Электростатические громкоговорители

К высококачественным громкоговорителям класса High-End относятся электростатические громкоговорите­ли, ласково именуемые электростатами. Принцип дей­ствия их прост — притяжение плоской мембраны к наряженной пластине. Увы, для заметного проявления этого эффекта приходится использовать очень высокие напряжения — примерно до 10 кВ. Но и в этом случае эффект проявляется настолько слабо, что для получения приемлемой громкости звучания на низких частотах пло­щадь мембраны должна быть порядка 1 квадратного метра, а то и больше, что определяет большие габариты громкоговорителей. Отрадно, что хоть толщина их может быть малой — порядка 10—15 см. Разумеется, конструкто­рам приходится не забывать о мерах безопасности при работе со столь высоковольтными агрегатами. Фирма Sony — одна из немногих упорно ведущих разработку электростатов. Габа­риты колонок (1,5 метра в высоту и 0,8 метра в ширину), а также рабочее напряжение в 9 кВ говорят сами за себя. Зато колонки неплохо воспроизводят низкие частоты — для этого в них используются две мембраны размером 50x27 см. Мембраны поменьше служат для воспроизведе­ния средних и высоких частот.

Электростаты не только громоздкие, но и очень дорогие излучатели. Вряд ли они представляют практический интерес для подавляющего большинства наших меломанов и любителей электроакустики. Так же, как и некото­рые типы излучателей, использующих особые физические эффекты, ведущие к генерации звуков, например, генера­цию звуковых колебаний плазмой. Однако картина меняется, если электростаты исполь­зовать только для воспроизведения средних и высоких частот, а почетную миссию воспроизведения низких частот оставить за хорошо апробированными динамическими громкоговорителями. По этому пути пошла и фирма Sony, применяющая ВЧ-электростаты в целом ряде своих музы­кальных центров.

Диапазон эффективно воспроизводимых частот простирается от самых низких частот звукового диапазона до десятков килогерц (любопытно, что точные данные фирма пока не указывает). Все эксперты едино­душно сходятся на том, что эти системы дают особенно прозрачный и естественный звук, к качеству которого невозможно придраться. Электростатические громкого­ворители, установленные за прозрачной сеткой, придают колонкам центра фантастический (если даже не устраша­ющий) вид. Несомненно, им можно потрясти знакомых.

История электростатических громкоговорителей Электростатики были изобретены в Германии еще в 1880х годах, точная дата не известна. Поскольку тогда применялись чисто механические граммофоны, первые электростатики использовались в опытах по получению ультразвука. Только в 1915 году началось развитие электромеханического, а не чисто механического звуковоспроизведения. Тогда же начались эксперименты по применению электростатиков в звуковоспроизведении. В 1922 году родились ламповые усилители, и тут же была создана первая коммерческая акустическая система на электростатиках, предназначенная для озвучки кинотеатров. Тогда еще не были разработаны достаточно мощные магнитные материалы, и эффективность динамиков была ниже, чем электростатиков. Вскоре электростатики стали производить в заметных, для тех времен, количествах. Их конструкция еще отличалась от современных, по большей части, те статики были однотактными и давали далекий от идеала звук. В 1927 году Ганс Вогт создал двухтактный электростатический звукоизлучатель, который остался практически неизменным и по сей день. Но уже в 1930 году были созданы первые достаточно сильные ферромагнетики, и динамические звукоизлучатели быстро вытеснили все остальные технологии. Проблемой первых электростатиков было отсутствие подходящего материала для мембраны, обычно использовалась алюминиевая фольга. Она не обладала достаточной прочностью и гибкостью, а кроме того, имена низкое сопротивление, что приводило к тому, что при пробое пленка просто сгорала. В 1950х годах появились первые прочные полимерные пленки, и уже в 1953 году Артур Янсен (Arthur Janszen) получил патент на первый практичный электростатический громкоговоритель. Началось возрождение статиков, совпавшее с началом эпохи стерео. Но широкого распостранения статики так и не получили, оставшись уделом аудиофилов. В 1957 году появился QUAD ESL 57, настоящий долгожитель — он выпускался до 1981 года, и стал одним из самых широко распостраненных статиков. В 1981 его сменил ESL 63, пожалуй, самый известный из всех статиков, решивший одну из проблем этого типа звукоизлучателей — узкую диаграмму направленности излучения. В 1982 году на Чикагской выставке Consumer Electronics Show Гейл Мартин Сандерс и Рон Логан Сазерленд представили свою собранную в гараже систему CLS — решавшую ту же проблему более простым путем — использованием изогнутой панели. Их разработка получила приз за дизайн и конструкцию и вскоре появилась фирма Martin Logan, один из известнейших производителей электростатиков в мире. Помимо полноразмерных АС, статики применяются и в составе традиционных АС в роли высокочастотных излучателей. В 1980х годах даже производились музыкальные центры с электростатическими «пищалками». Существуют и электростатические наушники. В 1960 году японская компания Stax начала производство первых наушников, и по сей день остается практически единственным производителем. Мэтры наушникостроения, такие как Sennheiser, AKG, Koss также время от времени выпускали электростатические наушники, занимавшие стабильно наивысшее место в линейке, например — легендарные Sennheiser HEV-90, комплект из усилителя и наушников, стоящий около 12 тысяч долларов.
А что же было в нашей стране? Надо сказать, что и в СССР статики разрабатывали и производили, да и до сих пор производят. В 1977 году в ИРПА им А.С. Попова был разработан первый отечественный электростатик АСЭ-1. К сожалению, простой советский гражданин получил возможность приобщиться к миру электростатического звука только в 1988 году, когда в серию был запущен полноразмерный 25АСЭ-101 и династатическая АС 35АСДС-017, представлявшая собой гибрид из НЧ и СЧ секций от 35АС-018 и ВЧ панель от 25АСЭ-101. Советские статики имели не самую лучшую конструкцию, акустические трансформаторы и, кроме того, использовали толстую, 25 микрон, металлизированную лавсановую пленку («цветочная» упаковочная пленка), что вносило дополнительные искажения и понижало надежность, но тем не менее, на голову превосходили все остальные АС по качеству звука. После распада СССР 25АСЭ-101 была модифицирована, в частности, стали использовать 6 микронную высокоомную пленку для мембраны, переименована в «Статик», и выпуск продолжился. Сейчас выпускается, хоть и практически в штучных количествах уже «Статик-2М», весьма серьезная АС, по цене заметно ниже любых западных электростатических АС — около 4 тысяч долларов.

• достоинства статиков:
  
• Практически идеальные АЧХ и ФЧХ — конструкция обуславливает минимум резонансов.
• Очень широкий частотный диапазон — фактически, один излучатель может работать со всем диапазоном 20 Гц — 20кГц, впрочем, основательно нагружая усилитель.
• При достаточно больших размерах, статик работает как линейный источник, и с удалением от него, громкость падает медленнее — не на 6 Дб с удвоением дистанции, а только на 3.
• Самое главное — чрезвычайно низкие искажения, на 2-3 порядка ниже, чем в динамических излучателях, сравнимые по уровню с искажениями, возникающими в усилителях.
• Простота конструкции. Это один из немногих излучателей, которые легко можно собрать самому.

 недостатки:

• Дипольный характер излучения — статик излучает звук в обе стороны одновременно. Его нельзя размещать в комнате где попало, например, вдоль стен, так как сигнал с задней стороны будет влиять на звук.
• Отсюда вытекает малое количество НЧ из-за взаимоисключения волн, излучаемых с противоположных сторон. Бороться с этим можно либо увеличением размера, либо применением эквализации, что понижает чувствительность.А чувствительность и без того не велика, заметно ниже, чем у большинства динамических АС. Отчасти на это влияют потери в трансформаторе, но и у самого электростатика в отрыве от трансформатора она не слишком велика. Можно повысить коэффициент трансформации, но это ухудшит звук и нагрузит усилитель. Можно повысить напряжение поляризации, но у этого повышения есть предел — электрическая прочность воздуха ограничена, и после определенного порога статик уже не будет заряжаться дальше — будут постоянно происходить пробои между пленкой и статорами.
• Узкая направленность на ВЧ и СЧ. Существуют инженерные решения, борющиеся с этим, но они ухудшают качество звука.
•  Максимальная громкость жестко ограничена зазором между мембраной и статорами и площадью статика это предел объемного смещения. При увеличении зазора падает чувствительность.
• Высокие рабочие напряжения, необходимость в источнике постоянного напряжения и трансформаторе, который вносит искажения, либо высоковольтном усилителе. Как следствие — малая распространённость и высокая стоимость.
• Статики притягивают пыль. :)

Впрочем, на самом деле, все эти недостатки не так уж и страшны и с лихвой перевешиваются достоинствами. А у электростатических наушников и вовсе по большей части нет таких проблем.
Единственная серьезная проблема электростатиков — это огромная цена, вызванная прежде всего эксклюзивностью. Даже китайцы не стремятся обвалить рынок и производят не менее дорогие статики.