失传技术研究所小讲堂 篇九十:等离子扬声器的原理介绍+选购指南

2020-02-13 17:00:00 1点赞 14收藏 1评论

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创作立场声明:DIY有风险,HIFI需谨慎

图吧轻音部#2 电光火石间的乐器——等离子扬声器

又是一篇非常长原理向的教程啊

在写这篇之前,我得翻翻之前咱群大佬的教程 电路-一个简单的小型音乐特斯拉线圈 - 玉虎嗨科技

好了 我想想,其实关于等离子扬声器咱好像之前在【图吧小白教程】非正规扬声器技术 中介绍过,包括硬盘磁头能用来当扬声器直接用,都是说过的。

首先什么是等离子扬声器?

等离子体是一种电离的气体,由于存在电离出来的自由电子和带电离子,等离子体具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用.等离子态在宇宙中广泛存在,常被看作物质的第四态


等离子扬声器的原理介绍+选购指南



等离子扬声器的原理介绍+选购指南


简单来说吧,等离子扬声器就是利用等离子体作为介质驱使空气振动的扬声器,它的原理非常简单,利用高压电击穿空气形成电弧,让电弧驱动空气振动就成了扬声器了。高压端输出电流大小会改变电弧截面的直径因此等离子扬声器就是能改变高压端输出电流的调制电路+升压电路

最简单的能产生电弧的电路其实特别简单,一个逆变器+升压变压器就行了,为了产生足够高的电压,不能用普通的升压变压器,要用行输出变压器。之前我们讲电源的时候是不是讲过现代电源都是逆变电源,高频变压器可以降低体积同时保证功率来着,其实老式CRT显像管电视里面也有一个这玩意,只不过变压器是输入300V左右输出上万V这样,而如果我们需要使用12V驱动的逆变器就可能会需要定制高压包或者自己找现成的高压包用导线在磁芯上做绕组


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


还好定制高压包并不是很贵,连驱动电路下来是30包邮


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


其实驱动板单看根本不值钱,这套玩意主要的成本在定制变压器上

但是这种驱动板,是不能单独拿来做等离子扬声器的,前文我们也说了,等离子扬声器是需要能有效控制高压输出端电流来控制等离子电弧粗细振动空气发声的,所以我们需要知道AM电源调制电路这种最基本的功放电路


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


其原理很简单,可以把这个场效应管视作一个用音频信号控制的可调电阻,输出依然是直流但是已经是可以随着音频信号改变电压的直流了,因此用它+升压电路做等离子扬声器是完全可以做到的:

等离子扬声器-效果展示


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


当然,现代的DIY等级的调制电路和驱动电路已经可以使用数字电路了,而且价格非常便宜:


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


tl494等离子扬声器上机测试


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


这个电路买成品比自己做还省事,我建议各位是只要能有这种便宜成品就不要尝试自己手工焊接

这种利用调制电路+升压变压器制作出的简易等离子扬声器就是最简单最基本的等离子扬声器了,几十年前等离子扬声器刚发明的时候就是这个样子的


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


当时没有晶体管,电子管电路驱动能力不行,所以产生的电弧声音很小,所以当时的等离子扬声器都做成留声机的外形

等离子扬声器的存在是有一定危险的,首先它基于高压电,虽然不致命但是热电弧如果用手摸一下就可以闻到烧猪蹄的味道了,前年过年的时候咱就把自己手烧过一回,当时是1100V那样吧,拉电弧挺疼但是除了烧伤没啥事人没死,手疼了俩月好了。这是显性的危险还不算什么,接下来咱要讲的另一种等离子扬声器有隐性的危险这就很难解释,如果有得选我宁可让各位用这种危险看得见的方案。

扩展阅读:什么是功放

电子爱好者们常用功放来特指音响用的功率放大器,其实功放种类非常多,只要能放大信号的功率的电路都可以称为功放,也就是说功放不是只用在音响系统上而是广泛运用于如无线电通信、电力控制、医学检测等方方面面。常见的功放可分为A、B、AB、C、D和E类6大类(也称为甲类、乙类、甲乙类……),它们的工作原理各不相同,其中A类是直接调制电源、B类与射极跟随器相似且常用推挽结构、AB类是A和B类的结合、C和E类利用LC振荡、D类利用锯齿波PWM后低通滤波。

除了标准的利用逆变升压电路驱动高压包产生电弧的等离子扬声器,还有另一种非传统方式产生高压电:

特斯拉线圈(Tesla Coil)是一种使用谐振原理运作的变压器(谐振变压器,本质上是一种完全不基于电磁感应原理的升压变压器),由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉在1891年发明,主要用来生产超高电压但低电流、高频率的交流电

关于谐振的原理,具体可以看这篇文章:2.1.1从制作一个“杀手励磁器”起步 - 玉虎嗨科技


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


这里我们只演示一个效果并解释一下电路:

特斯拉线圈演奏《Japanese boy》

【图吧轻音部】#2 特斯拉线圈演奏音乐演示


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


特斯拉线圈因为基于谐振电路升压,所以驱动电路有很多种,从最简单的火花间隙到现代的晶体管集成电路都有


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


这里我们用的这款其实仍然是使用普通三极管加上前文说的AM电源调制电路组合的简易驱动电路


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


这里我们能用到的电路有很多种,它们驱动线圈的效果也不一样。有这种高频电路驱动下产生的电弧像蜡烛火焰一样的

音乐hfsstc电子蜡烛试玩


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


也有这种使用锁相环(PLL)技术驱动的 等离子扬声器(PLLSSTC)

锁相环这个技术其实在过去的PC行业一直应用很广,图拉丁奔腾3处理器那个年代就已经在用这个技术了

锁相环是一种利用反馈(Feedback)控制原理实现的频率及相位的同步技术,其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时,锁相回路会检测到这种变化,并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率,直到两者重新同步,这种同步又称为“锁相”(Phase-locked)。 一个锁相回路电路通常由以下模块构成: 鉴频鉴相器(PFD)(或鉴相器:PD) 低通滤波器(LPF) 压控振荡器(VCO) 反馈回路(通常由一个分频器(Frequency divider)来实现)


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


使用这种技术驱动的线圈,理论可靠性很高。


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


不过就像咱之前在多种方案DIY FM发射模块 中提到的一样,这种利用震荡电路产生高压的电路同时也会或多或少的产生电磁辐射


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


它有变化的磁场可以隔空点亮线圈连接的LED灯


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


它有电场可以击穿荧光灯管中的汞蒸气隔空点亮荧光灯管


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


它还可以发出电磁波被收音机检测到

但是如果仅仅是为了发射点信号,我不建议各位玩这个,各位可以试试这个:

xantorohara/XantoKT0803


等离子扬声器的原理介绍+选购指南



等离子扬声器的原理介绍+选购指南



等离子扬声器的原理介绍+选购指南


对于多种方案DIY FM发射模块 里面的数字模块方案,这个项目是靠谱的


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


它的优点是频率精度高,偏差在±0.1M以内


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


视频效果:KT0803 FM项目测试

最后咱还是提醒一下各位吧,特斯拉线圈因为震荡电路的特性确实可以发射剂量不低的电磁辐射,这个过去咱就提醒过各位,但是遗憾的是圈子里没什么人愿意听。震荡电路能够发射电磁辐射,事实是存在的。包括过去媒体把这种能干扰电子锁的射频发生器电路称为特斯拉线圈咱都没的说,虽然圈子里反应很大想要把它们做的特斯拉线圈和这种电路划清界限但是最终还是没能改变什么。


等离子扬声器的原理介绍+选购指南


咱眼里看见的只是这些经常在自家折腾特斯拉线圈的人随着时间的推移精神都逐渐失常,各位还记得以前上过首页的《特斯拉线圈 极乐净土》吗?咱再听说这个作者的情况,已经是他要死要活的时候了,当时有他的照片咱都不忍心看了也不想让各位看见。总之这人现在好像还活着,但是视频在那时候就已经被删了,圈子里其他接触过特斯拉线圈的人也都不太正常。这是实话我在这个圈子混了这么长时间我不会害你们。如果有兴趣想知道究竟发生了什么的话可以来找我谈谈我可以告诉你。

所以如果有得选的话,我希望各位不要接触这类有不明危险的东西,学学电路原理可以,但是真要是在自家摆一个这个那就是没事给自己找病了。我宁可各位用普通的等离子扬声器看看电弧,也不愿意各位暴露在不知道会有什么风险的辐射下。总之,搞等离子扬声器可以搞,千万要注意安全。如果可以,买个成品电路自己回家玩玩还是好的。但是特斯拉线圈听我劝不要碰,即使有也不要经常玩,一定要控制频率,如果有条件做好防护。一定不要玩那种一人来高的大功率特斯拉线圈,辐射当量太大了


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