Elektrostatische (ESL) Theorie

Warum die Mühe? Einige Leute (und die meisten Hersteller von Lautsprechern) fragen sich, warum jemand elektrostatische Lautsprecher herstellen könnte, wenn herkömmliche Lautsprecher so viel einfacher zu entwerfen und zu bauen sind. Es wäre eine dumme Frage, wenn normale dynamische Lautsprecher alle schlecht abschneiden würden, aber das ist kaum der Fall. Für Anwendungen, mit denen die derzeitige Elektrostatiktechnologie nicht gut umgehen kann (Subwoofer, um ein extremes Beispiel zu nennen), verwenden wir auch andere Ansätze. Zapfen und Kuppeln haben immer noch ihren Platz.

Wo immer es möglich ist, gehen wir jedoch elektrostatisch vor. Es ist eine besondere Art von Sprecher, die eine außergewöhnliche und überzeugende realistische Wiedergabe ermöglicht. In gewisser Hinsicht sind gute elektrostatische Lautsprecher einfach besser als alles andere. Hören Sie sich die MartinLogan-Elektrostatiken an, die in einer guten Umgebung richtig aufgestellt sind. Der Unterschied wird sofort sichtbar - es ist keine Erklärung erforderlich.

Aber für diejenigen, die sowohl Erfahrung als auch Erfahrung haben möchten, hier die Hintergrundgeschichte. Wie funktionieren elektrostatische Lautsprecher und was sind die Vorteile? Genauso wichtig, was sind die Probleme und was hat MartinLogan getan, um sie zu überwinden? Dann wissen Sie, warum wir mit diesen wunderbaren Lautsprechern so großen Erfolg hatten, während es fast niemand sonst versucht.

Wie funktionieren elektrostatische Lautsprecher?

Ein elektrostatischer Wandler besteht aus drei Grundkomponenten - Statoren, Membran und Holmen (Abstandhaltern) -, die als Sandwich aufgebaut sind. Die Membran ist eine ultraleichte Kunststofffolie, die mit einem elektrisch leitfähigen Material imprägniert ist und zwischen den beiden Statoren gespannt ist, wobei es sich um perforierte Stahlbleche handelt, die mit einem Isolator beschichtet sind. Wenn der Lautsprecher in Betrieb ist, wird die Membran durch eine Hochspannungsversorgung auf eine feste positive Spannung aufgeladen, die ein starkes elektrostatisches Feld erzeugt. (Wenn Sie darüber nachgedacht haben, warum elektrostatische Lautsprecher Netzkabel haben, gibt es einen Grund).

In der Zwischenzeit sind die Statoren über einen Aufwärtstransformator mit dem Verstärker des Audiosystems verbunden. Es wandelt den Ausgang des Verstärkers in ein Paar von Hochspannungssignalen gleicher Stärke aber entgegengesetzter Polarität um. Wenn also die Ladung eines Stators immer positiver wird, wird die Ladung des anderen Stators um genau denselben Betrag negativer. Da sich ähnliche Ladungen abstoßen und entgegengesetzte Ladungen anziehen, zwingt sie die positive Ladung der Membran, sich abhängig von den Statorladungen vorwärts oder rückwärts zu bewegen. Wenn zum Beispiel die Ladung des vorderen Stators negativ und die des hinteren Stators positiv ist, wird die Membran von vorne gezogen und von hinten gedrückt und bewegt sich daher vorwärts. Je stärker die Ladungen an den Statoren sind, desto größer ist die Membranverschiebung. Auf diese Weise setzt ein elektrostatischer Wandler ein elektrisches Audiosignal in eine Bewegung der Membran um, um Schallwellen im Raum zu erzeugen.

Um die Platte zu versteifen (es ist sehr wichtig, dass sich nur die Membran bewegt) und um zu verhindern, dass sich die Membran einem Stator immer zu nahe kommt, werden nicht leitende Streifen, die als Holme bezeichnet werden, in Intervallen entlang der Statorlänge in Breitenrichtung angeordnet.

Elektrostatische Vorteile ...

Die Treiber in einem herkömmlichen Lautsprecher haben Membranen, die an Drahtspulen befestigt sind, die als Schwingspulen bezeichnet werden. Strom von einem Verstärker fließt durch diese Spulen und erzeugt ein fluktuierendes elektromagnetisches Feld, das mit dem Feld eines festen Permanentmagneten in Wechselwirkung tritt, um die Bewegung der Membran und damit den Klang zu bewirken. Die Schwingspule wird an der Peripherie einer Kuppel oder der Spitze eines Kegels befestigt, was bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der Membran tatsächlich angetrieben wird; der Rest muss folgen. Wenn die Membran nicht vollkommen starr ist, neigt sie dazu, sich bei einigen Frequenzen zu verbiegen und in Resonanz zu treten, was Verzerrung und ungleichmäßige Reaktion verursacht. Vor allem Hochtönermembranen müssen jedoch leicht sein, um eine ausreichende Effizienz und Hochfrequenzverlängerung zu ermöglichen. Diese beiden theoretischen Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen, ist mit realen Materialien nahezu unmöglich.

Eine elektrostatische Membran wird dagegen gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche getrieben, so dass sie überhaupt nicht starr sein muss - sie kann so leicht wie möglich gemacht werden. (Das Diaphragma eines MartinLogan-Elektrostats ist tatsächlich leichter als die Luft, die es bewegt.) Dadurch und zusammen mit dem verzerrungsunterdrückenden Push-Pull-Modus des Messumformers kann das Diaphragma selbst feinste akustische Details mit absoluter Präzision verfolgen. Dies bedeutet auch, dass der Wandler über einen außergewöhnlich breiten Frequenzbereich arbeiten kann, ohne zu einem anderen Treiber wechseln zu müssen. Akustische Interferenzen zwischen Treibern und die durch Frequenzweichen eingeführte Phasenverschiebung verursachen Unregelmäßigkeiten im Frequenzbereich, die besonders im mittleren oder unteren Hochton stören, genau dort, wo Frequenzweichen normalerweise in herkömmlichen Lautsprechern liegen.

Kontrollierte Dispersion. Ein weiteres wichtiges Merkmal eines elektrostatischen Lautsprechers ist sein natürlich dipolares Strahlungsmuster. Ein echter Dipolwandler strahlt mit gleicher Intensität von der Vorder- und Rückseite der Membran aus, die Ausgänge sind jedoch gegenphasig. Dadurch treffen Schallwellen, die zu den Seiten ragen, am Rand des Lautsprechers aufeinander und löschen sich. Dies und die relativ große Größe eines typischen elektrostatischen Panels bewirken, dass die Ausgabe an den Seiten im Vergleich zu einem herkömmlichen Lautsprecher sehr niedrig ist, was wiederum Seitenwandreflexionen minimiert, die dazu neigen, Schalldetail und Stereobildung zu durcheinanderbringen. Während die Reduzierung der Seitenleistung zu der erstaunlichen Klarheit beiträgt, für die Elektrostaten verehrt werden, öffnet sich die von der Wand hinter dem Lautsprecher reflektierte Energie und vertieft den Klang.

... und Herausforderungen

Warum ist die Welt auf den Kopf gestellt? Warum machen nicht alle Lautsprecherfirmen Elektrostatik? Betrachten Sie diese Liste von Problemen, mit denen ein Entwickler von elektrostatischen Lautsprechern konfrontiert ist:

Dynamik. Die Herstellung eines elektrostatischen Wandlers mit der bei herkömmlichen elektromagnetischen Treibern gegebenen Effizienz und Ausgangsleistung erfordert sehr intensive elektrostatische Felder. Dies bedeutet, dass die eng beieinander liegenden Statoren und die Membran auf Tausende Volt aufgeladen werden. Je näher entgegengesetzt geladene Elemente zueinander gebracht werden und je stärker die Ladung auf ihnen ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer pyrotechnischen elektrischen Entladung. Ein derartiger Lichtbogen zwischen Membran und Stator kann sowohl den Lautsprecher als auch den Verstärker, der ihn antreibt, ernsthaft beschädigen. Leider nähert sich die Membran einem Stator genau zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ladungsunterschied zwischen ihnen (und zwischen den beiden Statoren selbst) am größten ist - wenn ein lautes Signal seinen Höhepunkt erreicht!

Bass. Bei niedrigen Frequenzen neigen die außer Phase befindlichen Signale von gegenüberliegenden Seiten der Membran dazu, sich zu winden, wenn die Wellenlängen im Verhältnis zur Plattenbreite groß werden, und heben sich gegenseitig auf. Wie bei allen echten Dipol-Lautsprechern (nicht zu verwechseln mit herkömmlichen Quasi-Dipol-Surround-Surround-Sound), neigt die Elektrostatik zu einem schwachen Bass. Das Erhöhen der Panelgröße hilft sowohl bei diesem Problem als auch bei dem oben diskutierten Ausgabe / Effizienz-Problem. Es gibt jedoch ein praktisches Limit.

Dreifache Dispersion. Die andere Seite der Tafelmünze: Wenn ein Schall eine Wellenlänge hat, die relativ zu der Größe der Lautsprechermembran, die sie reproduziert, klein ist, tendiert er dazu, über einen engen Winkel zu strahlen, anstatt sich weit in den Raum zu verteilen. Ein derartiges Hochfrequenz-"Strahlen" ergibt einen sehr kleinen Sweetspot, an dem der Zuhörer sitzen und das richtige Klanggleichgewicht und häufig eine trockene, sterile Klangqualität hören kann. Da jede andere Überlegung die Elektrostatik in Richtung größerer Platten drängt, ist das Höhenstrahlen ein ernstes Problem.

Vielleicht sollten wir einfach ein paar Kegel und Kuppeln in eine Kiste werfen und es einen Tag nennen.

Triumph der Technologie

Nein, das haben wir noch nie getan, und wir werden jetzt nicht anfangen, weil die elektrostatischen MartinLogan-Lautsprecher nicht unter den oben beschriebenen Problemen leiden. Nicht, weil wir Zauberer sind, sondern weil wir uns genug um die Qualitäten gekümmert haben, die elektrostatische Lautsprecher besonders machen, um wirklich hart daran zu arbeiten, die verschiedenen Hindernisse zu überwinden. Wir werden hier nur die Höhepunkte erreichen; Details finden Sie in den einzelnen Produktbeschreibungen.

High-Tech-Beschichtungen und MicroPerf-Statoren. MartinLogan-Paneele profitieren von unseren hoch entwickelten Membranbeschichtungen und der hochentwickelten Luftfahrt-Statorisolierung und können außergewöhnlich starke Ladungen ohne Bogenbildung unterstützen. Darüber hinaus erhöhen die MicroPerf-Statoren unserer neuen XStat-Wandler die exponierte Membranfläche erheblich (ohne die Statorsteifigkeit zu beeinträchtigen), wodurch sie die Dynamik und Niederfrequenzverlängerung herkömmlicher Panels doppelt so groß machen.

Hybrid-Design. Mit unseren Panel-Technologien können sie zwar mit niedrigeren Frequenzen arbeiten als mit einer extrem großen herkömmlichen Elektrostatik, sie können jedoch tiefe Bässe nicht so effektiv wiedergeben wie ein herkömmlicher Lautsprecher ähnlicher Größe. Unsere Lösung besteht darin, die tiefsten Frequenzen mit einem sehr hochwertigen dynamischen Woofer wiederzugeben. Dies war schon immer ein kniffliger Vorschlag, da die Wandlertechnologien und Strahlungsmuster für die beiden Elemente eines elektrostatischen Hybridlautsprechers so unterschiedlich sind. (Ein dynamischer Tieftöner strahlt omnidirektional ab, wohingegen eine elektrostatische Platte, die ein Dipol ist, in einem ungefähr achtstufigen Muster strahlt.) Darüber hinaus haben andere Unternehmen, die solche Hybride hergestellt haben, oft einen Napoleon-Komplex gezeigt, der die Ausgabe überbetont aus dem Tieftöner in einem scheinbaren Versuch, ihre Lautsprechermannschaft zu beweisen. Das Ergebnis dieser fehlgeleiteten Strategie ist ausnahmslos dicker, praller Bass, der die mittleren Details verschleiert und damit einen der Hauptgründe für den Bau eines elektrostatischen Lautsprechers auslöscht. Das machen wir nicht. Stattdessen verfügen unsere Lautsprecher über extrem leistungsstarke Tieftöner, die die elektrostatischen Panels über sorgfältig abgestimmte, präzise berechnete Netzwerke mit hochwertigen Komponenten überqueren. Niedrige Übergangsfrequenzen, phasen- und amplitudenoptimierte Frequenzweichen und kritisch gedämpfte Tieftöner sorgen für einen nahtlosen Übergang zwischen den beiden Treibertypen, sodass Lautsprecher entstehen, die wirklich das Beste aus beiden Welten bieten.

Curvilinear Line Source Panels. Die elektrostatischen CLS-Platten von MartinLogan sind eine elegante Lösung für das Problem, den bevorzugten Bereich der horizontalen Streuung von einem Treiber mit großer Membranfläche zu erreichen. Unsere patentierte Vacuum-Bonding-Technik, Klebstoffe für die Luft- und Raumfahrt sowie mühsam entwickelte Konstruktionsmethoden ermöglichen uns, Platten mit optimaler horizontaler Krümmung zu bauen, ohne dabei die Leistung, die Klangqualität oder die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Gleichzeitig behalten CLS-Paneele eine relativ begrenzte vertikale Streuung bei, wodurch unerwünschte Boden- und Deckenreflexionen minimiert werden. Und das natürlich, ohne auf Tricks wie Multi-Driver-Arrays oder Hörner zurückzugreifen, die andere Probleme verursachen.

Wir behaupten nicht, dass MartinLogan-Lautsprecher perfekt sind - nur dass sie der Perfektion näher sind als alle anderen, die jemals hergestellt wurden. Und wir arbeiten ständig daran, sie besser zu machen. Der Beweis des Engineering liegt im Hören. Wir ermutigen Sie, unsere Arbeit vorzusprechen. Wir glauben, dass Sie eine besondere und lohnende Erfahrung finden werden.