Сегментированный статор
Так же существуют конструкции электростатического громкоговорителя, у которых применяется сегментированный статор[2,10].
Рис. 9. Электростатическая акустика с сегментированном статором. Патент US4122302.
В этом случае для различных звуков, подаваемых через фильтр, предназначен свой сегмент. Широкая диаграмма направленности обеспечивается подачей полного диапазона звукового сигнала в среднюю часть конструкции, имеющей небольшие геометрические габариты.
Для средних частот предназначены сегменты, размещенные по краям конструкции. Высокочастотный звук в такой конструкции излучается совсем небольшим по площади сегментом. Отдача при этом существенно страдает, так как именно от площади пленочной поверхности зависит звуковое давление электростатического излучателя. В результате такого конструктивного недостатка на графике амплитудно-частотной характеристики наблюдается снижение графика.
Пластины с криволинейной поверхностью
Иным конструктивным решением плоской электростатической панели является комплекс пластин с криволинейной поверхностью, через которую и осуществляется излучение звуковых волн. Такой набор пластин образует группу волноводов, которые раскрываются на выходе в виде линзы под заданным углом. Такой подход обеспечивает в диапазоне высоких частот желанную диаграмму направленности[7].
Рис. 7. Электростатическая акустика с криволинейной поверхностью. Патент US3668335.
Однако из-за усложненной конструкции производство линзы достаточно трудоемкое. Для качественного исполнения необходимо наличие сложного технологического оборудования, а также сложных предварительных математических расчетов.
↑ Предыстория
Началась эта история совсем не с наушников. Около 3-х лет тому назад я жил в многоэтажке в Днепропетровске и слушал свой ноутбук + колонки S70 с системой ЭМОС. Единственное, что мне нравилось в них (и совсем не устраивало соседей) это бас. Середина и верха сливались в неразборчивую кашу, и меня это расстраивало неимоверно. А хотелось чего-то без гипербаса, но с красивой серединой и прозрачными ВЧ.
Во всех грехах был обвинён встроенный транзисторный усилитель и, начитавшись статей про прелести лампового звука, я позвонил отцу и спросил его мнение. Он мне сказал что-то вроде «Ничего трудного! Попробуй 6П6С+6Н9С. Сделай, а там сам решишь». И прислал мне немного ламп и пару выходных трансформаторов со старых телевизоров.
За денёк, пусть на деревяшке, я собрал этот усилитель. Но чуда не случилось. Чувствительность S-70 в пассивном режиме оказалась настолько низкой, что звука почти не было. Вспомнил про давно лежащие в кладовке динамики 10ГДШ. Подключил их и… чуда снова не произошло. Стало громче, и даже чище, но было далеко до идеала, которого я так ждал.
В тяжёлых раздумьях я побрёл на радиорынок. И вот там мне один дядька, который испокон веков торговал лампами, дал контакты своего знакомого, который пригласил меня в гости послушать результаты своих трудов.
У него был собран изумительный однотактник на лампах 300В с огромными выходными трансами и колонки с широкополосниками. Усилитель, как он мне сказал, выдавал по 6 Ватт на канал. Когда он ЭТО включил на треть громкости, я просто прозрел! Такого сильного впечатления на меня ничего не производило. Это было классно. Сцена была не просто панорамной, а ТРЁХМЕРНОЙ! И я спросил у него, в чём тут секрет?! На что он мне ответил: «Усилитель это конечно хорошо… Но чувствительность у этих динамиков 95 дБ/Вт и цена около 500$». И в итоге объяснил, что самую ощутимую роль в звуке играет не усилитель, а акустика. Ушёл я от него ещё более задумчивым. Пятисот долларов на динамики у меня не было, да ещё и выходные трансы…
С тех пор я начал искать альтернативы и спустя некоторое время наткнулся на электростатические звукоизлучатели. Это было то, что нужно. Вот только сразу делать полноразмерную систему я не мог, потому что не знал многих моментов, а лепить на авось большие статы не хотел.
Перфорированный лист тоже удовольствие не из дешёвых. Поэтому решил потренироваться на уменьшенном макете и собрал свои первые электростатические наушники. Я не знал тогда никаких размеров, пропорций, из чего это делать и вообще я не знал почти ничего, кроме того, что это должна быть натянутая проводящая плёнка между обкладками плоского конденсатора.
Первые наушники я сделал, используя 4 диска от HDD с насверлёнными в них отверстиями и металлизированный майлар для упаковки подарков на двухстороннем скотче. Про усилитель я вообще промолчу. Короче, из-за неимения информации я сделал всё от фонаря. Наушники играли очень тихо. Слушать их можно было только ночью, но звук поражал.
С первой, прослушанной на них, музыкальной композицией я понял, что этим нужно дальше заниматься. И занимаюсь уже пару лет. Чуть больше года назад я переехал в Москву в чужую квартиру и поэтому теперь о полноразмерной акустике можно и не думать. Развиваю тему наушников. Сейчас делаю уже пятый вариант. Звучание громкое, чёткое и ровное (ну кроме самых низов).
Но до недавних пор я ни разу не слышал других электростатов и вот совсем недавно я поехал в магазин, чтоб послушать знаменитые STAX. И с удивлением обнаружил, что мои наушники звучат практически идентично. Только у Стаксов мембрана в 2 раза больше и в 2 раза тоньше, поэтому бас глубже. В последнем варианте своих наушников хочу повторить фирменную мембрану.
Выводы
Широкая диаграмма направленности в высокочастотном диапазоне и расширенным воспроизводимым диапазоном в области низких частот достигается следующей конструкцией электростатического громкоговорителя:
- вертикальные размеры изделия существенно больше ширины;
- конструкция содержит два основания;
- два жесткие гладких отражателя с криволинейной поверхностью, обеспечивающие отражение в разные стороны;
- электростатический излучатель (см. фиг. 2, поз. 1) преобразовывает электрический сигнал в акустический.
Такая конструкция электростатической акустики относительно проста в изготовлении, не требует высокотехнологичного оборудования и использует недорогие расходные материалы.
↑ Про усилитель для электростатов
Я довольно долго слушал эти наушники с таким усилителем:
Вот его схема:
Это стаксовский усилитель. Только в предварительный каскад я поставил нашу лампу 6Н8С, а в оконечный 6Н6П. Подбирал режимы оконечного каскада, но номиналы не помню, а усилитель уже разобрал. Звук у него был слишком мягкий для меня. Я слушаю электронику, транс, Гоа и эмбиент и не хватало мне размаха. Уход в клип хоть и мягкий, но всё же ощутимый. Хотя на половине громкости усилитель звучал очень приятно. Сейчас я окончательно перешёл на транзисторы и по предварительным итогам скажу, что не зря (ОУ и ООС рулят) и к лампам в ближайшее время не вернусь.
Спасибо за внимание!
Это моя первая статья. Хорошо, что мне удалось-таки её дописать. Рад поделиться опытом, и надеюсь, что информация будет полезной для многих любителей качественного звука.
Пример расчета:
F=Vзв/L
где, Vзв скорость звука, равная 343 м/с
Берем L = 700 мм, р езультат расчета будет соответствовать 485 Гц. Следовательно, если звуковая волна ниже расчетного показателя, то ее не будет слышно, так как звуковые волны, исходящие с одной стороны излучателя, замкнуться с волнами со второй стороны.
Если, например, применяется одиночная панель с шириной 185 мм, то длина пути будет 180 мм, а нижняя воспроизводимая частота составит 1890 Гц.
Треугольный излучатель
Приближенную к правильной сферической поверхности электростатического излучателя можно достигнуть и с помощью совокупности излучателей в форме треугольника[9].
Рис. 8. Треугольная электростатическая акустика. Патент US4289936.
Так тоже можно достичь приемлемых показателей диаграммы направленности в области высоких частот.
Существенным недостатком такой вариации излучателя является необходимость значительного количества излучателей в форме треугольника. Так как размеры влияют треугольников на равномерность диаграммы в широком диапазоне, то их большое количество невероятно усложняют всю конструкцию и делает производство достаточно дорогостоящим.
В частности, для обеспечения равномерного уровня диаграммы направленности до 16 кГц необходимы треугольные излучатели с габаритами сторон до 20 мм. А это технически невозможно.
Сноски
- Пат. US3345469, U.S. С1. 179-111. Electrostatic loudspeakers, Robert L. Rod., October 3, 1967;
- Пат. US3892927, МПКH04R 19/02, U.S. C1. 179/111R, 179/180. Full Range Electrostatic loudspeaker for Audio Frequencies, Theodore Lindenberg, July 1, 1975;
- Пат. US6175636, МПКH04R 25/00, U.S. C1. 381/398; 381/163, 381/386, 381/191. Electrostatic Speaker with Moveable Diaphragm Edges, Elwood G. Norris, James J. Croft. Jan. 16, 2001;
- Пат.US6188772, МПКH04R 25/00, U.S. С1. 381/191; 381/116, 381/342, 381/176; 179/111 R; 179/180. Electrostatic Speaker with Foam Stator, Elwood G. Norris, James J. Croft., Feb. 13, 2001;
- Пат.US6304662, МПКH04R 25/00, U.S. C1. 381/191; 381/174. Sonic Emitter with Foam Stator, Elwood G. Norris, James J. Croft., Oct. 16, 2001;
- Пат.US8184832, МПКH04R 25/00, U.S. С1. 381/191; 381/162. Electrostatic Loudspeaker Capable of Dispersing Sound Both Horizontally and Vertically / Murray R. Harman. — May 22, 2012;
- Пат. US3668335, МПК H04R 19/02, U.S. C1. 179/111 R. Electrostatic Loudspeaker, Harold N. Beveridge, June 6, 1972., Пат. US4270023, МПК H04R 5/02, U.S. C1. 179/1 GA; 179/1 E. Cylindrical Speaker Mechanism, Harold N. Beveridge, May 26, 1981;
- Пат.US4289936, МПКH04R 19/00, U.S. С1. 179/111 R. Electrostatic Transducers / John P. Civitello. — Sept. 15, 1981;
- Пат. US4122302, МПКH04R 1/20, U.S. C1. 179/1 E, 181/145, 181/155. Two Way Dynamic and Electrostatic Speaker Enclosure with Side Vent for Greater High Frequency Dispersion, Lloyd J. Bobb, Oct. 24, 1978 ;
- Пат.US3778562, МПКH04R 19/02, U.S. С1. 179/111 R, 181/31 В. Electrostatic Loudspeaker Having Acoustic Wavefront Modifying Device / William Michael D. Wright. — Dec. 11, 1973;
- Пат. US2009/0016552 А1, МПКH04R 19/02, U.S. С1. 381/191. Electrostatic loudspeakers, Andrew Peter Medley, Duncan Robert Billson, Jan. 15, 2009;
Источник: патент RU 2 547 897 C2
