教你认识静电扬声器

口陈 杨 电扬声器 2010年 第3期< ◇ 的随音频电流的幅度和频率变化而变化的磁场。该磁场与 磁体的固定磁场在同性相斥异性相吸的作用下．使音圈在 气隙中产生活塞式运动，于是就带动锥盆振动 (可见锥盆 是以形状命名，振膜是以功能命名)，锥盆振动就发出我 们需要的声音。由此可见，传统扬声器发声的物理过程是 音频电流在音圈产生音频磁场，让音圈产生活塞式运动， 带动锥盆作音频振动而发声。 < 实用影音技术 二、静电扬声器 1917年．电容式麦克风问世 到了上世纪30年代中 期，根据电容式麦克风原理，通过逆向运作．于是静电扬 声器面世 (我们所熟悉的锥盆喇叭实际上也是电磁动圈式 喇叭的逆向运作)。其基本原理如图2所示 它主要由用作信号极板的固定栅格和振动膜构成 振动膜是由薄而轻的材料制成．夹在两个固定栅格之间． 它的四周固定并拉紧．振膜可在固定栅格之间前后振动 静电高压电路 (EHT)产生的数千伏的直流高压加在振膜 上．与两个固定栅格形成高压静电场 音频信号经过升压 变压器升压后送到固定栅格．使固定栅格与振膜间的电场 随音频信号的变化而变化．即音频信号的幅度转化成电场 变化的强度．音频信号的频率转化成电场变化的快慢．在 电荷的同性相斥、异性相吸的作用下，振膜便产生振动， 推动空气把音频信号还原成声音 由于声音要从前后发 出．所以信号极板要做成栅格状以利于透声 (参见图3) 可见．信号极板是根据其作用命名．固定栅格是根据其形 状命名 由此可以看出．它的结构比锥盆扬声器简单多 了．也没有了依靠复杂的声学理论设计制作的箱体 由于 静电扬声器像一个电容器．所以它又被叫作电容式扬声 器。 静电扬声器的英语为ElectoroStatic Loundspeaker． 简称ESL。由此我们也就不难理解 《电声辞典》上对静电 扬声器的定义： “利用加在电容器极板上的静电力而工作 的扬声器” 振膜和信号极板之间没有电流流动．只是电 场的相互作用．这就是静电的由来 在这里我们也可看到．静电扬声器的核心技术是振 膜的材料和制造工艺 二战以后开始用Mylar(聚酯的一 种)来制造振膜．后来采用杜邦公司开发出的聚酯薄膜 2010年 第3期◇◇ (Polyester)，厚度在0．01ram左右。用真空镀膜技术蒸镀一 层薄薄的金属碳．再用一绝缘塑料框架将薄膜撑起来 又 大又薄又要撑得平整绝非易事 振膜的材料性质和厚度、 镀膜的种类和厚度、支撑的方式都会对性能有不同程度 的影响．具体生产时还要考虑时间、温度和湿度等诸多因 素的影响 这里我们I．)2QUAD ESL一63的电路为例．来介绍静电 扬声器的组成，如图4所示。为了形成点音源的发声方式． QUAD专门将静电扬声器做成8个同心圆．从中心向四周 辐射状发声．所以音频信号便经8级延迟器逐一延时后才 送到同心圆分布的信号极板上 每一级的延迟时间可根 据同心圆的几何尺寸和声波的传播速度340m／s算出．一般 为30 s左右。这里的静电高压由倍压整流电路产生。电 路中还设置了限幅器和过压保护器 ESL一63去掉面罩后 见图5．安装在底座中的电路见图6 三、静电扬声器的特点 1．振膜 < 实用影音技术 振膜在交变电场中振动．需导电处理．先进的纳米 技术，使得涂层薄、轻。附着力好，所以振膜更轻，能量 残留更小．速度反应快．达到与音乐信号同步变化．声音 更准确 2．蜂巢结构信号极板 信号极板有两个作用．一是产生随信号变化的交变 电场，所以需有好的导电性能，即需尽量大的导电面积： 传统的信号极板为直线和斜线圆孔结构的冲孔薄板．还 出现过拉线式信号极板．但只有蜂巢结构信号极板．透声 性能最好．静电场分布最均匀。二是声音通道，所以需有 尽量大的开孔率 (好的透声性) 3．表面防护技术 静电扬声器是以空气为介质的电容式扬声器．工作 状态受温湿度影响较大．这是因为温湿度会影响空气的 介电系数，电场强度又受空气介电系数变化的影响：振膜 和信号极板间 (电容)漏电流在高温高湿情况下会加大。 这就要求对信号极板和振膜进行特殊的表面防护处理． 相当于加了温度、湿度隔离层，电流、电压的阻断层，从 根本上解决以往静电扬声器存在的问题．使得其受环境 影响更小．且更加耐用 2010年 第3期◇◇ 4．单元式 静电扬声器可以是单块大面积振膜设计．这就是单 元式 对这面积大、又极薄的薄膜．要撑得平整已非易 事，而且需进行多重处理，需与其他配件安装配合，工序 繁多．可以想象很难操作．而且要保证其高低频性能的一 致性很难 5．多单元组合 全频带静电扬声器采用大小单元分工配合设计．大 面积重放低频．小面积重放中高频．单元尺寸大小经计算 机反复模拟计算测试确定．使其更加符合声学原理 6．静电扬声器的优缺点 优点 (11 平面驱动，定位较好，随听音距离的声衰减较 传统喇叭小 (传统喇叭为指数性衰减。静电为线性)，近 声场远声场都很好 f21 振膜厚度是传统喇叭的 1／100 ，是全 体受同相位力驱动 驱动点均匀分布在振膜全部 表面 ， 没有传统喇叭的分割振动、能量残留， 瞬态极好．理论上可以与音乐信号同步变化．音 色准确、声音纤细、干净、透明。 (3)是电场力驱动，没有磁钢，所以不存在 磁化显示屏问题 实用影音技术 表 1 (4)没有箱体，所以不存在传统音箱的箱声问题。 (5)工作状态是高电压低电流，转换速率高。 缺点 (1)因为以空气为介质、电场力驱动，所以空气温湿 度对其性能有一定影响 (2)是平面音箱、双面发声，摆位较传统音箱复杂。 (3)比传统音箱多一套电源系统。 (4)扬声器带高压，使用中要格外小心。 (5)目前还只能室内使用 四、静电扬声器与动圈扬声器对比 静电扬声器与普通扬声器对比见表1 五、应用举例 由于静电扬声器的生产工艺极为复杂．目前能够生 静电扬声器 动圈扬声器 振膜薄 勺0．Olmm)，瞬态好 振膜较厚，惯性大 电场力全面驱动振膜，失真小 局限音圈驱动振膜，失真较大 无箱体，直接发声，无任何干扰 有箱体，发声受限制，有共振声 双面发音，有立体及深度感 单面发音，真实感较困难 电场力驱动，不存在磁化问题 磁场力驱动，有磁化显示屏问题 工作状态为高电压小电流，转换速率高 工作状态为小电压大电流，转换速率低 产静电扬声器的厂家较少．至使静电扬声器的价格昂贵 目前生产静电扬声器有名的厂家有英国~Quad(国都)， 美国的Martin Logan(马田卢根)、意大利的ACOUSTAT (奥古斯汀)、美国的Static、美国的SoundLab、荷兰的Fi． nal等几家。 Quad~始)~Peter walker在1932年就设计出静电扬声 器 ．但直到1957年Quad公司才推出第一款产品ESL一57 (图7)。它的一个经典产品是ESL一63(图8)。该产品是 Quad1963年开始对ESL一57进行改良．经过18年的研发． 直到1981年才正式推向市场 可见，要成为经典产品是多 么不容易。图9是它的频率特性，可以反映出它的品质。 1998年．QuadS．推出第三代产品ESL一988和989 近年来 Quad宝刀不老．又相继推出第四代产品ESL一2805和2905 Quad是静电扬声器的鼻祖．对静电扬声器发展起着承前 启后的作用 Quad静电扬声器的特点是采用自己开发的 Delay Line Concentric Ring(延迟排列同心环)技术 这种同心圆方式被称之为是目前最自然的发声方式 (参见 图10)。Quad~静电扬声器都是全静电式的．即高中低频 全部由静电扬声器播放 虽然全静电扬声器没有分频器．这对于低频相位的 正确播放有一定的帮助．但静电扬声器的振膜前后振幅 很小．所以无法发出如锥盘喇叭那么多的低频段量感与 强劲音量．除非静电振膜的面积很大。为了扩大静电扬声 器的使用范围．许多静电扬声器都附和了传统的电动式低 音扬声器或匹配低音炮使用 如美国的Martin Logan(马 田卢根)公司的产品．就是将静电扬声器和电动式低音扬 声器混合使用．做成一个混合的音箱。 谈到静电扬声器，不能不说Martin Logan，这是一家 位于美国堪萨斯州劳伦斯的静电扬声器生产厂家．它的创 始人Gayle Martin SandeFS早在1975年就沉醉于静电技术 之中．他相信静电技术能再现最完美的声音 静电技术早 在上世纪30年代就已经发明．但因为它不安全的高压和庞 大的体积．加之对低音无能为力而无法普及 经过多年的 研发，Sanders与Ron Sutherland合作．于1981年推出实用 静电扬声器Monolith(参见图11)。在事业的发展过程中． Sanders赢得了很多的奖项以及美国政府颁发的专利权． 这其中包括了CLS(曲线式线源)的专利。CLS这种静电 嵌板是每个马田卢根扬声器必备的核心部件 马田卢根静电扬声器采用一片轻且薄的聚酯质透明 振膜，悬挂在两块网状呈弧面的固定极板之间 (图12)。 此聚酯薄膜与高压直流供电器连接．与固定极板之间建 立2500V至3500V的静电压 还有一只变压器连接着极板 与功放之间．它把功放输出的音频信号转变为强度相等 而极性相反的高压信号．通过极板后．让已充上正电荷的 聚酯薄膜在电场效应的作用下产生推挽动作 由于整片振 膜承受着均匀的驱动力．故能达成失真极低．线性优异的 活塞式活动 静电振膜全部采用蒸镀方式制作．将导电的 金属层又薄又均匀地附着在振膜上面．解决了涂覆不均匀 的问题。 采用静电与锥盆混血设计是马田卢根的特色．从第 一 对Monolith开始便如此 (图13)。喜欢静电扬声器的人或 许对这种设计略有微词．因为静电扬声器对输入的音频信 号的响应比锥盆喇叭的要快很多 马田卢根 采用混血的设计．好处是取得了锥盆喇叭在 低频上面的冲击力与量感．可以补足静电喇 叭之不足．此外在相同频宽的条件下．它所 需要使用的静电振膜面积也可以缩小一些 但是采用混血设计也有缺点．因为静电振膜 的工作速度比较快．锥盆低音在速度与相位 上要与静电振膜一致相当不容易 图14是混 血低音的剖视图．图l5是其背面接线端子 图。可见．静电扬声器的接线端子必需2套， 1套给静电．1套给锥盆低音 为了纪念公司成立20周年．马田卢根推 出限量纪念版CLS Ⅱz静电扬声器 (图l6)。 1962年．吉姆·史瑞克兰在意大利创立 ACOUSTAT(奥古斯汀)静电研究室。开始 寻找传统扬声器的替代 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。1960年代末． 2010年 第3期< — x 罐蓬 蔽 # 一 爱 一 0 0一 。 『 墼 - 糕 囊 ■ 圈21 0 stat Mod 14 0 ， ■ | 奥古斯汀第一代产品X系列面世 (参见图17)，1980年代， 奥古斯汀在意大利建立了2个大规模的加工基地：21世纪 初．致力于全球发展模式的奥古斯汀进入中国，并成立专 门的推广机构。2002年1月，奥古斯汀静电扬声器首次在 国内亮相，把意大利式的浪漫色彩带到中国。奥古斯汀静 电扬声器与国都的一样．也是全静电式 的．参见图18～图22 其中最为气派的 Model 8．顶天立地 奥古斯汀静电研 究小组历经数年潜心研究．率先开发出 高品质低价位的静电扬声器系统．以便 将贵族的静电扬声器平民化 六、使用注意 由于静电扬声器是容性负载．其阻 抗有时会低至2Q以下 因为使用了升 压变压器．静电扬声器实际上是一个复 杂的LC谐振回路 如果使用普遍的晶体 管放大器来推．容易引起自激 静电扬 声器的反向电动势引起的反向冲击．容 易击穿后级的功放管．所以．应该用输 出阻抗低、无大环反馈的晶体管功放， 以及使用输出变压器作输出的胆机去推 动静电扬声器 <、9 实用影音技术 静电扬声器前后辐射是反相的 经过墙壁、家具等反射会减弱或增强 正面的辐射 要将不利因素降到最小． 就要求听音房间要有足够的吸收 静 电扬声器的摆放高度以大体上其中心 高度与听众耳部高度一致为宜。 静电扬声器属于二面开放式的偶 极发声．这种设计由于前后两面发声 的相位是相反的．因此对于摆位要求 比较严格．以免因为摆位不当而让某 些频段相互抵消．或相互增强 由于 每个房间的实际情况不同．因此也没 有所谓的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 摆位法．一定要多试几 次 不过建议不要离开后墙1m以上． 离侧墙至少也要有50cm以上 到底要如何更精准的知道扬声器 摆位是否正确?假若你有20Hz 20kHz 的测试信号CD．请将它拿出来播放． 注意听是否有哪些频段的音量显得比较多或比较少．由此 来调整扬声器摆位．找到一处整个频段听起来最平顺的位 置，那就是最佳位置。当然，假若你对饱满的中频段与丰 富的低频段有偏好．也可以利用自己熟悉的软件去找到符 合你需求的摆位。困