатических динамиков большей площади. «Анилин, тиофен и другие полимерные материалы, синтез мономера, поверхностная высокоомная диафрагма» в основном решает проблему влагостойкости.
«Круглая диафрагма» китайской компании SHT — это новый тип диафрагмы с низким сопротивлением вокруг нее и высоким сопротивлением посередине; «фиксированный электрод в пластиковом корпусе» с выдерживаемым напряжением более 10 кВ; «тип точки соединения с сеткой» «что значительно улучшает уровень звукового давления. Фиксированный электрод»; толщина 2 ~ 12 мкм, «композитная диафрагма», состоящая из «полиэфирного сплава-анилина»; и высокоэффективный неметаллизированный «полностью пластиковый электростатический динамик» и т. д.

Как высокотехнологичный продукт,

Электростатическая акустика имеют огромный потенциальный рынок сбыта

Поэтому для производителей вполне естественно блокировать свои ключевые технологии. Кроме того, из-за того, что электростатические колонки дорогие и с ними меньше контактируют профессионалы, возникли следующие недоразумения:
1. Чтобы получить диафрагму с практически неизменным распределением заряда, некоторые люди предложили схему использования полупроводниковых материалов для конструкции диафрагмы. Поскольку полупроводниковые материалы имеют характеристики значительных изменений (таких как температура, свет) под воздействием внешних условий, решение использовать их для изготовления диафрагмы, очевидно, невозможно. Лучшее решение для конструкции диафрагмы: синтетическая, объемное удельное сопротивление : 106 ~ 108 Ом · см, диафрагма из высокопрочного, ультратонкого, гибкого материала.
2. Чтобы исключить поляризованный источник питания, диафрагма сделана из электретного материала. Считается, что электрет представляет собой постоянно поляризованную или заряженную диафрагму, поэтому отдельное напряжение поляризации не требуется. Но эксперименты показывают, что для изготовления диафрагмы нецелесообразно использовать электретные материалы.

Еще одно соображение — использовать поляризованный источник питания в аудиосигнале. Это основано на том факте, что, хотя поляризованная диафрагма требует более высокого напряжения, требуемый ток очень мал (≤10 мкА), а потребляемая мощность минимальна. Недостатки этой схемы в том, что, во-первых, неизбежно увеличиваются искажения, а во-вторых, конструкция имеет тенденцию к усложнению.
3. Ошибочно считать, что электростатическая акустика легко притягивает пыль. Это вызвано тем явлением, что вокруг нас больше электростатических сред, в которых легко собирается пыль. Фактически, условие сбора электростатической пыли состоит в том, что статическое электричество должно сначала ионизировать частицы пыли, прежде чем они смогут адсорбировать частицы пыли. Электростатический динамик работает в условиях переменного электрического поля, и напряженность электрического поля превышает определенное критическое значение, прежде чем он может ионизировать пыль и собирать пыль.

Электростатическая акустика купить
Электростатическая акустика купить

В нормальных условиях работы напряженность электрического поля меньше указанного выше критического значения. Таким образом, совершенно необязательно учитывать в конструкции слишком много средств защиты от пыли.
4. Считается, что электростатические колонки не подходят для более высокого звукового давления. У ранних электростатических динамиков действительно были такие проблемы. Причина в том, что диафрагма ранних электростатических громкоговорителей в основном была сделана из чистых металлических материалов, а ее предел прочности был низким, и ее легко было сломать и повредить под высоким звуковым давлением. Кроме того, неподвижный электрод ранних электростатических громкоговорителей имел плохую изоляцию из-за большой амплитуды подвижного электрода изолирующая среда между двумя электродами разрушается из-за высокого напряжения, вызванного коронным разрядом.

С развитием материальной промышленности использование полимеров и высокопрочных материалов диафрагмы для электростатических громкоговорителей стало довольно распространенным явлением; кроме того, нет проблем с получением изолирующих материалов электродных пластин с выдерживаемым напряжением 6 кВ или более. Фактические измерения показывают, что электростатический динамик с эффективной площадью вибрации 10000 мм2 может очень стабильно выдавать звуковое давление 110 дБ в течение длительного времени.

как работает электростатическая акустика
как работает электростатическая акустика

В нынешних условиях по- прежнему доминирует электростатическая акустика, при этом считается, что показатели электродинамических динамиков неплохие. Поэтому для анализа электростатических громкоговорителей более целесообразно использовать электродинамические громкоговорители в качестве эталона.
Вибрационная система электростатической акустики представляет собой звуковую катушку плюс диафрагма. Электрический сигнал сначала подается на звуковую катушку, чтобы сформировать осевое движение, которое толкает диафрагму, поэтому она не будет работать без звуковой катушки. Но задача возбуждения воздуха и преобразования электрических сигналов в акустические выполняет диафрагма. Чтобы улучшить гибкость, динамики надеются, что диафрагма будет как можно более легкой. Однако, поскольку диафрагма динамического динамика должна быть загружена звуковой катушкой, ее качество сильно ограничивается звуковой катушкой. В то же время осевое движение звуковой катушки в магнитном зазоре также будет возбуждать воздух и производить жужжащий звук.

колонки-Статик-ЗМ
колонки-Статик-ЗМ

Чем больше звуковая катушка и чем длиннее ход, тем больше искажение и гудения. Кроме того, диафрагма динамического динамика должна быть конической или куполообразной. При этом для увеличения гибкости на диафрагме должно быть откидное кольцо. Недостаток конусного типа и сложенного кольца заключается в том, что они вызывают колебания сегментации, несогласованность стоячей волны и постоянной времени, а также вызывают большие искажения.
Система вибрации электростатического динамика представляет собой одиночную диафрагму. Качество в сотни раз меньше, чем у вибрационной системы электродинамического динамика , а переходные характеристики, естественно, намного лучше, чем у электродинамического динамика. Кроме того, диафрагма электростатического динамика плоская и всенаправленная, поэтому в основном нет искажений, вызванных структурой.
Искажение электродинамических динамиков обычно достигает 3%, а добиться менее 1% крайне сложно. Теоретическое искажение электростатических динамиков составляет всего около 0,02%, и легко достичь менее 0,5%.
Согласно результатам теоретических исследований психоакустики, в условиях живого концерта более 50% слухового опыта происходит от отражений окружающей среды, таких как стены, полы и крыши. Поэтому при воспроизведении звука желательно, чтобы динамики имели дипольные характеристики. В этом отношении электростатическая акустика также уникальна во всем семействе АС.

Производителей электростатической акустики очень мало, в основном три:

  • Martin Logan в США,
  • Sound Lab,
  • Quad в Великобритании.

Плюсы электростатических колонок

Они обладают характеристиками высокой скорости и чистого звука, который может двигаться синхронно с силой и слабостью музыкального сигнала. АС имеет характеристики хорошего переходного и свободного движения.

Электростатическая акустика — плюсы

  1. Хорошее расположение, хорошие дальние и ближние звуковые поля, без ослабления звука и направленности традиционных динамиков и АС.
  2. Сам электростатический рупор представляет собой двухполосный привод, ближе к звучащему объекту, в отличие от традиционных рупоров, многополосов, звуковод имеет сильную направленность и его нелегко преодолеть.
  3.  Толщина диафрагмы составляет 1/100 от толщины традиционного динамика, и он полностью приводится в действие, без разделения вибрации, разности фаз и громкости, как у традиционного динамика.
  4. Намагничивания нет.
  5. Без корпуса, нет проблем, связанных со звуком корпуса акустики.
  6. Поскольку диафрагма электростатической акустики равномерно реагирует на все частоты, она может изменяться синхронно с музыкальным сигналом, звук ВЧ и СЧ отличный, а общий звук естественный, воздушный, чистый и прозрачный!

Еще одно существенное преимущество электростатической акустики заключается в том, что их можно сделать тонкими и легкими (блок с длительной максимальной мощностью 100 Вт может достигать толщины всего 3 мм), и их легко повесить или установить. С точки зрения конструкции электростатическая акустика намного проще, чем большинство АС, и самое простое решение может быть сконструировано всего из 2–3 компонентов. Поэтому можно считать, что стоимость электростатических колонок ниже, чем у большинства колонок.

Электростатическая акустика
Электростатическая акустика

Самым большим преимуществом электростатических динамиков является то, что диафрагма очень легкая, поэтому она обладает отличной гибкостью и разрешающей способностью, которые могут полностью передать очарование музыки.

Основным недостатком электростатических динамиков является то, что они требуют поляризационного напряжения (которым можно пренебречь в активной системе), за которым следует большая площадь. Это основная причина, по которой электростатической акустике трудно войти в портативные системы. Это также основная причина того, что электростатические колонки служат только в качестве средних и высоких частот при фактическом использовании и используются вместе с электродинамическими громкоговорителями.

Если будут использоваться эксимерные и лазерные технологии микрообработки, то ожидается, что можно будет изготовить миниатюрную электростатическую акустику.

Поскольку рынок высококачественного воспроизведения предъявляет более высокие требования к звуковым характеристикам динамиков и акустике, реальная среда представляет собой социальную мощь и техническую поддержку для популяризации электростатической акустике, что открыло новые возможности для коммерциализации электростатических динамиков. Можно предсказать, что в области высокой точности 21 век станет эпохой широкого использования электростатических колонок.

электростаты-шикарный-звук
электростаты-шикарный-звук

Добавить комментарий

Войти с помощью: