|
|
Mi az a Plazma hangszóró?
Én az ismerkedést ezzel a hangszóróval Györök György cikkével kezdtem [1]. Amikor elovastam a cikket, rögtön megfogalmazódott bennem, hogy egy ilyet építenem kell nekem is. A leírásban PL504-el készített plazma hangszórót. A PL504-et én keveseltem, és a neten szétnézve rátaláltam Ulrich Haumann oldalára, ahol PL509, vagy inkább PL519 a felhasznált cső. Mint leírja egy HiFi bemutató alkalmával a '80-as években ismerkedett meg a plazma hangszóróval, de a kiállításon résztvevő fejlesztő Dr. Siegfried Klein semmi érdemi információval nem szolgált a plazma hangszóróról. A szerencse akkor mosolygott rá - és így ránk is - amikor egy IONOFANE 601 típusú plazma hangszórót vittek neki javításra.
A plazma hangszóró tulajdonképpen egy RF teljesítmény erősítő ami 27Mhz körüli frekvenciával működik - jelen esetben. Ez állítja elő a plazmát egy Tesla tekercs segítségével. A bevezetett hangfrekvenciás jel a plazmát modulálja, tehát az egész egy AM modulált 27MHz-es adó.
Miért is jobb mint a hagyományos hangszórók?
A hagyományos hangszórók alatt rendszerint a dinamikus hangszórókat érthetjük. A dinamikus hangszórók működése igen egyszerű. Egy tekercset mágneses térbe helyezünk. A tekercset valamilyen hangfrekvenciás erősítővel hajtjuk meg. Az erősítőből érkező elektromos áram hatására a tekercsben mágneses tér indukálódik, ami a köré helyezett mágneses térrel való kölcsönhatása révén igyekszik elmozdulni. Ezt az elmozdulást valamilyen módon próbáljuk "hangá" alakítani, rendszerint egy papír membrán segítségével. Mint a működéséből látható ennek az elektro-mechanikai rendszernek több helyen is véres a torka. Kezdve ott, hogy a generátor (hangfrekvenciás erősítő) igen ritkán illeszkedik optimálisan a tekercshez. Ezt az illesztetlenséget tovább fokozhatjuk egy több utas rendszerben, keresztváltó alkalmazásával. A több utas rendszereket a dinamikus hangszórók viszonylag szűk átfogási tartomány indokolja. De talán sokkal nagyobb problémát jelent a mechanikai kialakítás, a mozgási energia átalakítása levegő, illetve hangnyomássá, ami a mozgást hallható hanggá alakítja. Mint látható igen komlex rendszert alkot egy ilyen hagszóró és ahány alakítás annyi hibalehetőség és torzulás a vissza adott hangban, és még meg sem említettem az alkalmazott anyagok öregedését.
Sokkal kevesebb problémát okozhatna egy olyan átalakító - hangszóró, amely az elektromos jeleket rögtön hanggá lenne képes alakítani, a mechanikai hókusz-pókusz kiiktatásával. A plazma hangszóró pont egy ilyen megoldásnak látszik. (Mint minden, azért ez sem tökéletes!) A plazma hangszóró tulajdonképpen egy folyamatos plazma forrás. Ahhoz, hogy hangszóróként használhassuk a plazma térfogatát változtatjuk meg, melynek hatására a levegőben lökés hullámok keletkeznek, amit fülünk hangként értelmez. Ezen elv alapján láthatóan megszabadultunk egy csomó olyan problémától amely a dinamikus hagszóró esetében nem kerülhető meg.
Hogyan működik?
Az én kísérleteim alapját - mint már említettem - az [3] forás képezte. Az első változatot építettem meg, még azt a változatot amikor tranzisztorok végzik a cső G2-jének meghajtását. Az egész elektronika egy PL509 vagy PL519-es cső köré épült. (Felhasználható még az EL509 vagy EL519, illetve ezek orosz megfelelője is a 6P45C. A különbség pusztán fűtésükben van, miszerint a PL változatok 40V-os fűtést, míg az EL változatok az "E"-nek megfelelő 6,3V-os fűtéssel bírnak.) Az egész kapcsolás lelke tehát egy pentóda. Ez több szempontból is előnyös hiszen a feszültsége és teljesítménye alapján a tervezője is erre a feladatra szánta, csak akkor még legfeljebb ez nem tudatosodott benne. A másik dolog ami miatt optimális a feladatra az az, hogy egy pentódát nagyon könnyű amplitudó modulációval ellátni a második rácsára kapcsolt feszültség segítségével. Az áramkör tehát igen egyszerű a hálózati feszültséget egyenírányítjuk illetve egy feszültség kétszerező kapcsolással megduplázva (600V) előállítjuk a szükséges feszültségeket. Ez a feszültség táplálja a már említett pentódát, ami ellátja a nagy frekvenciás oszcillátor funkciót is. Az oszcillátor 27Mhz-es ebben az esetben. Az oszcillátor kimenete egy tesla tekercset hajt meg. A tesla tekercs szintén erre a frekvenciára hangolt és a frekvencia értéken tartását a visszacsatoló tekercs segítségével valósítja meg. A tesla tekercs csúcsán keletkezik a plazma. Mint már említettem a plazmát moduláló jelet a pentóda G2 rácsára kell kapcsolni. A T1 tranzisztor és a P1 potenciométer segítségével állíthatjuk be a csövön átfolyó áram nagyságát és ezzel együtt a plazma méretét. A T2 feladata a bejövő hangfrekvenciás jel illesztése. A P2 segítségével a modulációs mélység állítható be.
A konstrukció, megépítés.
A megépítést kezdjük mindjárt néhány a biztonságra és a veszélyekre figyelmeztető mondattal! Figyelem! Mivel a készülék közvetlenül hálózatra kapcsolódik baleset, tűz és életveszélyes! Belső szerkezeteinek érintése, - még teljes áramtalanítás után is - életveszélyes, minden esetben várjuk meg a biztonsági időt amely a kondenzátorok (C2,C3) kisülési idelyének legalább a duplája! Hacsak lehet, - legalább - a kísérletezés és a szerelés idelyére használjunk leválasztó transzformátort! A készülék jelentős mennyiségű ózont termel! Ebben a mennyiségben az ózon már egézség károsodást okozhat, 30m2-nél kissebb helyiségben csak szellőztetés biztosításával használjuk! Mivel a készülék egy nagyfeszültségű és - éppen elegendő - teljesítményű rádióadó, káros elektro-mágneses szmogot termel, ami zavarhatja környezetét (CB-sávba esik és a modellek írányítására kiosztott csatornákat is zavarhatja). Ezért, és a balaset megelőzése érdekében mindenképpen árnyékoljuk le, fém hálóval és/vagy dobozzal, melyet földelünk.
A megépítés igen egyszerű. Én egy jó vastag falapra építettem fel a kísérleti darabot. Leválasztó trafót használtam, és mellékesen a trafó állítja elő a szükséges fűtő feszültséget is. Előszőr a tápot érdemes megépíteni és ellenőrizni. A tekercsek elkészítése igen egyszerű. Az L3 tekercs a kereskedelemben kapható 100µH-s 1A-es fojtó. Az L1 elkészítése sem bonyolult. Egy 35mm átmérőjű porcelán vagy üveg testre tekerjünk fel 15 menetet (kb. 70mm szélességben), 0,9-es madzagból. Plusz, minusz, 1 menet nem számít. Ha szerencsénk van a tekercstestet rádióamatőr találkozókon beszerezhetjük olcsón. Az L2 egy fél vagy három-negyed fordulat és mint a képeken is látszik az L1 tekercs felső, csúcs felöli kivezetéséhez tegyük, hiszen innen csatol vissza. Én, önhordó kivitelűre készítettem, amint az a képeken jól látszik -remélem. A cső fűtését egy 4n7-s kondenzátor segítségével zárjuk rövidre, nagyfrekvenciás szempontból.
 Plazma hangszóró: Bekapcsolás előtt, még némán |  Plazma hangszóró: Mire lefényképeztem már meg is olvadt a csúcs |  Plazma hangszóró: Itt már csillagszóró |  Plazma hangszóró: Ez sem bírta sokáig... |  Plazma hangszóró: Végre egy kis plazma |
Ha bekapcsoláskor rögtön nem indul el a plazma - nekem sem ment elsőre - akkor a plazma méretét állító potit (P1) csavarjuk középre. Kapcsoljuk be, majd várjunk vele 1-2 percet ameddig a cső felfűt. Egy szigetelt csavarhúzóval (1KV-os szigetelés!) az L2 visszcsatoló húrkot lassan mozgassuk. Ne ilyedjünk meg, a csavarhúzó szikrázni fog. Ha így sem sikerül, csavarjuk fel a potit. A normál zenehallgatáshoz elég az 5-10mm-es plazma. Egy jól emittáló 509/519-nek 40-50mm-es plazmát kell adnia. Szerelésnél, igyekezzünk nagyfrekvenciás szempontból is helyesen eljárni. Rosszul szerelt, huzalozott készülék könnyen nagyfrekvenciás gerjedés áldozata lehet, és sűrűn cserélni kell majd a pentódát. Amúgy igen szép látványt nyújt, amikor az anódja pirossan izzik és belülről - gondolom - a rácsról mindenféle izzó darabok válnak le és cikáznak a belső térben. Kár, hogy az anód izzásától az üvegballon is megolvadhat, amikor is a vákuum szépen rácuppantja az üveget az izzó anódra. Ezt az esetet eddig csak egyszer sikerült látnom. Sok kísérletezés következtében jó pár PL509-el lettem kevesebb. A működés közbeni enyhe anód izzás, még normális dolog. A plazma hangszórónk amúgy igen szépen szól. Ne feledkezzünk meg arról, hogy 3,5KHz-től működő képes, de a jelleg görbéit áttanulmányozva [3] azt mégis inkább 5KHz-től érdemes járatni. Ezért a bemenetre érdemes egy felül áteresztő szűrőt helyezni, vagy egy 5KHz-1,5MHz-es sávszűrőt. A bemenete egy hangszóróhoz hasonlóan érzéketlen, tehát végerősítő kimenetről kell járatni, és ide építhetjük a már említett sávszűrőt is. Ha ellátogatunk a [3] oldalára találhatunk megoldást arra nézve is, hogy vonalszintről üzemeltethető legyen, természetesen csövekkel. Én addig nem gondolom ezt kiépíteni ameddig számomra elfogadhatóvá nem tudom tenni a zajt.
Tapasztalatok.
Mint említettem rögtön a [2] megjelenése után megépítettem. Sokáig probléma volt a felhasznált csúcs. A fiókom alján mindenféle ipari bőr varró van, és így gondoltam kellően jó anyagú acél varrógéptűkkel próbálkoztam. Sajnos hangot nem tudtam kicsavarni a dologból, mert a legvastagabb tűvel is csak másodpercekig működött aztán elégett a hegye és megszünt a plazma. Most dízel szerelőktől szerzett porlasztó csúcsokat használok. Sikerült szereznem wolfram tűt is - vetítő gépekben használatos Xenon izzóból - bár még nem próbáltam. De továbbra sem vagyok megelégedve a plazma saját zajával. Bár az [1] és a [2] irodalom is felhívja rá a figyelmét az embernek, azért mégsem ugyanaz olvasni róla és hallani azt.
Talán emlékszünk még arra amikor 2004-ben a sajtó szárnyára kapta Német Gábort mint ifjú lángelmét aki egy ilyen plazma hangszóróval nyert tanulmányi versenyt. Bár a sajtó igyekezett úgy beállítani, mint ha Ő fedezte volna fel a dolgot, de ez nem lehetett így. Az újságcikkekből azonban az derült ki, hogy bár nem Ő fedezte fel, de jelentősen javított rajta. Ez az állítás a cikkek és a cikkben megjelent kép alapján szintén nem látom igazoltnak, bár legyen így, de akkor publikálhatná miben is nyilvánult ez meg. A kép alapján ugyan egy sima [3] forrású utánépítésről van szó, mint ahogyan az én esetemben is.
A megoldás keresésében a fellelhető összes gyártott plazma hangszórót igyekeztem megkörnyékezni. Közös tulajdonságuk, hogy a palzmát valamiféle tölcsérrel csatolják az akusztikus térhez. Ez a tölcsér mind amellett, hogy növeli a hangszóró hatásfokát csökkenti a zajt. A zaj mibenléte amúgy a plazma sajátossága - [1] szerint - a kialakuló zajt, a plazma nagysága határozza meg. A plazmát pedig érdemes minél nagyobb méretben tartani, hogy kellően mély hangokat is át tudjon vinni, és persze a hatásfok növekedése érdekében is. Sajnos házi körülmények között plazma hangszóróval csak a magas hangtartományok fedhetők le. Mély hangokhoz extrém méretű plazma szükséges és ez otthoni körülmények között figyelembe véve a baleseti szempontokat is kivitelezhetetlen. Ipari méretekben ha jól tudom létezik ilyen, egy Plazma heggesztéssel foglalkozó cég jóvoltából. Az ő berendezésük azonban, óránként 5000 USD-t fogyaszt és némi cseppfolyós hidrogén is kell a hűtéséhez. Teljesítményére jellemző, hogy a '80-as Moszkvai olimpián helikopterről hangosítottak vele. A megoldás valahol a történelemben rejlik.
A plazma-hangszóró története.  Az egész történet valamikor az 1800-as évek végén kezdődött, amikor Poulson bemutatta éneklő ív fényét. 1900-ban azután Duddell is demonstrálta az éneklő ív fényt. Az igazi áttörés azonban 1946-ban következett be, egy francia feltaláló álltal, akinek a neve Siegfried Klein volt. (A képen) A találmány lényege abban rejlett, hogyan lehet az ívet, de nevezzük inkább plazmának, tehát a plazmát egy kvarc csőbe irányítani, és így egy tölcsérrel csatolni az akusztikus térhez. Az egész szerkezetet ugyan olyan jól lehetett használni mind mikrofonként mind hagszóróként az ultraszónikus vagy szubszónikus hullámok tartományában. Találmányát Ionofonnak nevezte. Már a kezdeti időkben is tisztában voltak a lehetőségével annak, hogy közel ideális hangszóró építhető ezzen találmány, és elv alkalmazásával. A megfelelő tölcsér alkalmazásával a teljes hangferekvenciás sáv lefogható sőt működőképes még 50KHz-felett is. A képen a nyitott Ionofon látható alumínium tányérjában. A katód a kavrc cső külseje míg az anód a kvarc cső belsejében helyezkedik el. Klein leírta a legmegfelelőbbnek talált anód anyagát is, ami 50% platina, 40% alumínium-foszfát, 5% iridium és 5% grafit. Az eredeti megoldásban ezt az aktív anódot elszigetelve melegítette, és a modulációhoz 700V-os feszültséget használt. 1951 decemberében a Radio-Electronics-ban E. Aisberg, és M. Bonhomme szerzőktől a nagyvilág is megismerhette a működését.  A nagyfeszültség a középen futó platina szál és az azt körülvevő hengeres szigetelő között lép fel. Működés közben a platina szál környezete 1000 oC körüli hőmérsékletű, és az emittálóból kilépő elektronok és a magas hőmérséklet létrehozzák az inozált csatornát a plazmát. Maga a feltaláló, egyszerűen modulálta a nagyfrekvenciát az alacsonyabb hangfrekvenciával. Így a hangferekvencia arányában változott a kisugárzó közeg hőmérséklete is, ezzel nagyon hasonló működésű mint Edison Termofonja. Csak, míg Edison találmányának működése az alacsony hangfrekvenciás tartományra korlátozódott addig az Ionofonnak nincsennek korlátai a hangfekvenciás tartományban. A hanghullámokkal kapcsolatban csak a tölcsér áll, ami mentes mindenféle mechanikai mozgástól és annak káros következményeitől.
A későbbi modellekben 100kHz-es oszcillátor frekvenciát használtak. Kicsit módosítottak a kvarc és a platian konstrukcióján. Az oszcillátort modulálták a hangfrekvenciával. A kvarc csővel létrehozott kisülési térben immáron megjelent a kékes-lilás palzma "láng" és vele együtt a zaj is. A zaj elviselhető mértékűre csökkent amikor az oszcillátor frekvenciáját megemelték 2-3MHz-re.
 Pár évvel később jó néhány találmány jelent meg a témában. A találmányokat az alábbi cégek nyújtották be: DuKane az USA-ból, a Plessey Ltd. Angliából, Telefunken az NSzK-ból és az Audax, Francia országból. Mindannyian hasonló problémával küzdöttek, nevezetesen azzal, hogy néhány óra elteltével a platina kicsapódik a kvarc belső falára csökkentve ezzel a kimeneti teljesítményt. Ezt a problémát a Telefunken oldotta meg azzal, hogy a platina helyett Kanthal-t használt. A Kanthal egy vas, króm, alumínium ötvözet amelyet Svédországban fejlesztettek ki elektromos kohók számára. A Kanthal nem párolog el. Klein előszőr 1954-ben látogatott el DuKane-hez St. Charles-ba William R. Torn-al. DuKane-nél teljesen újra tervezték az egészet Klein eredeti elgondolása alapján. Ekkor egy másik probléma is jelentkezett néhány órai üzem után a plazma gyakran nem alakult ki az első bekapcsolás után. Ezt a hibát a kvarc cső elektromos kapacitása okozta, illetve annak változása. Az oszcilátor kör megváltoztatásával orvosolták a gondokat. Immáron, a készülék megérett a kereskedelmi forgalmazásra és 1956-ben megszületett az Ionovac név. A forgalmazását egy előzetes megállapodás alapján 1958-ban kezdte meg az Electro-Voice. Az akkori ára $147 volt. Az elhasználódó alkatrészei 200, 300 órát bírtak azután cserélni kellett. A DuKane később átdologzta, csökkentette a súlyát, méretét. Az alaktrész cserére, ami a kavrc cső és az anód-ot jelentette, 1200 órát vagy 2 évi működést szavatoltak. A DuKane komplett rendszerként árulta az Ionovac-ot.   1965-ben megjelent a Fane Acoustics Ltd., Batley, Yorkshire kiadásában az Ionofane 601 készülék, amely a DuKane koppintásának tekinthető, de immáron félvezetős táppal és külön dobozban a tápegység és hangkeltő egység. Egy EL360 pentódát használtak benne, a modulációt egy transzformátor segítségével valósították meg aminek áttétele 45:1-hez volt. A későbbi modellekben 6DQ6 csövet használtak és csökkentették a trafó átételét 33:1-re. A működési frekvenciája 27MHz, és a sistergést kioltották. Az ára 29 font 8 schilling volt. A Fane Acoustics Ltd. későbbiekben megjelentette 603 jelzésű hangrendszerét, melynek része volt egy ilyen Ion egység. A mélyeket egy 15"-os mélynyomó prezentálta a közepeket egy 5"-os hangszóró szolgáltatta. A későbbiekben Dr. Klein vezető fejlesztője lett a Magnat hangfalaknak, amiből az elsőt 1978-ban mutatták be a CES-en Chicago-ban. Az MP88 hangfal használta az MP02 plazma-csipogót a tetején. [7]
A tovább lépés.
Ahhoz, hogy használható Ion hagszórót építhessen az ember, tehát nem kerülheti el az exponenciális tölcsér használatát. Erre, amúgy már [1]-ben is felhívják az ember figyelmét. És igen szellemes megoldás az elvágott boros üveg mint tölcsér. Ha minden jól megy én kicsivel nagyobb tölcsérrel - pezsgős üveg - próbálkozom majd, ha az esztergályosok védő szentje, végre a kebelére emel. Még nem adtam fel, a kiherélt zenekari csipogók tölcsérének megszerzését sem. A kvarc cső és a benne lévő anód csúcs megoldására a [4] forrásban láttam jó ötletet ahol is egy ampullából alakította ki. No nem orvosságos ampulla, hanem olyan, amibe a bulgár rózsa olajat tartották. Barone amúgy tovább is lépett ezen a téren, mert a zaj további csökkentésére 1,5MHz-es tartományban dolgoztatja csicsergőjét és mindenféle fázis korrekciók és egyebek miatt áttért a teljesen félvezetős megoldásra. Annyit sajnos nem sikerült kihámoznom az Olasz szövegből, hogy miért nem sikerült tölcsérrel a zajt teljesen lecsökkentenie, ami az oldalon található video abból még az jön le, hogy van zaj rendesen. Mivel kiherélt zenekari csicsergő tölcsérét használja, esetleg a tölcsér illesztetlensége lehet az ok?
Összességében azért kellemes hangja van egy ilyen csicsergőnek, azóta felértékelődtek bennem a madárhang gyűjtemények és szorgalmasan gyűjtöm a réz szúnyogháló darabokat, és a fémhálós tea filtereket, hogy a végleges változatnak rendes Farady kalitkája lehessen. Elvégre ha madarat tart az ember otthon célszerű szép kalitkában tartania.
Felhasznált irodalom:
| [1] dr. Györök György: | Kísérleti magashang-sugárzó plazma-hangszóró. (Gépgyártástechnológia 1999. október 10. 170-175 oldal, HU ISSN 0016-8580) link |
| [2] dr. Györök György: | Kísérleti plazma-hangszóró. (Rádiótechnika, 2000. július, 333-335 oldal, HU ISSN 0033-8479) link |
| [3] Ulrich Haumann's: | DIY Plasma Tweeter |
| [4] Diego Barone: | Lo Ionophone |
| [5] Németh Gáborról - Él Jászkunság 2004. 1.sz. link |
| [6] Németh Gáborról - Él Jászkunság 2004. 1.sz. (képpel) link |
| [7] Roger Russell: | About the Ionophone Loudspeaker. (the History) |
| | |
