Плазмофон

2022-08-17

Мы настолько привыкли к высоким технологиям, что забываем о простых физических явлениях и механизмах. А ведь на всём простом строится что-то сложное... К примеру, многие используют в повседневной жизни динамики для воспроизведения цифрового звука. Устройство динамика несложное: через катушку медного провода проходит электрический ток, вследствие чего вокруг катушки образуется магнитное поле. Магнитное поле вокруг катушки притягивает или отталкивает магнит, прикреплённый к мембране динамика (в зависимости от направления тока). Создавая переменный ток, меняя его частоту и амплитуду, мы заставляем мембрану двигаться, как нам хочется. Мембрана колышет окружающий её воздух, а это и есть звук. Но есть совершенно другой механизм воспроизведения звука. Этот механизм, хотя пока технологически не проработан, но имеет куда больший потенциал качества воспроизведения звука, нежели динамик. В этой статье речь пойдёт о плазмофоне.

Принцип работы плазмофона (ионофона):

Для плазмофона, как и для динамика, нужен усилитель звука. Переменный ток с усилителя поступает на первичную катушку ВВ-трансформатора напряжения, в следствии протекания тока по первичной обмотке, на вторичной обмотке трансформатора возникает высокое напряжение. Между выводами вторичной обмотки пробивает электрическая дуга, которая ионизирует воздух, тем самым порождая плазму. В плазме носителями заряда как раз и являются ионы: отрицательные ионы движутся к положительному контакту, а положительные - к отрицательному. Управляя переменным током на первичной обмотке трансформатора, мы тем самым управляем переменным током на вторичной обмотке, таким образом управляя движением самих ионов воздуха, находящихся в дуге. Благодаря этому механизму возникает движение ионов, которые движут за собой окружающие их молекулы воздуха - возникает звук.

В данном случае был описан плазмофон электродугового типа (разряд происходит между двумя контактами), существует также плазмофон коронного типа (разряд выходит из одного контакта (терминала)) - для такого устройства понадобится трансформатор Теслы. Существует много типов плазмофонов на основе трансформатора Теслы и по своему устройству они сложнее, поэтому не будут описаны в этой статье.

Краткая история плазмофона:

В конце 19 века Вильям Дуддел заметил, что тембр звука электродуги изменяется в зависимости от настройки частоты LC-контура. В 1899 году он сделал первый в мире клавишный электронный музыкальный инструмент "Поющая дуга". Практическое применение устройству нашлось в 1950-е годы, когда советские радиолюбители продемонстрировали "Звуковоспроизводящий агрегат с ионофоном".

Преимущества над динамиками:

В отличии от динамиков плазмофоны не имеют диффузоров и не подвержены резонансу, так как у них отсутствует мембрана, а масса колебательной системы, которая образована ионами воздуха, крайне мала, что так же позволяет воспроизводить звук сверхвысоких частот. Однако в настоящее время у плазмофонов имеются недостатки: низкой срок службы электродов, очень небольшой КПД и подверженность электромагнитному полю, из-за чего возможно случайно поймать и воспроизвести радиочастоту.

Сборка дома:

Ионофон, схему которого вы видите ниже, является распространённой и довольно бюджетной схемой, усилитель которой собран на микросхеме NE555.

Первичную обмотку трансформатора рекомендую мотать 5 - 10 витками (у меня было 5), также рекомендую использовать блок питания на 12В со встроенной защитой (нередки случаи замыкания).

Техника безопасности:

Транзистор обязательно нуждается в охлаждении. Хорошо подойдёт радиатор для процессора от стационарного компьютера (желательно с куллером), хотя может хватить специализированного радиатора для подобных транзисторов. В процессе эксплуатации может произойти короткое замыкание, поэтому не стоит пренебрегать надёжной защитой блока питания. В моём случае использовался блок питания, купленный на arduino.ua по коду товара PWR110 - пока ни разу не подвёл. Стоит также учитывать, что при работе прибора, тот ионизирует воздух, превращая кислород в озон - рекомендуется проветривать помещение. Не стоит трогать провода вторичной обмотки, даже если они заизолированы, так как при высоких частотах ток течёт по поверхности проводника. И, конечно, перед включением следует тщательно проверить, правильно ли всё собрано.

Внимание: Ни в коем случае не подносите пальцы к электродам между которыми проходит дуга. Поскольку непосредственно температура воздуха около дуги довольна высокая и можно получить ожог.

Рекомендую подробнее изучить данную тему и собрать подобную схему у себя дома. Понимание процессов, происходящих в механизме позволят вам в полной мере восхититься им, а также работать с ещё более сложными механизмами.