Электростатическая колонка своими руками

Электростатическая колонка своими руками

Телефоны берет звукоинженер, а не менеджер. Звоните

  1. Галереи
  2. Авторский электростатический излучатель

Авторский электростатический излучатель, обкладки и мембрана авторских электростатических излучателей

История вопроса

Те лабиринтные колонки, которые я делаю в настоящее время – появились в 2012 году, а начинал я с электростатов. Забавно тогда получилось. Я сидел на работе и почитывая публикации в яндекс-маркете, наткнулся на объявление о продаже электростатических наушников Stax. Я тогда уже знал, что электростатические наушники Stax – одни из лучших в мире по качеству звучания. Решил почитать, что пишут о их старшей модели.

До сих пор помню те несколько сток про этот шедевр: «Бесспорно эта модель лучшая на всем российском рынке, а недостаток у нее только один – цена. Так как аналогов у этой модели наушников реально нет, то фирма Stax может себе позволить ставить на нее такую цену, какую считает нужной».

Эта статья меня очень зацепила и возбудила во мне желание зарабатывать и «статический» энтузиазм. В электростатическом принципе преобразования нет ничего сверхестественного. Там легчайшая мембрана двигается между двумя металлическими перфорированными электродами. После этого я построил несколько моделей электростатических излучателей, но об этом я расскажу в отдельной статье. Сейчас я полностью ушел в обычные динамики и лабиринтные корпуса, но к электростатам рассчитываю вернуться через какое-то время. Уж больно они мне понравились по звучанию и потенциал у них очень высокий.

Именно электростатические наушники «Stax» привели меня в аудио индустрию, хотя я их ни разу не слышал и не видел живьём.

Но те, кто их слышал, написали отзывы, которые и сподвигли меня на эксперименты в акустике и чуть позже к серийному выпуску лабиринтных АС. Именно электростаты произвели на меня за 15 лет до этого ВАУ эффект, который я не могу забыть.

Краткое описание

Именно электростаты, позволяют любому энтузиасту «на коленке» изготовить громкоговоритель Хай-Энд класса, из простейших материалов, таких как металлический лист и плёнка, а не дорогущие кастомные динамики из Дании. Причем можно было это делать уже в лохматые годы, думаю, что хоть в 1920-е. Блин, дух захватывает!

Короче, электростаты это круто и доступно почти каждому. При этом, их ни у кого нет. Давайте попробуем понять, почему?

Принцип работы ЭС опирается на один единственный физический закон: электростатику. F=Q1*Q2/D^2. Мы создаём Q1 и меняем Q2 со звуковой частотой, просто подводя напряжение на обкладки, между которыми двигается заряженная мембрана. Пока всё просто.

Дальше, начинаем считать. Выходит, что для того, чтобы было более не менее какое-то давление, нужно заряжать плёнку до 5000 Вольт, и иметь киловольты на обкладках. Мурашки, они придут к вам от одного факта включенных электростатов, даже не нужно ставить музыку.

На самом деле все не так страшно. Киловольты на мембране, не страшнее чем электростатический разряд. Когда вас ощутимо бьёт статикой там может быть все 15 киловольт. Но ток то мизерный, поэтому вы до сих пор живы. Убить вас они не могут, если все сделано по уму, конечно. Привожу схему, которая показывает безопасность электростатов для человека:

Преимущества электростатов

Оно одно, зато какое: мембрана весит легче присоединенной массы воздуха! По сути мы толкаем воздух почти воздухом. Отсюда отсутствие искажений, и ровная АЧХ до огромных частот. По сути это абсолютно линейный широкополосный динамик без резонанса с полосой частот до 100 килогерц и выше. Воздух толкается не диффузором от катушки, а равномерно по всей поверхности. В электростатах нет подвеса обычного динамика с его нелинейностями и нет мод излучателя, потому что мембрана не имеет жесткости.

Недостатки есть, и такие же серьезные.

Во-первых, у электростатических излучателей очень низкая чувствительность. Громко из них играть не умеет ни один, кроме нескольких экспериментальных конструкций от двух самодельщиков в мире.

Во-вторых, так как у подвижной части (мембраны) практически нет массы и большая площадь поверхности, то электростатический излучатель нельзя поставить в закрытый ящик или фазоинвертор. Если это сделать, то резонансная частота его сильно повысится т.к. воздух внутри ящика будет работать упругой пружиной. Или, если без ящика не обойтись, то он будет ну очень большим.

Поэтому, для крупногабаритных электростатов, как правило, применяют открытое акустическое оформление – так называемый «опен-баффл». Опен-баффл это фактически тонкая рамка, в которую вставлен электростатический преобразователь, излучающий одинаково и вперед, и назад.

Проблемы электростатов

Ниже определенной частоты, зависящей от физических габаритов самого излучателя, оформление опен-баффл имеет довольно большие потери. Это происходит из-за акустического короткого замыкания открытой системы на низких частотах. Если приложить к этому невысокую чувствительность электростата и довольно острую диаграмму направленности, то получается, что наиболее разумно применять его начиная от частоты 150-300 Гц, но никак не ниже. Тогда и габариты его будут не очень велики и диаграмма направленности – достаточно широкой.

Хорошая идея – встроить электростатические излучатели в стену между комнатами, тогда мы получили бы акустическое оформление «бесконечный экран». По звуку это, наверное, было бы лучшим вариантом, но к большому сожалению встраивание мембран, излучающих одновременно в две комнаты не пригодно для применения в реальном жилище. Подобные опыты, кстати, ставились отдельными энтузиастами и всегда приводили к ВАУ результату.

У открытого акустического оформления опен-баффл есть основной недостаток, мизерные по уровню звукового давления низкие частоты. В реальных конструкциях электростатов категорически необходим «подпор» снизу.

Читайте также:  Заблокированные номера телефонов список

Полагаю, что делать его никто не умеет, кроме меня. Я считаю, что низкочастотная секция должна быть сделана по такой же схеме, как и секция с электростатическим излучателем. Т.е. она должна быть открытой, дипольной и излучать одинаково вперед и назад. Это нужно для согласования характера излучения НЧ и СЧ/ВЧ секций по азимуту между полосами, чтобы ранние отражения не имели различной тембральной окраски у динамического низкочастотного и электростатического СЧ/ВЧ звеньев АС.

Расскажу про свой «электростатический» опыт. Как я уже говорил, в аудио индустрию меня заманили электростатические наушники Stax-9 за 10.000 долларов. Виртуально впечатлившись сим девайсом я начал изучать вопрос электростатики что называется «вдоль и поперек». Мой вывод такой:

Состав электростатической системы

1) Мембрана. В большинстве случаев она не металлическая, а пластиковая. Не проводящая, и даже не металлизированная, а полупроводящая. Проводящей ее сделать можно, играть она будет, но с искажениями в 10 раз больше. Не 0.01%, а 0.1%.

2) Обкладки. Делаются из перфорированного металла.

3) Источник поляризации. Или заряда мембраны, должен иметь потенциал до 5000 В и выше. Делается он по схеме умножителя напряжения. Для безопасности источник высокого напряжения подключен к мембране через резистор номиналом на менее 1 МОм. Через резистор такого номинала даже напряжение в 5000 вольт создает ток не более 5 мА. Такой ток безопасен и может только дёрнуть, но не убить.

4) Звуковой трансформатор. Рабочее напряжение звуковой частоты на обкладках должно примерно равняться поляризующему напряжению, т.е. быть в пределах 1500-5000 В. Идеальный звуковой трансформатор – высоковольтный, намотанный с секционированием на специальном звуковом железе. Такие трансформаторы – экзотика и для экспериментов я применял обычные сетевые трансформаторы, включенные «наоборот».

Трансформатор, по-хорошему, делается специальным, чтобы у электростата было как можно меньше искажений. Но это не ракетостроение, просто требует усидчивости и соблюдение правил высоковольтного монтажа. Кому такой транс мотать лениво, можете купить за 200 долларов на 1 канал, сами понимаете где.

В качестве трансформатора начального уровня – пойдет обычный сетевой, чем больше габаритами, тем лучше, с коэффициентом трансформации около 30. Можно попробовать применить обычный силовой (накальный) трансформатор на 6 вольт из 220. Как супер бюджетный вариант, можно использовать 6 В секцию от ТВС-180.

В самом начале я экспериментировал с накальным мини трансформатором на 6 Вольт, мощностью 1Вт. Все работало, но совсем не громко. На электростатический излучатель пищалку такого хватит.

5) Усилитель. Обычный, желательно чтобы он мог работать на емкостную нагрузку порядка нескольких микрофарад, так как электростатический излучатель по определению – это емкость. Собственная ёмкость мембраны около 1 нФ, за трансформатором видна как 1 мкФ. Ориентировочно.

6) Кабинет. Можно установить электростатический излучатель в оформление опен-баффл. Сам излучатель делать в виде плоской вертикальной «доски». Расширять диапазон рабочих частот вниз можно достроив вертикальный излучатель «крыльями» опен-баффла, с двух сторон, настолько широкими, насколько сможете себе позволить. Можно сделать корпус складным или на петлях, в виде ширмы.

Всё описанное выше, с конструктивной точки зрения – выглядит просто, и это просто и есть на самом деле. При практической реализации «не кривыми» руками это все работает, но есть некоторые нюансы. Чтобы в них ориентироваться, одной моей статьи мало, для понимания причинно-следственных связей в электростато строении нужно перелопатить сотни страниц разнообразных форумов. Часть информации, на которых не соответствует действительности, естественно.

Я расскажу про свой незавершенный электростатический путь, который я думаю все-таки: удлинить, углубить и расширить.

Первый макет

Для первого опыта я решил построить маленький излучатель. Долго не мог найти подходящие детали для обкладок. Что-то подходящее нашел на строительном рынке. Это были «ступеньки», с очень плотной перфорацией, примерно такой, как у промышленных электростатических колонок. Плёнку взял бытовую, для продуктов «стрейч». Натер ее графитом. Собрал, включил. Работает. Тихо, но вполне ощутимо и даже приятно на слух.

Технология сборки макета моего электростатического излучателя такова:

  • Пленка растягивается на столе и закрепляется с помощью скотча;
  • Пленка натирается графитовым порошком с помощью ватного тампона, так, чтобы она приобрела равномерный серый цвет;
  • На обкладку из перфорированного металла, наклеивается рамка из 2 стороннего скотча. По рамке пускается проволочка, которая заводит на мембрану заряд.
  • К предварительно растянутой пленке на двусторонний скотч приклеивается перфорированная обкладка;
  • Потом переворачиваем всю конструкцию. Ко второй стороне стреч мембраны через двусторонний скотч приклеиваем вторую обкладку;
  • подключаем обкладки к выходу звукового трансформатора, а проволочку от мембраны к умножителю напряжения (генератору заряда).
  • Ко входу трансформатора подключаем усилитель. Слушаем, что получилось.

Проблема описанного макета – недолговечность. Для надежного и долговечного электростатического излучателя нужна пленка из другого пластика – не стреч. В него графитовый порошок так просто уже не натрешь, для его удержания на мембране нужен особый лак и так далее. Описанный макет можно слушать до тех пор, пока пленка не растянется и не начнет коротить на обкладки. После этого необходимо ее заменить. По практике срок службы описанной мембраны около месяца. После того как я наигрался с первым макетом, я решил сделать другой, побольше.

January 25th, 2011

07:27 pm — Электростатические колонки: этап 0
В связи с появлением некотрого количества свободного времени, решил заняться чем-нибудь интересным. Интереснее компьютера? Но за ним долго не просидишь, нужно чем-то и руки занять 🙂 И тут вспомнил про тему, которая меня зацепила около года назад: конструирование и изготовление электростатических колонок (Electrostatic Loudspeakers, ESL) (Wiki). Тогда я сделал работающий макет, и работал он, надо сказать, неплохо для первого раза. Сделал вторую колону, поставил в комнате и до сих пор слушаю. Но у той модели есть некоторые недостатки, которые я планирую исправить в новой версии.
Читайте также:  Установить программу для скачивания с ютуба бесплатно

Начнем с проекта. Размеры статоров (на рисунке) подбирал эмпирическим путем, исходя из следующих рассуждений:

1. ВЧ-область диапазона остронаправлена, и зависит от протяженности излучателя. У предыдущих колонок излучающая поверхность была 25 X 60 см, и фокусировало звук в пятно 20 см шириной. Чтобы их слушать, нужно очень точно сориентировать стереопару. Поэтому принял решение делить излучатель на полосы, и уменьшить ширину ВЧ-панель до 9.5 см.

2. Кроме этого, уменьшение размеров ВЧ-панели облегчает жизнь усилителю. Работа в ВЧ диапазоне на емкостную нагрузку через повышающий трансформатор очень ему не нравится, (а 200Вт усилителя у меня нет), а чистый и качественный ВЧ хочется.

3. Почему ВЧ-панель не сделать на всю высоту колонки, как это сделано у Final-ов? Тут я рассудил так: нижняя часть панели (опять же, в результате острой направленности) бьет в область ног слушателя, а там сигнал в лучшем случае теряется. Можно убрать нижнюю половину ВЧ-панели и понизить емкость ещё вдвое.

4. Так как по типу это открытый излучатель, присутствует такой эффект, как акустическое замыкание. Это значит, что эффективность колонки на НЧ сильно падает. Сейчас я выкручиваю НЧ на ресивере на 6-8 Дб от 500 до 200 Гц, остальное дорабатывает сабвуфер. Разделение на полосы позволить ослабить СЧ и ВЧ и дать побольше мощности в НЧ, тем самым немного выровняв диапазон.

5. Высота (130 см) подбиралась так, чтобы ВЧ-звено было точно напротив слушателя. Ширина (с учетом рамки

35 см) — чтобы колонка не выглядела слишком громоздко. Тут чем шире, тем лучше, но и монстра метр на два жена дома не допустит. 30 см нормальный компромисс, чтобы играть от 100Гц и не выглядеть громоздко.

6. Колонки будут работать от 100Гц совместно с ресивером и сабвуфером. Делать ящики и встраивать динамики для получения полнодиапазонного решения я не собираюсь, т.к. во первых, это сильно усложнит конструкцию (опыта рассчета ящиков и изготовления кроссоверов у меня нет), во вторых внешний вид будет не таким законченным, да и результат будет хуже. Ресивер позволяет и диапазон выровнять, и фазу с сабом согласовать. Хороший саб с легкостью выдает недостающие 100Гц, а низы лишними никогда не бывают. Сейчас я использую недорогой, но качественный ELAC SUB 50 кроссовером на 250Гц, и полностью доволен этой связкой.

С размерами определились, теперь некоторые мысли насчет конструкции. Тут меня вдохновил этот проект: http://jasondiyaudio.blogspot.com/2007/12/diy-electrostatic-loudspeakers-esls-out.html После некоторой его переработки, пришел к такому решению:

— Статоры (перфорированный металл 1мм) крепятся на две рамки из дерева с перекрытием по краям 5мм. Если взять твердые породы и облагородить лицевую часть, она же станет и декоративным оформлением. Дла НЧ и СЧ панелей лучше сделать пару поперечных суппортов, которые будут выравнивать плоскость статоров (перфолист немного кривоват и "гуляет"), + демпфировать статоры, чтобы уменьшить их собственные резонансы (для этого статоры надо клеить на герметик)

— Зазоры будет обеспечивать 2-мм полоска винила, наклеенная по периметру рамки.

— Мембрана будет одна на всю колонку. Делать её на каждую панель отдельно никакого смысла нет (зазоры и поляризующее напряжение я решил сделать у всех панелей одинаковым, т.к. не увидел никаких причин уменьшать их для ВЧ-панели). Для натяжение мембраны использую ту же технологию, что и для предыдущей модели — рамка с двумя движущимися границами на болтах, растягивающими её в двух направлениях. Тянуть с помощью надувной камеры — сложно, с помощью термоусадки — непредсказуемо.

— Проводимость мембране сделаю так же, как и в первом варианте — графитовый порошок + пихтовый лак. Если знакомый подтвердит эффективность защитного слоя на основе раствора нейлона в феноле — использую этот вариант (но фенол — это только летом, на открытом воздухе).

— Мембрана наклеивается клеем "Момент" (держит отлично, проверено) на заднюю часть панели. Между мембарной и статором нужно установить несколько поддерживающих элементов (кружков из винила + герметик), в тех местах где мембрана отдаляется от рамки. Они будут обеспечивать равномерный зазор и демпфирование.

— На переднюю панель по периметру наклеивается полоска фольги для подачи поляризующего напряжения на мембрану. Затем две части складываются и стягиваются шурупами по всему периметру.

— К задней части прикручивает коробка, в которой будет сидеть трансформатор и фильтры. Она же — элемент устойчивости.

— Убирать ВЧ-сигнал с СЧ и НЧ панелей будут два RC-фильтра. Хотя у них крутизна спада не самая лучшая, но зато вообще не меняется фаза — для ESL это очень хорошо, т.к. синфазность по всем диапазоне — один из её плюсов. Убирать НЧ c ВЧ панели не буду — в НЧ-части каждый сантиметр на счету (акустическое замыкание), а мешать этот сигнал не должен. Рассчитать фильтры я не смогу, проще подобрать по АЧХ.

— Повышающие трансформаторы наматываются по рассчетам акустических трансформаторов для ламповых выходных каскадов усилителей. Вариант, который я рассчитал и намотал ещё для первого варианта: железо и каркас от TС-180, каждая катушка — первичка 70 витков в 4 параллельных слоя, между ними равномерно вторичка 3500 витков. Межслойная изоляция — обычная офисная бумага, межобмоточаня — электробумага, которую смотал при разборе трансформатора + скотч. Первички параллельно, вторички последовательно. Работать он должен от 100Гц, рассчетная мощность до 100Вт, КТр=100.

Читайте также:  Почему мою страницу вконтакте заблокировали

— Источник поляризующего напряжения сделаю по схеме выпрямителя-умножителя, запитав напрямую из сети. Сколько вдержит панель, неизвестно, поэтому сделаю ступенчатую регулировку от 1500 до 3000 В. Текущая версия панели имеет утечки из-за не очень удачной конструкции изоляторов и держит не более 1500 В.

Итак, план на ближайшие полгода 🙂

1. Нарезка и окраска перфолиста
2. Сборка и покраска деревянного каркаса и рамок
3. Наклейка изоляторов и статоров на рамку, вывод проводов
4. Подготовка мембраны, наклейка мембраны на рамку
5. Сборка двух рамок и подключение всех проводов
6. Изготовление источника поляризующего напряжения и фильтров
7. Настройка фильтров.

Войти

Нетрадиционный излучатель своими руками

Народная мудрость:
«Гордая птица ёж.
Не полетит, пока не пнёшь».

Совместить роли ежа и его ускорителя в одном флаконе пришлось мне. Именно мой характер стал тем движком, который гонял мысли в моей голове и крутил руки–ноги в нужные стороны. Результатом деятельности стало самостоятельное изготовление нескольких динамиков. И затем уже комплекта акустических систем.

Теперь по порядку. Переехал я с семьей в другой город. Перед переездом продавались многие громоздкие вещи, в том числе и АС типа «Электроника 75АС-065». Это те, что с сапфировым напылением и никелевыми диффузорами. И вот через несколько лет проживания вдруг пришло осознание того, что в северные города бывшего СССР колонок подобного типа просто не завозили. Любая линейка 35АС – пожалуйста. Околокомпьютерная акустика – в любом магазине. А вот динамики с хорошим звуком (а тем более колонки) только через Интернет. А это дорого получается с доставкой. Да и психологический фактор того, что вдруг не то пришлют. Тупик.

В поисках благополучного разрешения ситуации обратился к информации, выложенной на аудио- форумах. Очень заинтересовали самодельные электростатические излучатели. Но дальше обмоточного провода дело так и не пошло — нет его в продаже в нашем городе. А из старых трансформаторов, к сожалению два новых не намотаешь. Затем дошла очередь до излучателей типа «ленточные». Ведь все необходимые компоненты как оказалось можно запросто достать. Магнитики — из поломанных жестких дисков. Ленточку-диафрагму из старого конденсатора. Фанера продается в магазине. Мечта самодельщика система «Plug and Play»- подсоединяй все правильно и играй! Только нужно некоторые усилия приложить.

Как здорово, что усилия не пропали даром. И, судя по тому, как ведут себя источники звука, часть характера передалось двум ленточным динамикам. После предварительных испытаний оформил их в комплект акустических систем. Я назвал их «Альфитоны». Тем самым, нанеся оттенок родословной линии по основанию, на котором все собрано.

Теперь чуть подробнее. Большой родословный корпус это бывшие «Амфитоны» с динамиком 75ГДН-3. Сверху стоит самодельный ленточный сч/вч динамик. Частота раздела- 1 кГц. Фильтры 2-го порядка. Усилитель Агеева (25 Вт/ Кг-0,003%). Звуковая карта EMU0202.

Цвет колонок, да и весь дизайн не типичный для акустических систем, но ведь и колонки не заводские, а сделанные мной, поэтому имею право поломать парочку стереотипов и окрасить собственную акустическую систему в нестандартно яркий цвет, а комнату – в яркий звук.

Нормальным явлением считается, что любая самодельная акустическая система обладает индивидуальным звучанием. А вот чтобы акустическая система имела характер – это перебор. Например, такой момент. Включаю музыку. Играет. Вот только если «покрутить» её около двух часов, то появляется звук (с большой буквы!). Я несколько раз пытался «разогреть» колонки, гоняя их на всю катушку. Ну не влияет их «прожаривание» на время «раздумывания». Еще наблюдения. Музыка играет «недостаточно громко», вот только с собеседником приходиться перекрикиваться и горло устает минут за десять таких разговоров. Получается что громкость вполне достаточная. Это еще не все. Ленточники «халтурят». Они откровенно молчат в паузах между звуками! Хотя ведь так и должно быть: нет сигнала — нет и звука. Но мозг возмущен таким звучанием. Где привычное наполнение в звуке «Пс-с-с-с…»? Словно спектр резко обеднел. Если слушать инструменты-скрипки, треугольник, колокольчики всякие – они играют, они есть. А привычное наполнение пропало. Обращаю внимание на слово «привычное». Привычный компьютер, привычный телефон, привычный звук. Привычный подъезд в доме. Может, стоит пересмотреть некоторые взгляды не только на звук, но и на привычные предметы, окружающие нас? Мне хватило пары дней прослушивания тогда еще макета излучателя, чтобы оценить звук. Конечно, бумажные 75ГДН «недотягивают» до «нового стандарта качества». Но если бы сейчас мне предложили пользоваться АС типа «Электроника-065», то я бы отклонил это предложение. Частично. «Басовики» ненавязчиво требуют замены на «Альфитонах».
К хорошему привыкаешь быстро. Качественный звук вызвал здоровые хлопоты по апгрейду фонотеки. То, что совсем недавно звучало хорошо и отлично, нынче не выдерживает избалованный слух. Минимальный стандарт мп3/320. Еще лучше «.flac». Вот такие у нас в доме живут «Альфитоны» с характером. Надеюсь, что их «оптимистический» дизайн не оставит никого равнодушным и поднимет настроение.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector