HE90HEV90.jpg


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, 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/см2), 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, 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
Номинальное входное напряжение, В8
Паспортное входное напряжение, В, не менее20
Номинальное электрическое сопротивление (усредненный импеданс), Ом.8
Номинальный диапазон воспроизводимых частот, Гц 45...25 000
Неравномерность АЧХ, дБ, не более 8
Среднее стандартное звуковое давление, Па 0,25
Суммарный коэффициент гармоник, %, не более 1
Поляризующее напряжение, кВ, для излучателей
НЧ 3,6
СЧ и ВЧ 1,4
Габариты, мм 870х690х60
Масса, кг 18

В АСЭ-1 используются дифференциальный способ возбуждения мембраны, реализованный в дипольной конструкции громкоговорителя. Принцип работы таких громкоговорителей широко освещен в литературе [1,2,3,4].Упрощенная схема электростатического громкоговорителя показана на рис.2.

stat2.gif


Металлизированная пленочная мембрана 1 натянута между жесткими перфорированными электродами 2 и 3.

Поляризующее напряжение U0 подано на электроды симметрично относительно мембраны, а звуковое U~ - антисимметрично. Под действием разности возникающих при этом сил притяжение к электродам мембрана колеблется в такт с колебаниями подданного на них напряжения звуковой частоты. Благодаря малой (5…10 мкм) толщине масса мембраны соизмерима с соколеблющейся массой воздуха, а это позволяет получить почти безынерционной режим возбуждения звуковых волн. Сила, приводящая в движение мембрану, в отличии от диффузорных громкоговорителей, равномерно распределена по всей площади, что обеспечивает синфазный (поршневой) режим колебаний в широком диапазоне частот. Благодаря дифференциальной конструкции громкоговорителя четные гармоники подавляются, а из-за высокого резистора К заряд на мембране не меняется. Оба этих фактора и обуславливают весьма малые нелинейные искажения электростатических громкоговорителей.

Так как электростатический громкоговоритель – диполь излучает одинаково в обе стороны, воспроизводимая им нижняя граничная частота определяется условиями акустического короткого замыкания, т.е. геометрическими размера громкоговорителя. Ниже этой частоты, при критическом демпфировании основного резонанса мембраны, наблюдается спад АЧХ с крутизной 6 дБ на октаву. Поскольку реактивное сопротивление массы мембраны сравнимо с волновым сопротивлением воздуха только в ультразвуковом диапазоне, воспроизводимая электростатическим громкоговорителем граничная частота может превышать 20кГц.

Электростатический громкоговоритель АСЭ-1 двухполосный, с частотой раздела 400 Гц. Он состоит из 6 низкочастотных (1-6) и шести средне- и высокочастотных (7-12) излучателей (рис.3.).

stat3.gif


Входное сопротивление АСЭ-1 имеет емкостный характер и падает с повышением частоты. Для согласования громкоговорителя с универсальным усилителем НЧ используется трансформаторный преобразователь импеданса, обеспечивающий постоянную нагрузку на усилитель при воспроизведении реальной музыкальной программы с учетом распределения мощности сигнала в диапазоне частот. Упрощенная схема преобразователя импеданса с частотно-раздилительным LC-фильтром показан на рис.4.

stat4.gif


В лучшие зарубежные электростатические громкоговорители встраивают бестрансформаторные ламповые усилители, использую их анодное напряжение в качестве поляризующего. Это позволяет уменьшить нелинейные искажения до долей процента. Однако такое решение требует применения предварительно усилителя, которые у нас еще не выпускаются. АСЭ-1 имеет универсальный вход для подключения любого усилителя с выходной мощностью не менее 2- Вт на канал, а поляризующее напряжение поступает на громкоговоритель с выпрямителя-умножителя (рис.4). Коэффициенты трансформации трансформатора Т1 – 350, Т2 – 70. Резисторы R1-R4 совместно с собственной емкостью излучателя создают дополнительный спад АЧХ и таким образом выравнивают модуль полного входного сопротивления в рабочем диапазоне.
Конструктивно АСЭ-1 представляет собой деревянную раму, на которой смонтированы все 12 излучателей. Воздушные зазоры между мембраной и электродами в низкочастотных излучателях составляет 2 мм, а в средне- и высокочастотных – 0,5 мм. С обеих сторон излучатели закрыты декоративной тканью. Поляризатор, преобразователь импеданса и LC-фильтр размещены в специальном отсеке, защищенном металлическом корпусе.

В настоящее время электростатический громкоговоритель АСЭ-1 осваивается в серийном производстве.
Бытовые широкополосные электростатические громкоговорители, выпускаемые за рубежом, получили заслуженное признание у любителей музыки и пользуются большим спросом. Следует, однако, заметить что для обеспечения низкой граничной частоты и высокого звукового давления площадь громкоговорителя должна достигнуть 1,5 м2 (АСЭ-1 – 0,5 м2). Такие большие размеры громкоговорителей, безусловно, создают определенные трудности при установки их в жилом помещении. Поэтому тем любителям, которые не предъявляют высоких требования к качеству звучания, использовать электростатические громкоговорители особого смысла не имеет. Это положение подтверждает и опыт развития бытовой акустики за рубежом, где параллельно совершенствуются и даже совместно применяются в акустических системах и электростатические, и динамические излучатели. (Пример – Электроника 25АС-033, где ВЧ-головка это электростатическая, а СЧ и НЧ – динамические головки. Примечание ПаЛыЧа).

Правда при разработке совмещенных (так называемых династатических) систем возникают проблемы пространственного согласования излучателей связанные с получением необходимых характеристик направленности в спектре и единства тембра. Например, для уменьшения габаритов заманчиво применить в низкочастотном звене динамическую головку, однако в этом случае традиционная окраска звука в нижнем регистре снизит выигрыш от электростатических средне- и высокочастотных звеньев. Усложняется и формирование характеристики направленности такой системы в спектре частот. Американская фирма «Koss» пошла по другому пути: в низко- и среднечастотных звеньях громкоговорителя «Koss II»она использует электростатические излучатели, что и определяет основное качество звучания, а в высокочастотном ( с 12 кГц) – динамический купол, который легко обеспечивает ширину характеристики направленности и малые искажения. Однако здесь, по сравнению с полностью электростатическими громкоговорителями, почти нет выигрыша в габаритах.

Работы по созданию совмещенных акустических систем продолжаются, и, возможно, со временем будет создан громкоговоритель, сочетающий преимущества динамических и электростатических систем.