4.12. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ

Электростатический громкоговоритель используется сравнительно редко. Наряду с рядом достоинств (малыми нелинейными искажениями, хорошей передачей высоких частот, большой равномерностью частотной характеристики чувствительности) он имеет такие эксплуатационные недостатки, как резко меняющееся с частотой электрическое сопротивление, необходимость питания высоким напряжением звуковой частоты и подачи очень высокого (до десятков киловольт) поляризующего напряжения. Мощности этих высоковольтных цепей (особенно цепей поляризации) невелики и защита от этого напряжения осуществляется сравнительно просто. Однако такие громкоговорители невозможно эксплуатировать

на открытом воздухе и в условиях повышенной влажности. Промышленных образцов этих громкоговорителей немного.

Схематически устройство электростатического громкоговорителя изображено на рис. 4.43. Очень тонкая металлизированная напылением диафрагма-пленка натянута между неподвижными электродами в виде решеток из стержней (или сетки). При подаче на неподвижные электроды поляризующего напряжения симметрично относительно диафрагмы и возбуждающего антисимметрично возникают силы притяжения к электродам, разность которых будет двигать диафрагму. В соответствии с (3.14) и в силу противофазности переменного возбуждающего напряжения сила, действующая на диафрагму, составит:

Рис. 4.43 Электростатический громкоговоритель

Как видно, нелинейные искажения, связанные с квадратичными членами в выражении для силы притяжения, компенсируются и отклонения диаф рагмы от среднего положения могут быть большими: величина представляет собой напряженность электрического поля между электродами и диафрагмой. Чем больше эта напряженность, тем больше коэффициент отдачи громкоговорителя. Предел этой величине ставится электрической прочностью изоляции между электродами и диафрагмой, а также устойчивостью диафрагмы в электрическом поле (см. параграф 4.8). Практически эта величина достигает несколько десятков Во избежание повреждения диафрагмы при случайных касаниях неподвижных электродов при больших отклонениях на электроды наносят тонкий защитный изоляционный слой и поляризующее напряжение на диафрагму подают через весьма большое сопротивление.

Частотную характеристику чувствительности электростатического громкоговорителя можно расчитать на основании (4.85). Вследствие того что громкоговоритель имеет практически чисто емкостное электрическое сопротивление, удобнее рассматривать его чувствительность не по току, а по напряжению на входе

оконечного каскада усиления, питающего громкоговоритель. Тогда

Величину находят с помощью (4.85); полное электрическое сопротивление громкоговорителя внутреннее сопротивление; коэффициент усиления ламп оконечного каскада усиления, коэффициент электромеханической связи механическое сопротивление диафрагмы; Независимость от частоты достигается при условиях: в этом случае

Условие соответствует тому, что площадь диафрагмы велика и сопротивление излучения ее близко к предельному а условие 5 означает, что механическое сопротивление диафрагмы мало по сравнению с сопротивлением излучения воздуха.

Для диафрагм применяется пластмассовая пленка в толщины, с поверхностной плотностью Реактивное сопротивление массы такой пленки сравнимо с волновым сопротивлением воздуха только на частоте Таким образом, полное механическое сопротивление возрастает всего в раз по сравнению с на краю слышимого диапазона частот. Соблюсти условие малости внутреннего сопротивления оконечного каскада усиления по сравнению с емкостным сопротивлением громкоговорителя в широком диапазоне частот не удается. Для согласования этих величин требуется согласующий электрический четырехполюсник.

Часто применяют разделение громкоговорителя на 2, 3 и более частей, каждая из которых предназначена для передачи только части диапазона частот. Линейные размеры излучающих диафрагм и емкости этих полосных громкоговорителей находятся в обратном отношении к средней частоте излучаемой полосы. Такое разделение диктуется еще и тем, что отклонение диафрагмы при излучении звукового давления заданной амплитуды обратно пропорционально частоте. Для излучения достаточной мощности низких частот требуется большой зазор между электродами и большая площадь диафрагмы. Собственная частота диафрагмы для устойчивой работы ее должна быть ниже рабочего диапазона частот. Такая диафрагма на частотах, превышающих частоту ее основного резонанса, имеет тенденцию колебаться с большим числом узловых линий. Это ведет к появлению неравномерности частотной характеристики. Применение «набора» громкоговорителей для распределения излучения по полосам частично устраняет этот недостаток. Наконец, коэффициент концентрации излучения растет с увеличением частоты при неизменной площади диафрагмы.

Несколько малых громкоговорителей для высокочастотной части диапазона, расположенных под углом друг к другу, предотвращают чрезмерную концентрацию излучения высоких частот.