Плазменный динамик
Плазменные динамики или ионофоны представляют собой разновидность громкоговорителя , который изменяет давление воздуха с помощью электрической плазмы, а не твердой диафрагмы . Плазменная дуга нагревает окружающий воздух, заставляя его расширяться. Изменяя электрический сигнал, который приводит в движение плазму и подается на выход аудиоусилителя , изменяется размер плазмы, что, в свою очередь, изменяет расширение окружающего воздуха, создавая звуковые волны. [1]
Плазма обычно имеет форму тлеющего разряда и действует как безмассовый излучающий элемент. Эта техника представляет собой гораздо более позднее развитие физических принципов, продемонстрированных Уильяма Дадделла в 1900 году. «поющей дугой» [2] и Герман Теодор Симон опубликовали то же явление в 1898 году. [3]
Термин ионофон был использован доктором Зигфридом Кляйном, который разработал плазменный твитер, лицензию на коммерческое производство которого получила компания DuKane с Ionovac и Fane Acoustics с Ionofane в конце 1940-х и 1950-х годах. [4]
Эффект основан на нескольких физических принципах: [5] Во-первых, ионизация газа , которая реагирует создает плазму с высокой проводимостью на переменные электрические и магнитные поля . Во-вторых, эта разреженная плазма имеет пренебрежимо малую массу. Таким образом, воздух остается механически связанным с практически безмассовой плазмой, что позволяет ему излучать почти идеальное воспроизведение источника звука, когда электрическое или магнитное поле модулируется звуковым сигналом.
Сравнение с обычными громкоговорителями
[ редактировать ]Традиционные громкоговорителей конструкции преобразователей используют входной электрический сигнал звуковой частоты для вибрации значительной массы: в динамическом громкоговорителе этот динамик соединен с жестким диффузором громкоговорителя — диафрагмой, которая толкает воздух на звуковых частотах. Но инерция , присущая его массе, сопротивляется ускорению и всем изменениям положения конуса. Кроме того, диффузоры динамиков со временем будут испытывать усталость от растяжения из-за повторяющихся звуковых вибраций. [6]
Таким образом, выход обычного динамика или точность воспроизведения устройства искажаются физическими ограничениями, присущими его конструкции. Эти искажения долгое время были ограничивающим фактором при коммерческом воспроизведении сильных высоких частот. В меньшей степени прямоугольных волн проблематичны также характеристики ; Воспроизведение прямоугольных волн больше всего нагружает диффузор динамика.
В плазменном динамике, как члене семейства безмассовых динамиков, этих ограничений нет. [ нужна ссылка ] Низкоинерционный драйвер имеет исключительную переходную характеристику по сравнению с другими конструкциями. [7] Результатом является ровный звук, точный даже на более высоких частотах, выходящих за пределы слышимого человеком диапазона. [8] Такие динамики отличаются точностью и четкостью, но не более низкими частотами, поскольку плазма состоит из мельчайших молекул и при такой малой массе не способна перемещать большие объемы воздуха, если плазмы нет в большом количестве. Таким образом, эти конструкции более эффективны в качестве твитеров . [ нужна ссылка ]
Практические соображения
[ редактировать ]Плазменные конструкции динамиков ионизируют окружающий воздух , содержащий газы азот и кислород . В сильном электрическом поле эти газы могут образовывать химически активные побочные продукты, а в закрытых помещениях их уровень может достигать опасного. Двумя основными образующимися газами являются озон и диоксид азота .
Компания Plasmatronics произвела коммерческий плазменный динамик, в котором с гелием для подачи ионизационного газа использовался баллон . В 1978 году Алан Э. Хилл из Лаборатории вооружения ВВС в Альбукерке, штат Нью-Мексико, разработал Plasmatronics Hill Type I , коммерческий гелий-плазменный твитер. [9] Это позволило избежать образования озона и оксидов азота, образующихся в результате радиочастотного разложения воздуха в плазменных твитерах предыдущих поколений. Но для работы таких динамиков необходима постоянная подача гелия.
В 1950-х годах новаторская корпорация DuKane произвела ионизатор воздуха Ionovac , продававшийся в Великобритании как Ionophone . В настоящее время в Германии остаются производители, которые используют эту конструкцию, а также множество конструкций, сделанных своими руками, доступных в Интернете.
Чтобы сделать плазменный динамик более широко доступным продуктом, компания ExcelPhysics, базирующаяся в Сиэтле, и компания Images Scientific Instruments, базирующаяся в Нью-Йорке, предложили свой собственный вариант плазменного динамика в виде набора для самостоятельной сборки. Вариант ExcelPhysics использовал обратноходовой трансформатор для повышения напряжения, микросхему синхронизации 555 для обеспечения модуляции и несущего сигнала 44 кГц , а также аудиоусилитель. Комплект больше не продается. [10]
В динамике пламени используется модулированное пламя в качестве драйвера, и его можно считать родственным плазменному громкоговорителю. Это было исследовано с помощью сжигания природного газа или свечей для получения плазмы, через которую затем пропускался ток. [11] Эти конструкции сгорания не требуют высокого напряжения для создания плазменного поля, но коммерческих продуктов, использующих их, еще не было.
Подобный эффект иногда наблюдается вблизи мощных с амплитудной модуляцией радиопередатчиков , когда на передающей антенне (непреднамеренно) возникает коронный разряд напряжения в десятки тысяч вольт , где задействованы . Ионизированный воздух нагревается в прямой зависимости от модулирующего сигнала с удивительно высокой точностью на большой площади. Из-за разрушительного воздействия (самоподдерживающегося) разряда этому нельзя допустить, и автоматические системы мгновенно отключают передачу в течение нескольких секунд, чтобы погасить «пламя».
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Проектирование и оценка электронной схемы плазменного динамика, Северинсен, Дэниел, Сен Гупта, Гураб, 1 июля 2013 г.» .
- ^ «Музыка в электрических дугах» . Нью-Йорк Таймс . Том. 7. 28 апреля 1901 г.
- ^ Саймон, Герман Т. (январь 1898 г.). «Акустические явления при электрической пламенной дуге» . Анналы физики . 300 (2): 233–239. Бибкод : 1898АнП...300..233С . дои : 10.1002/andp.18983000204 . ISSN 0003-3804 .
- ^ Ионофон, L'Onde Electrique, С. Кляйн, 1952 г.
- ^ Принцип нового оратора, Saturday Review, Эдгар Вильчур, 27 сентября 1952 г., стр. 60-61.
- ^ ЗАЩИТА АУДИОДИНАМИКА ОТ НЕБЕЗОПАСНЫХ УРОВНЕЙ УСИЛИТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМОВ ПЛАВНОГО ОГРАНИЧЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Бетани М. Моаттс и Пол Д. Мури, бакалавр наук в области электротехники, весна 2009 г. https://mil.ufl.edu/4924/projects/s09/ финал/Moatts_Muri.pdf
- ^ Плазменный динамик, Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 9, сентябрь 2014 г., стр. 572 https://www.ijser.org/paper/Plasma-Speaker.html
- ^ «Плазма, новая технология высокочастотных динамиков: Lansche Audio No.8» . 9 апреля 2008 г.
- ^ «Искусство дизайна динамиков» .
- ^ «Проект Kickstarter расширяет возможности студентов и воспроизводит тему Марио с помощью плазмы» . 19 августа 2011 г.
- ^ Джозеф, Джеймс (май 1968 г.). «Усиление пламени и лучший громкоговоритель Hi-Fi». Популярная электроника . стр. 47–53.
Внешние ссылки
[ редактировать ]