Плазменные динамики или ионофоны — это разновидность громкоговорителя , который изменяет давление воздуха с помощью электрической плазмы вместо твердой диафрагмы . Плазменная дуга нагревает окружающий воздух, заставляя его расширяться. Изменяя электрический сигнал, который управляет плазмой и подключен к выходу аудиоусилителя , размер плазмы изменяется, 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 является гораздо более поздним развитием физических принципов, продемонстрированных «поющей дугой» Уильяма Дадделла в 1900 году [2] , а Герман Теодор Саймон опубликовал то же явление в 1898 году [3].
Термин «ионофон» был использован доктором Зигфридом Кляйном, который разработал плазменный твитер, лицензированный для коммерческого производства компаниями DuKane с Ionovac и Fane Acoustics с Ionofane в конце 1940-х и 1950-х годах. [4]
Эффект использует преимущества нескольких физических принципов: [5] Во-первых, ионизация газа создает высокопроводящую плазму , которая реагирует на переменные электрические и магнитные поля . Во-вторых, эта плазма низкой плотности имеет пренебрежимо малую массу. Таким образом, воздух остается механически связанным с по существу безмассовой плазмой, что позволяет ему излучать почти идеальное воспроизведение источника звука, когда электрическое или магнитное поле модулируется аудиосигналом.
Обычные конструкции преобразователей громкоговорителей используют входной электрический сигнал звуковой частоты для вибрации значительной массы: в динамическом громкоговорителе этот драйвер соединен с жестким диффузором динамика — диафрагмой, которая толкает воздух на звуковых частотах. Но инерция , присущая его массе, сопротивляется ускорению — и всем изменениям положения диффузора. Кроме того, диффузоры динамиков в конечном итоге будут страдать от усталости при растяжении из-за повторяющегося сотрясения звуковой вибрации. [6]
Таким образом, выход обычного динамика или точность устройства искажаются физическими ограничениями, присущими его конструкции. Эти искажения долгое время были ограничивающим фактором в коммерческом воспроизведении сильных высоких частот. В меньшей степени характеристики прямоугольных волн также проблематичны; воспроизведение прямоугольных волн больше всего нагружает диффузор динамика.
В плазменном динамике, как члене семейства безмассовых динамиков, эти ограничения отсутствуют. [ требуется цитата ] Драйвер с низкой инерцией имеет исключительную переходную характеристику по сравнению с другими конструкциями. [7] Результатом является равномерный выход, точный даже на более высоких частотах за пределами диапазона человеческого слуха. [8] Такие динамики отличаются точностью и ясностью, но не на более низких частотах, поскольку плазма состоит из крошечных молекул и при такой малой массе не может перемещать большие объемы воздуха, если только плазма не находится в большом количестве. Поэтому эти конструкции более эффективны в качестве твитеров . [ требуется цитата ]
Плазменные динамики ионизируют окружающий воздух , содержащий газы азот и кислород . В интенсивном электрическом поле эти газы могут производить реактивные побочные продукты, а в закрытых помещениях они могут достигать опасного уровня. Два основных производимых газа — озон и диоксид азота .
Plasmatronics выпустила коммерческий плазменный динамик, который использовал гелиевый бак для подачи ионизирующего газа. В 1978 году Алан Э. Хилл из Лаборатории вооружений ВВС в Альбукерке, штат Нью-Мексико, спроектировал Plasmatronics Hill Type I , коммерческий гелиево-плазменный твитер. [9] Это позволило избежать озона и оксидов азота, образующихся при радиочастотном разложении воздуха в более ранних поколениях плазменных твитеров. Но работа таких динамиков требует постоянной подачи гелия.
В 1950-х годах пионерская корпорация DuKane Corporation выпустила ионизатор воздуха Ionovac , продаваемый в Великобритании как Ionophone . В настоящее время в Германии остаются производители, которые используют эту конструкцию, а также множество конструкций для самостоятельного изготовления, доступных в Интернете.
Чтобы сделать плазменный динамик более доступным продуктом, ExcelPhysics, компания из Сиэтла, и Images Scientific Instruments, компания из Нью-Йорка, предложили свои собственные варианты плазменного динамика в виде набора для самостоятельной сборки . Вариант ExcelPhysics использовал строчный трансформатор для повышения напряжения, тактовую микросхему 555 для обеспечения модуляции и несущего сигнала 44 кГц , а также аудиоусилитель. Набор больше не продается. [10]
Пламенный динамик использует модулированное пламя для драйвера и может считаться связанным с плазменным громкоговорителем. Это было исследовано с использованием сгорания природного газа или свечей для получения плазмы, через которую затем проходит ток. [11] Эти конструкции сгорания не требуют высокого напряжения для создания плазменного поля, но не было никаких коммерческих продуктов, использующих их.
Похожий эффект иногда наблюдается вблизи мощных амплитудно-модулированных радиопередатчиков, когда коронный разряд (непреднамеренно) возникает из передающей антенны, где задействованы напряжения в десятки тысяч вольт . Ионизированный воздух нагревается в прямой зависимости от модулирующего сигнала с удивительно высокой точностью на большой площади. Из-за разрушительного воздействия (самоподдерживающегося) разряда это не может продолжаться, и автоматические системы мгновенно отключают передачу в течение нескольких секунд, чтобы погасить «пламя».
