Uživatel:Touseada

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Elektrostatické reproduktory

Princip

hybridní elektrostatický reproduktor
princip fungování elektrostatického reproduktoru
směrovost plochého a zahnutého elektrostatického reproduktoru
směrovost elektrostatického reproduktoru
elektrostatický reproduktor Martin Logan CLX

principiální schéma elektrostatického reproduktoru


Elektrostatický reproduktor funguje na principu silového působení elektrostatického pole na membránu. Základem reproduktoru je plastová membrána, na kterou je nanesena tenká vodivá vrstva. Tato membrána je umístěna mezi dvěma elektrodami ve vzduchové mezeře, ve které se pohybuje. Na membránu je přivedeno konstantní vysoké napětí (≈ 2kV). Audio signál je převeden transformátorem na podobně vysoké napětí. Doprostřed tohoto transformátoru je přiveden druhý pól stejnosměrného předpětí membrány. Signál převedený na vysoké napětí je pak přiveden ne elektrody. Kladně nabitá membrána bude přitahována kladnou elektrodou a odpuzována zápornou elektrodou, což způsobí její pohyb a vznik zvukových vln. Elektrody musí být vyrobeny tak, aby jimi mohl zvukový signál projít (mřížka).


Vlastnosti

část místnosti jako ozvučnoce elektrostatického reproduktoru

Jednou z důležitých vlastností tohoto typu reproduktorů je směrovost. Směrová charakteristika je podobná dipólu – vyzařuje jen před a za sebe. Dříve byla směrovost těchto reproduktorů velkou nevýhodou. Vyráběly se totiž rovné panely a ideální zvuk byl jen v místě přímo před reproduktorem. Řešením je zahnutý panel, který vyzařuje pod úhlem okolo 30°. Ve vertikální rovině se paprsek signálu téměř nerozšiřuje. U takovéto konstrukce můžeme považovat směrové vlastnosti za výhodu, protože prostor s optimálním zvukem je dostatečně velký pro několik posluchačů. Oproti běžným reproduktorům (vyzařovací úhel 180° v horizontální i vertikální rovině) dochází k daleko méně odrazům od stěn a okolních objektů, takže je jednodušší přizpůsobení poslechové místnosti. K odrazům od stropu a podlahy téměř nedochází.

Velkou výhodou tohoto principu reproduktorů je nízká hmotnost membrány způsob jejího pohybu. U klasických (elektrodynamických) reproduktorů se pohybuje nejen membrána ale i kmitací cívka. Pohyblivá část je tedy řádově těžší než u elektrostatického reproduktoru a hromadí se v ní daleko více energie. Kmitací cívka je navíc umístěna ve středu membrány, a protože membrána má určitou pružnost, nepohybuje se rovnoměrně. Naproti tomu u elektrostatické konstrukce působí síla na celou plochu membrány. Zvuk z elektrostatických reproduktorů je tedy přesnější reprezentací původního signálu – harmonické zkreslení je o jeden až dva řády nižší, než u klasických reproduktorů.

Největší nevýhodou elektrostatických reproduktorů je fakt, že špatně reprodukují nízké frekvence. Při nízkých frekvencích (velkých vlnových délkách) se vlna vycházející dopředu z panelu částečně vyruší s odraženou vlnou vycházející dozadu s opačnou fází. Tomuto jevu se říká akustický zkrat a projevuje se u všech konstrukcí reproduktorů. Elektrodynamické reproduktory jsou většinou umístěny v ozvučnici, která tento problém vyřeší. U elektrostatických reproduktorů je ale situace složitější. Zvuk nízké frekvence má poměrně hodně energie. Aby dokázal tolik energie předat vzduchu elektrostatický reproduktor, musí být hodně velký, protože rozkmit membrány je velmi malý. Velký reproduktor ale vyžaduje velkou ozvučnici. Použitím ozvučnice se také zvýší rezonanční kmitočet reproduktoru, který je i tak vyšší než u běžných reproduktorů. Výsledkem je, že aby správně fungoval elektrostatický reproduktor v ozvučnici na nízkých frekvencích, musí být ozvučnice obrovská – bylo by potřeba přestavit část místnosti na ozvučnici.


Konstrukce

frekvenční výhybky

Elektrostatický reproduktor je z principu vysoko-impedanční zařízení. K provozu potřebuje vysoké stejnosměrné napětí a signál přetransformovaný na vysoké napětí. Vlastnosti transformátoru ale musí odpovídat vlastnostem panelu. Nejvýhodnější řešení je tedy zabudovat transformátor přímo do reproduktoru. Reproduktor pak musí být napájen. Na rozdíl od aktivních reproduktorů je ale potřeba použít zesilovač a do reproduktoru přivést signál o výkonu desítek až stovek wattů. Někteří výrobci vyrábí i čistě pasivní elektrostatické reproduktory, ke kterým nabízí zesilovače konstruovány ke konkrétním reproduktorům. Nejčastější konstrukcí elektrostatického reproduktoru jsou takzvané hybridní elektrostatické reproduktory – kombinace elektrostatického reproduktoru pro střední a vyšší frekvence s elektrodynamickým pro nízké frekvence. To přináší několik výhod ale i jistá omezení. Hlavní výhodou je vyřešení problému s nízkými frekvencemi. Další výhodou je zjednodušení elektroniky v cestě signálu. Běžná reprosoustava s elektrodynamickými reproduktory obsahuje basový, středový a výškový reproduktor. Jsou tedy potřeba minimálně dvě frekvenční výhybky. Největší množství informace je v hudbě obsaženo v oblasti jednotek kHz a lidské ucho je v této oblasti nejvíce citlivé. Výhybka mezi středovými a výškovými reproduktory je právě na těchto frekvencích a může mít negativní vliv na výsledný zvuk reproduktoru. Jeden reproduktor pro frekvence od stovek Hz do 20 kHz (i více) je tedy značnou výhodou.

Nevýhodou je rozdíl ve směrových charakteristikách těchto dvou druhů reproduktorů. Elektrostatický reproduktor je výrazně „směrovější“. Se zvětšující se vzdáleností od reproduktoru tedy klesá úroveň akustického tlaku méně než u elektrodynamického. Konkrétně je to snížení o 3dB při zdvojnásobení vzdálenost u elektrostatického a o 6dB u elektrodynamického. Proto musí být u hybridní konstrukce nastavitelné zesílení basového reproduktoru. Optimálního zvuku lze ale dosáhnout jen v určité vzdálenosti, kdekoliv jinde bude basů příliš moc nebo naopak málo.

Existují ale i konstrukce čistě elektrostatické. Například společnost Martin Logan u modelu CLX využívá systém se dvěma membránami a třemi elektrodami. Membrány se pohybují proti sobě, takže vlny vycházející dopředu a dozadu jsou ve fázi. Existují i další výrobci, kteří nabízejí celopásmové elektrostatické reproduktory (Kingsound, Audiostatic, Quad). Jakým způsobem řeší problém s reprodukcí nízkých frekvencí nikde neuvádí (nebo jsem to nenašel).


Závěr

Elektrostatické reproduktory jsou specialita pro bohaté nadšence. Díky složité konstrukci je jejich cena příliš vysoká, jsou velké a správně je umístit do prostoru je náročné. Z těchto důvodů se asi nikdy výrazně nerozšíří. Mezi znalci ale vždy budou mít místo jako to nejlepší. Informace v tomto článku jsou značně omezené, hlavně co se týká konstrukce reproduktorů, protože většina výrobců si svá řešení daných problémů tají. Jediná firma, která má na svých stránkách více informací o fungování svých reproduktorů je Martin Logan. Popisuji zde tady hlavně jejich konstrukce bez záměru tuto společnost jakkoliv propagovat.


Reference


http://martinlogan.com

Sanders, R.: The electrostatic loudspeaker design cookbook, Audio amateur press, 1995

en.wikipedia.org

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje