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DIY 个等离子喇叭扬声器

时间:2012-12-01 22:11来源:bbs.hifidiy.net 作者:okk 点击: 次
下载 (21 KB) 2010-9-19 16:28 phonog.jpg DIY友丙。铝制号筒,铝型材屏蔽,做工精细些。此图中有等离子焰。 下载 (16.18 KB) 2010-9-19 16:28 plasmaferti.JPG DIY友� :磐膊牧衔粗ǚ⒑诼粒渴髦浚杆客帘
(一)立项可行性分析

(等)离子扬声器是一种利用气体放电引发声波的新型扬声器。在欧洲已经形成了比较成熟的商品。它的突出优点是:振源极轻无谐振,发声纯净频带极宽(1KHZ—150KHZ)。目前正为一些有创新意愿的DIY友所关注。

先上几张商品化(等)离子扬声器的结构图。

acapella Tw1s front-top.jpg

ACAPELLA

acapella Tw1s top.jpg
acapellaviolin2.jpg

COROMA  (LANSCHE使用)
corona 1.jpg

corona_schnitt_s.jpg
corona_3_s.jpg
corona_7_s.jpg


咱们就从这些图来分析一下COROMA及ACAPELLA的特点及共同点:
1)使用电子管PL519(似乎也就是行扫描管)及高频螺旋线圈起焰,高频频率应是数十MHZ量级(可能是27MHZ)。
2)使用含陶瓷结构的金属辐射号筒。(灵敏度达到 90—100 DB / 瓦米 。)
3)克服环境污染的措施到位:使用良好的电磁屏蔽,及高频隔离。但并未采用惰性气体消除O3。
4)电源容量也就 200 瓦 左右。
能在欧洲国家里实现商品化,上CES展览会,咱们就姑且认为环境污染问题已能克服了,不必再为之忧虑不休了。

看起来这些实现硬件的条件,许多DIY胆机、DIY电子的朋友手中都具备。所以跃跃欲试者众。咱们HIFIDIY论坛里,已有些DIY电子的朋友拉出了电弧,取得了一些进展。火腿论坛(对高频更是行家了)有的烧友已搞了好几年了。国外的DIY友玩的就更多啦。所以不能算从零开始,可借鉴的电路及经验有的是。
等离子扬声器测试结果如何?没有查到上述商品单元的数据;但从公布的大功率(等)离子扬声器测试情况看,测试结果则有些出奇地好:

频响图。上半部的 相位—频率 图就属于出奇的好,一点湾也不打;下半部的 幅度—频率 图也很好,虽然可能有 +- 1DB 的起伏,但其变化十分平缓,全无寄生谐振的迹象。
PL7 f-ap.gif


再看它的瀑布图(CSD),似乎是令人吃惊的好了,在 0.04MS 的的区间内全线急速下落,干干净净。难怪写听感的主儿都在说它的声音清纯、靓丽云云。
PL7 water fall.gif


从音箱驱动单元的角度看,DIY(等)离子扬声器的目的应当是出好声,只“能出声”是不够的。总是要讲究个性价比的。起始目标成本应当低于流行的进口品牌球顶绢膜高频单元;总体性能水平也应与之有一比才好,最好能超过它们。当性能上确有优势时,才能考虑提高或追加成本。这个目标现实吗?

现在设想,要DIY这玩艺儿,可以分成下面的几个方块进行。这些问题都是需要认真解决的:
1)高频火焰的准确操控。频率、电压、电流、稳定性。包括相关电路设计。
2)音频调制的方法及质量控制。(COROMA似乎是屏栅极调幅,ACAPELLA从结构图上看不出来,不能肯定。)
3)金属辐射号筒及电极的设计及相应的机加工。电磁屏蔽相关的机加工。
4)音频指标的测试及相应的综合调试。

这个DIY项目要上马的话也不能指望“立竿见影”一蹴而就。也要准备跑个马拉松。音箱坛子里下手玩电路的朋友不多(不建议初学者在准备不足时匆匆介入,毕竟要玩高电压,安全第一!),音响和胆机坛子里下手玩电路的朋友就多多了。可以结合起来发挥优势搞。

希望大家发表意见,亮亮各自所长及优势,看看能否群策群力搞起来。


看看国外大功率(等)离子扬声器的演示会。
auff1_k 演示.jpg



楼规划的第一步:
“1)高频火焰的准确操控。频率、电压、电流、稳定性。包括相关电路设计。”

开始想用台旧胆机摸索一些电路参数、基本结构、试试手头现成的胆管什么的。折腾一番,未知因素太多,毫无进展。
于是决定全盘照抄网上现成的电路,大家用得最多的就是这个 IONOVAC 电路了。
ionovac.gif   
ionovac.gif


这个管子 6DQ6 就是老式电视机的行扫描管,用国产的 6P13P (北京市场上 RMB 10—15元/只)替代之,改改管脚号就可试起来。所有元件基本按图中去做。电阻全按图中数值取。电容都是用来滤除高频的 1000PF - 10000PF 都可用,耐压数值则要取高些好。小扼流电感用 0.3 MM 漆包线在 5W 的电阻上绕 130-140 T 就可得到 100 uH 电感量。

火炬点燃了.jpg   
火炬点燃了.jpg


黑暗中的火炬.jpg   
黑暗中的火炬.jpg


傻瓜数码微焦没对好,日后再上好看的吧。

这个火炬的频率约为 15MHz。颜色上的感觉和网上洋DIY友似乎差不多。
目前可以肯定地说,这个 IONOVAC 电路是成熟的,国产的 6P13P是可以玩起来的。



再贴个另一个洋 DIY 友的图。
元件参数可互相印证。
ionovac schmatics.jpg



当前主要任务应是解决火炬稳定问题。#p#分页标题#e#

换种燃点结构。
这样有利于将来接喇叭筒。

IMG_0057s.jpg


初次体验。音量虽小些,但离近些听时,等离子焰的音质感觉还是不错滴,清晰的乐曲中既无衰声也无杂音;也不象预期的高音单元的听感,总体的平衡感大出意料。是吗?该不是心理暗示的影响吧。

这里用的是一台完整的胆机放大器作电源及音频信号处理(放大)用。在#57楼的基础上,只接入一个变压器,用来加入声音信号。稍微一调就有了这样的结果,不由得信心倍增。还未来得及作细致深入地折腾呢。

现在给出这个完整的实验装置的详细电路及相关信息。
下面就是电路图:
电路图6P13P+胆机.GIF
电路图6P13P+胆机.GIF


应多位DIY友之约,现将等离子喇叭的工作原理结合现有电路图作些解说。(这个阶段还是找了点书读读滴,可不是信口开河哟。)

1)工作原理
产生振荡的核心是主线圈L1,现由1.1MM直径的漆包线在直径50MM的绝缘管上绕14圈,电感量约10uH。由电子管6P13P板(阳)极供给几百伏的高频振荡能量,在其悬空端形成几千到十几千伏的高频高电压。尖端局部形成足以击穿空气的电场,使尖端局部产生一组复合的放电过程而构成等离子焰,随着电流密度的递减,等离子焰由内到外逐层为:弧光放电、辉光放电、电晕放电;高频电流最终由等离子焰通过分布电容回到接地区,即电子管6P13P的阴极。所对应的离子焰颜色由内到外逐层为:亮、橙色、淡紫色。
6P13P供给的高频能量控制着等离子焰的大小(电流的强弱),所以把音频信号加在6P13P第二栅极上就能控制等离子焰的大小,从而推动空气产生声波。
推论:第二栅的主要作用属音频电路。不参与射(高)频电流的活动。

2)关于其他的各种元件:
电感L6(在2W 20欧的电阻上绕4圈导线制成)用来抑制可能发生的超高频寄生振荡。
L2、L3、L4、L5 都是扼流圈,和电容C3、C4、C5、C9 组成低通滤波器,来阻止高频能量逸出屏蔽外壳,防止电磁波污染环境。
电阻R1、R2 提供合适的电子管第一栅极及阴极间的电压,保证6P13P处于正常的直流工作条件。
电容 C7 接于电子管的第一栅,通向耦合电极,提供产生振荡的反馈通路。C7对高频信号是直通的,它的实际功能是隔断直流电压,防止偶然事件导致+350V的电压触到第一栅极,造成电子管损坏。
关于耦合电极,网上流传耦合电极是“3/4圈电感”的说法应属不实;俺所刊出的三幅等离子焰照片里,耦合电极形状各有不同,但都应属电容作用。下图所示的耦合电极也应视为“1 又 1/4 圈导线构成的电容”。
推论:第一栅的主要作用属射(高)频电路。不参与音频电活动。

3)现成的双声道胆机放大器用作电源及音源。
把左声道的电子管都拔去,从末级管座上引出:板极电压(+350 V)、第二栅极电压(+150 V)、灯丝电压(6.5 V),把它们送入等离子喇叭屏蔽壳内。
音频变压器的初级由胆机放大器右声道的 8 OHM 输出来驱动,用的其实就是一个15瓦的220 V —> 15 V 的电源变压器。把这音频变压器的次级线圈串入第二栅极电压馈线里,这样一来电子管6P13P的二栅极电压将随着音频信号在 +100 V — +200 V 之间波动,控制等离子焰的大小。
把声卡的输出送入胆机放大器右声道的输入端,就可使等离子喇叭:播放音乐、发出音频正弦波、发出音频MLS序列等,进行测试或试听。
经证实这段音频电路的频响在 20KHZ 以下是平直的,20 — 30KHZ 有个升降过程,30KHZ 以上就急剧下降了。普通质量的胆机嘛,也就这水平了。

调整过程中振荡频率为 26MHZ—27MHZ,最终应调准到 27.12MHZ。
这是实验装置工作发声情况的写真。
写真6P13P+胆机.jpg
写真6P13P+胆机.jpg


由于光线较强,等离子焰显得较小。
与#61楼照片的线圈相比,可看出主线圈圈数减少了,电感减小是振荡频率升高的原因。

对没有做过DIY电子或未关注过电子管的朋友,这些解说的帮助可能还是不够的。但限于篇幅,暂时只有打住了。

后续的步骤应该可以进行一些初步的声学测试了。


等离子焰的PP不易照清楚,老对不上焦,而且对比度太大,弧光区每每被夸大了。这张清楚点,而且色彩较接近现场感受。
等离子焰.JPG

等离子焰.JPG



等离子焰的发声部位是哪里啊?白亮刺眼的弧光点?橙色的蜡烛芯?紫色的外晕云?
这个是等离子焰的结构示意图,为表达清除些,PS了一下。
等离子焰结构示意图.JPG
等离子焰结构示意图.JPG



应多位DIY友的意见,继续上点结构和电路图。
horizontal coil (2)s.jpg
horizontal coil (2)s.jpg



这是典型的 4、5极管功放电路。红线的内容是要改动或添加的。
6L6 amp.GIF
6L6 amp.GIF


火花塞做电极,试了两种。都不行,干脆不出火,怎么试都不行,而且还发烫。还不如铜线呢,上去立码就起焰。
火花塞及耐热胶.JPG
火花塞及耐热胶.JPG


火花塞.JPG
火花塞.JPG



费了些功夫把火花塞拆开,只用它的芯材,希望能取它的抗烧蚀性能。但仍然不出火,而且也发烫,怪哉!
拆开的火花塞.JPG
拆开的火花塞.JPG


双管齐下,实验琢磨离子焰及材料的同时,开始搞搞号筒的问题。

号筒的问题影响大体上应是两部分,扩展的口部主要影响低频端的平整及滚降,缩小的喉部结构应主要影响高频段的平整及延伸。
没有DIY过号筒。前期的动作肯定是打水漂的。即使为了积累感性认识及经验,也要从因陋就简开始。
找来玩具小喇叭(这个投入是低的极限了吧),装到金属屏蔽盒上。
toy horn (1).jpg

toy horn (1)s.jpg


小喇叭出声了。
声音听起来比离子焰大多了,听纯音(正弦)基本没问题,听音乐时音域的感觉与一般高音单元类似,但却能感觉到些腔声。
安装喇叭.jpg

安装喇叭s.jpg

市场经济纷围下,部分DIY友间形成的一项潜规则:报喜不报忧。若有利益驱动(****)则更加如是了。

为了更深入、更接近真实,俺主张修改规则为:“多报喜,少报忧”。既说说成绩,也说说问题,以利于吸取经验教训,少走弯路。

这里就说点问题:
上个声学测试的曲线,和感觉到腔声的听感还是符合的。


L丙G3 ion W3mS.GIF


这个测试的曲线低频端(2 KHZ)有+3DB 的峰,并伴随约 24DB/OCT 的滚降,这应该就是腔声的主要来源吧。说明喇叭口的扩张曲线有问题,需要改善。
曲线高频端(9KHZ、18KHZ)的峰,由于尚未做成与中音合成的系统,听到的不是全频声音,故难以说出它对听觉的影响。但应该认为这个喇叭的喉部结构还是有问题的,造成高频端的大起伏。估计这个问题将会比喇叭口延展扩张曲线更难处理。


喇叭里的火炬2s.jpg

喇叭里的火炬2s.jpg



看来这个小塑料喇叭的天然缺陷难以弥补了。但它功不可没,积累了折腾号筒的经验,明确了改进方向。

喇叭升级。
几经折腾,找来了金属号筒,增大了口径,减缓了扩张速度、增加了号筒长度。与小塑料喇叭相比,壮观多了。



IMG_0073s.jpg

horn2-flame .jpg


使用PL519完成度较高并且有资料(不是广告)的例子

完整电路:
rg1_tw.jpg

rg1_tw.jpg


rg1_ps.jpg

rg1_ps.jpg



单离子焰球形咖啡滤网屏蔽等离子喇叭所组成的完整扬声器系统。
pt1.jpg
pt1.jpg



http://www.ece.villanova.edu/~cdanjo/plasma2.html




不时有朋友关心这个“等离子扬声器”的进展情况。对此俺深表感谢。
“等离子扬声器”仍在有序地缓慢进展中,经过去年头半年的“飞速进展”后,转入了退而结网的状态。学习——仿真——实践——学习——仿真——实践……,多次的循环深入。对燃烧腔的结构及其与电路调控的

关系,已积累了一些知识和经验,当在后续全面构建系统的进程中体现出来。

再介绍一些搜罗到的国外“等离子扬声器”DIY友的图片资料。
这是四位DIY友所做的"号筒式等离子高音"。

DIY友甲。铝制号筒,粗铁丝网屏蔽,成本较低。
3993.jpg


DIY友乙。铝制号筒,铝板屏蔽,似乎投入多些。可看到音频电路用的电子管.
phonog.jpg #p#分页标题#e#
phonog.jpg

DIY友丙。铝制号筒,铝型材屏蔽,做工精细些。此图中有等离子焰。
plasmaferti.JPG
plasmaferti.JPG

DIY友丁。号筒材料未知(发黑铝?树脂?),细丝网屏蔽。它的燃烧腔是圆锥形的玻璃(石英?),带有紫色等离子焰。
imagesCAP2IC9V.jpg


构建成立体声系统的DIY等离子扬声器。
plasma spk s.jpg
plasma spk s.jpg


这一组介绍的是一位捷克DIY友今年3月到6月最新成绩的图片资料。
他说他的老爸是古典音乐烧友,他希望老爸有一天能认可他的离子火焰的音质

这一组介绍的,同样是历史上的社会主义国家—波兰的,一位DIY友今年?月刊出的最新成绩的图片资料。
他使用的是苏式高频功率管GU50(即国产FU50),这下打破了PL519系列的一统天下,对DIY友是好范例。

其外形的浓烈古典怀旧风格,甚为精彩。
古典怀旧风格全貌
sp_1.jpg
sp_1.jpg


他使用的是苏式高频功率管GU50(即国产FU50),这下打破了PL519系列的一统天下,对DIY友是好范例。

苏式高频功率管GU50
sp_back.jpg
sp_back.jpg

它的工作频率估计比捷克DIY友更低,他们都未公布相关数据及测试情况(如果作了的话)。
它的燃烧腔是用玻璃制成的,
结构比较简洁,清晰可见。

燃烧腔的结构
sp_chamber.jpg
sp_chamber.jpg


燃烧中的离子火焰
sp_dark2.jpg
sp_dark2.jpg
下载 (42.98 KB)
2011-1-1 12:08


以上两位DIY友的工作颇具参考价值

这是2011美国CES大展的上榜产品。
Acapella的三分频号角音箱。
高音是等离子扬声器—俺的DIY目标。

现场:
2010CES-11-Acapella1.jpg
(责任编辑:admin)
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