(ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ)
"Изготовление электростатических громкоговорителей в любительских условиях"

Дополнения и ответы на вопросы

С. ЛАЧИНЯН, г. Талдыкорган, Казахстан

Статья С. Лачиняна с этим названием, опубликованная в "Радио", 2006, № 1—4, вызвала заметный интерес любителей высококачественного звучания. Многие желающие собрать такие громкоговорители задают однотипные вопросы, ответы на которые приведены ниже.

Кроме того, в последнее время автор изготовил несколько десятков громкоговорителей подобного типа, а первые образцы активно эксплуатируются уже более года. В результате выявлены некоторые конструктивные недостатки и создана более простая и надежная конструкция.

Варианты конструкции АС

В процессе эксплуатации громкоговорителя со временем могут возникнуть периодические низкочастотные колебания мембраны. Этот дефект возникает за счет ослабления натяжения мембраны, вызванного недостаточной жесткостью громкоговорителя. Решить эту проблему удается, несколько изменив и упростив конструкцию. Для этого громкоговоритель собирают на раме из алюминиевых уголков 15x15 мм (фото на рис. 1).

Вместо сплошных пластиковых накладок с вырезанными окнами использованы только ребра жесткости (поперечины), которые крепятся к алюминиевому уголку клеем и шурупами-саморезами ("впотай").

Поперечины можно изготовить из любого жесткого материала, например гетинакса. Можно также применить фанеру толщиной 14... 15 мм; из нее нарезают бруски шириной 10... 12 мм и после пропитки лаком укладывают на уголок. Полностью собранный каркас с ребрами жесткости устанавливают на стапель. Проволочные электроды статора крепят непосредственно к планкам ребер жесткости (вместо пластиковой накладки). При этом зазор между электродами и мембраной регулируют шайбами (например, из пластмассы толщиной 3...4 мм), которые устанавливают под ребра жесткости в местах их крепления к алюминиевому уголку.



Электрический контакт с мембраной обеспечивается непосредственно алюминиевым уголком, для чего его ребро зачищают от заводского лака мелкой наждачной бумагой. Электрический вывод от рамки делается проводом, зажимаемым под болт. В остальном технология сборки громкоговорителя, включая натяжку и крепление мембраны, остается прежней.

Оптимальные размеры и дополнительный ВЧ громкоговоритель

В процессе экспериментов выяснилось, что наилучший звук дает электростатический громкоговоритель, в котором число электродов уменьшено до 16—20 (вместо 24), при прочих равных условиях. Вертикальный размер при этом может быть прежний (для сборки используется тот же стапель, со снятыми лишними направляющими штырями).

Улучшение связано с уменьшением собственной емкости статор—мембрана до 200...300 пФ, что улучшает согласование с трансформаторами, выполненными на магнитопроводах из электротехнической стали. Кроме того, диаграмма направленности излучателя в горизонтальной плоскости расширяется в полосе СЧ. При этом некоторое повышение нижней границы рабочей полосы частот до 300...350 Гц оказывается менее существенным, чем выигрыш по другим параметрам; в частности, заметно возрастают пространственное разрешение и чувствительность.

О многополосной АС

Расширению полосы частот и диаграммы направленности громкоговорителя способствует дополнительный ВЧ излучатель. Проще всего его сделать непосредственно на решетках старого статора, электрически отделив 4—6 проводников с края (на обеих решетках). При этом для электродов ВЧ секции целесообразно уменьшить расстояние до мембраны (зазор) до 1,5...2 мм — см. крайние электроды на рис. 1.

Схема БП этого высокочастотного излучателя аналогична схеме БП в статье [1] с несколько измененными номиналами. Питание высокочастотной секции целесообразно осуществлять от отдельного малогабаритного трансформатора с малым полем рассеяния и минимальной емкостью обмоток. Для этого трансформатор ВЧ громкоговорителя можно намотать на магни-топроводе от выходных трансформаторов УМЗЧ ламповых радиоприемников.

Технология исполнения та же, что описана в статье (желательно с пропиткой силиконовым герметиком), при уменьшении до двух—четырех секций вторичной обмотки. Вторичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,1...0,12 мм, с прокладками из полиэтиленовой пленки между слоями по 200—300 витков и в сумме содержит 4000—6000 витков (индуктивность — 6...12 Гн), с отводом от середины.
Первичную обмотку наматывают в один ряд жгутом в 4—8 проводов ПЭВ-2 диаметром 0,5...0,8 мм, она содержит 6—10 витков. В дальнейшем за счет последовательно-параллельного соединения проводов жгута зкспериментально подбирают оптимум  по  коэффициенту трансформации и полосе частот (индуктивность — 0,26...0,4 мГн).

Различия в цифрах обусловлены размерами катушек трансформаторов и граничной частотой.

Если мощность, подаваемая на громкоговоритель (импеданс 4 Ом), не превышает 40...50 Вт, то можно попробовать использовать готовые трансформаторы серий ТВЗ, ТВК или ТАН [2], подбирая разделительный конденсатор входного фильтра (2...4мкФ) и отводы первичной обмотки; при этом на каждый статор можно поставить отдельный трансформатор.

Напряжение поляризации на ВЧ секцию подается с основной матрицы через
I резистор сопротивлением 2...3 МОм. В качестве разделительного высоковольтного конденсатора (конденсаторы С4—С9 на схеме БП в [1]) для ВЧ секции целесообразно применить по одному конденсатору емкостью 470...1000пФ на 10—25 кВ. Для этого пригодны высоковольтные конденсаторы К73-13 или К73-14. Их же можно установить и на СЧ секции, тогда все три конденсатора С4—С6 (0,15 мкФ на 3,3 кВ) можно заменить одним из серий К73-13, К73-14 емкостью 2200...3300 пФ.

Применив двухполосное возбуждение излучателей, для СЧ секции целесообразно увеличить коэффициент трансформации повышающего трансформатора в 1,5...2 раза, в результате заметно возрастут чувствительность и звуковое давление. Это может оказаться особенно полезным при использовании маломощных ламповых усилителей.

Многополосную систему можно выполнить и с отдельными ВЧ громкоговорителями (один из вариантов показан на рис. 2) с собственной емкостью 2x120 пф. Для увеличения надежности и номинальной мощности используются дополнительные контактные площадки из алюминиевой фольги. Такие громкоговорители во многих случаях неплохо работают в составе АС с полосой разделения не ниже 500 Гц без дополнительного среднечастотного излучателя.

Импеданс громкоговорителя и фильтр-пробка

Входное сопротивление излучателей на резонансных частотах обычно составляет 0,8...2 Ом. Резонанс легко определить, измеряя при включенном громкоговорителе выходное напряжение повышающего трансформатора на его вторичной обмотке. Измерения производят на малом сигнале от УМ через делитель с входным сопротивлением не менее 1...5 МОм, по максимуму напряжения на вторичной обмотке.

Импеданс легко увеличить до 4 Ом и более, поставив последовательно в цепь первичной обмотки повышающего трансформатора БП фильтр-пробку на резонансную частоту. Параметры при изготовлении фильтра для ВЧ громкоговорителя (резонансные частоты в полосе 10... 16 кГц) следующие. Катушку наматывают виток к витку в несколько слоев на каркасе диаметром 14 мм (используется мощный проволочный резистор ПЭВ-10 сопротивлением 10...100 Ом); длина намотки — 20 мм. Обмотка содержит 100 витков ПЭЛ 0,5 и имеет индуктивность примерно 0,07 мГн.

Параллельно катушке подключают конденсатор емкостью 1 ...2 мкФ (конденсатор подбирают на частоте, равной резонансной, по минимальному сигналу на выходе фильтра, нагруженного резистором 10...20 Ом). После чего, параллельно LC-цепи фильтра, уже подключенного к БП, устанавливают дополнительный резистор на 2...8 Ом мощностью не менее 2 Вт для получения требуемого входного сопротивления громкоговорителя (например, 4 Ом). Отдача на ВЧ при этом практически не падает, поскольку на резонансной частоте наблюдается подъем АЧХ, а фильтр-пробка его соответственно нормирует (полоса воспроизведения в целом расширяется).

Для СЧ секции (резонансная частота в интервале 6... 10 кГц) применяют фильтр с катушкой, намотанной на таком же каркасе и тем же проводом, которая содержит 240 витков (индуктивность — 0,35 мГн), параллельно катушке подключают конденсатор емкостью 2...4мкФ (с подбором). Остальные процедуры настройки совпадают с приведенными для ВЧ громкоговорителя.
О пробое изоляции электродов

Эксплуатация нескольких образцов громкоговорителей показала, что несмотря на отбор электродов при тестировании, со временем изоляция части электродов склонна к пробою. Это в конечном итоге вынуждает значительно снижать поляризующее напряжение. Также было установлено, что причиной пониженной надежности оказываются микродефекты, возникающие при излишнем нагреве и натяжении силиконовой трубки. Для устранения этого явления необходимо несколько уменьшить диаметр провода электрода, до 1,8...1,6 мм, и снизить нагрев.

Соответственно следует немного увеличить длину заготовки силиконовой трубки, для того чтобы при натяжении уменьшить ее общее растяжение. Наличие при этом небольших пустот и воздушных пузырьков между трубкой и проводом на работу громкоговорителя не влияет. Поляризующее напряжение на правильно изготовленных громкоговорителях можно увеличить до 12...14 кВ, что положительно сказывается на динамическом диапазоне и линейности электроакустического преобразователя. При этом рекомендуется в первый месяц включить громкоговорители на непрерывный "прогон" с несколько повышенным поляризующим напряжением (музыку можно включать периодически). За это время возникающие единичные пробои "самоликвидируются" за счет выжигания металлизации на мембране, качество работы громкоговорителя при этом практически не пострадает.

О пленочной мембране

Многие спрашивают, какую более доступную металлизированную пленку можно применить для мембраны. В настоящее время достаточно распространена упаковочная пленка толщиной 20...25 мкм с односторонней металлизацией. Эту пленку используют для упаковки продуктов питания, ее же используют как декоративную и солнцезащитную. Эксперименты с такой пленкой в базовой конструкции, описанной в статье, показали, что при общем снижении отдачи на 4 дБ на частотах выше 12 кГц, по сравнению с тончайшей пленкой толщиной 6 мкм, и ограничении диапазона воспроизведения частотой 16... 18 кГц (при спаде АЧХ на 6 дБ) такая пленка дает вполне удовлетвори тельные результаты, особенно на средних частотах.

Применяя относительно толстую пленку с односторонней металлизаци- ей, необходимо создавать асимметрию напряжения поляризации: со стороны пластиковой основы это напряжение необходимо увеличить на 3...4 кВ, вплоть до 12...15 кВ. При этом опасаться пробоя не следует, поскольку пленка создает дополнительную защиту от пробоя. Однако это справедливо только для установившейся поляризации, поэтому включение дополнительного напряже ния необходимо сделать с задержкой. Точное значение асимметрии напряжения — по минимуму искажений — подбирают на слух или по приборам через 3...4 часа после включения громкоговорителя (с установившимися процессами в диэлектрике). Для изменения напряжения поляризации подойдет схема регулятора, представленная на рис. 18 в [1 ] (с. 17). Естественно, в этом случае на каждый статор потребуется свой выпрямитель поляризующего напряжения. После подбора можно использовать и разное число ступеней умножителя напряжения.
Мембрана может быть набрана из ; отдельных кусков подобной пленки шириной по 8...10 см, склеенных между собой узким скотчем так, чтобы склейка   приходилась   над   поперечными планками. При этом габариты громкоговорителя могут быть подогнаны под длину имеющейся в наличии пленки. Использование    дополнительно    ВЧ громкоговорителя, настроенного в резонанс на частоте 16.. 18 кГц, позволяет получить с такой пленкой высококачественную АС.

ЛИТЕРАТУРА
1.  Лачинян С. Изготовление электростатических громкоговорителей в любительских условиях. — Радио, 2006, № 3, с. 16—19.
2.  Сидоров И. Н. и др. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. — М.: Радио и связь, 1985.

"Радио" №11, 2006г.