Hi-Fi-теория. Электростатические излучатели

В одной из предыдущих публикации “Hi-Fi-теории” мы рассмотрели такой интересный вид звуковых излучателей, как коаксиальные динамики. Но несмотря на всю свою вешнюю экзотичность, они не являются чем-то принципиально отличным от классических динамических головок. Сегодня же мы поговорим о действительно ином подходе. Об электростатической акустике.

Как мы знаем из предыдущих публикаций, одной из важнейших проблем создания динамика с идеальной АЧХ является вопрос создания мембраны достаточно легкой и при этом стабильной, чтобы обеспечивать максимальную скорость контроллируемых колебаний. То есть способную за счет своей крайне малой массы и других физических характеристик воспроизводить максимально широкий диапазон частот единовременно и с минимальными искажениями.

Эксперименты с бумагой, легкими сплавами и композитными материалами позволили классическим динамикам существенно продвинуться на пути улучшения АЧХ. Но, как и у любой технологии, у динамической головки есть свой предел развития. Головой, выше которой не прыгнешь, в данном случае стала невозможность полного контроля за колебаниями мембраны при длинном ее ходе. А длинный ход сам по себе нужен для того, чтобы создать динамическую головку разумных линейных размеров. Ведь иначе нам бы приходилось довольствоваться динамиками размером со стену комнаты. Что, согласитесь, не является приятной перспективой. Таким образом, единственной возможностью компенсировать нехватку линейных размеров мембраны динамика – увеличить ее ход при воспроизведении музыки. Контролировать же мембрану в таком случае очень сложно, ведь в дело вступают встречные и обратные потоки воздуха и прочие элементы окружающей среды.

Что же делать? Одним из способов решения этой задачи стали электростатические излучатели. Их принцип прост и сложен одновременно. Как водится, все просто в теории. Принцип понятен любому, знакомому со школьным курсом физики.

Берем сверхлегкую и тонкую токопроводящую мембрану и подаем на нее ток высокого напряжения. С двух сторон по всей площади мембраны ограничиваем ее отстоящими от ее поверхности на сравнительно небольшие равные расстояния решетками-статорами. На них в свою очередь подаем звуковой сигнал, разделяя его на полярности между передним и задним статорами. В итоге получаем колеблющуюся с очень высокой скоростью легкую и контролируемую по всей площади мембрану-излучатель, способную удерживать коэффициент нелинейных искажений на рекордном уровне 0,05% даже для излучателей большой площади.

Казалось бы, все идеально. Решение найдено. Расходимся и выпускаем только электростатическую акустику, оставим классические динамики вымирать как динозавров. Но сложности, как всегда, никуда не делись. Первым и основным препятствием для прочного становления электростатических излучателей на рынке является высокая сложность и стоимость их изготовления. Высокотехнологичная мембрана. Два прецизионных статора большой площади. Очень высокие требования к усилителю. Фактически, электростатические АС могут хорошо звучать только (!) с усилителями с выходными трансформаторами. Никакие ухищрения в данном случае транзисторной технике не помогут. Трансформаторы понадобятся и ей. Что абсолютно точно приводит к многократному росту стоимости таких усилителей. Фактически, единственная компания, серийно производящая все свои усилители, включая транзисторные, только с трансформаторным “выхлопом” – это McIntosh. Та самая легендарная компания из США, чьи усилители бьют рекорды стоимости уже не один десяток лет. Что как бы намекает…

Таким образом имеем многократно превосходящие классические динамические головки по стоимости производства излучатели, требующие при этом еще и эталонный усилитель. Вы уже прониклись, не так ли? :) Но и это еще не всё. Против физики, как известно, не попрешь. И для воспроизведения низких частот и нижней части СЧ спектра необходима работа с большими объемами воздуха. Это аксиома. И против нее не попрешь тоже. Звуковое давление никак иначе не обеспечишь. Таким образом, для воспроизведения спектра 15-100 Гц нужна мембрана с огромными линейными размерами. Увы, против лома нет приема. И даже с учетом великолепного контроля за точностью воспроизведения такой мембраны производство излучателя с такими габаритами остается и сейчас затеей баснословно дорогой. И потому совершенно нерентабельной.

А электростатические АС с мембранами разумных размеров обладают приблизительно такой АЧХ:

Как видим, ни о каком басе и нижней середине говорить не приходится. Вместо них на кривой зияет провал. Что же делать в таком случае? Ответ на этот вопрос, простой до гениальности, нашла компания Martin Logan, став при этом фактическим монополистом на рынке таких АС. В чем же секрет?

А в том, что в акустике этой компании в паре с электростатическим СЧ-ВЧ-звеном трудится классический динамический излучатель, взяв на себя заботы об НЧ-диапазоне и том самом mid-басе. Решение простое и элегантное. АЧХ при этом становится вот такой:

Как видим, никакого провала на месте НЧ уже нет. Но параллельно с отличными звуковыми характеристиками мы неизбежно получаем все ту же высокую стоимость и требовательность к усилителю. К последней теперь добавилась еще и непременная поддержка подключения Bi- или даже Tri-Wiring. Ведь мы имеем дело еще и с сабвуферной частью в каждой АС.

Таким образом, стоимость полноразмерного аудиотракта, увенчанного электростатической акустикой, возрастает в геометрической прогрессии. Что же делать? Отказаться от электростатических излучателей вообще? Выход попыталась предложить компания STAX. Как всегда деятельные и высокотехнологичные, японцы монополизировали рынок электростатических наушников!

Условно небольшие размеры смогли хоть как-то снизить стоимость излучателей. Но лишь до определенных пределов. При этом в наследство от полноразмерных АС таким наушникам досталась требовательность к усилителю. И все же огромные по сравнению с классическими динамическими головками линейные размеры. Да и ценник, пусть и оптимизированный, но все же многократно превышающий аналогичный показатель любых других типов наушников, никуда не делся.

Что же мы имеем в сухом остатке?

Акустические системы и наушники, обеспечивающие бескомпромиссно достоверное звучание. Но не лишенные недостатков. И на текущем технологическом уровне все еще баснословно дорогие, а также диктующие свои правила игры другим компонентам системы.

Остается лишь надеяться, что научный и технический прогресс в обозримом будущем позволят удешевить технологию и сделать ее менее “переборчивой”, обеспечив тем самым широкое распространение этому интересному и безусловно перспективному виду звуковых излучателей. До скорого!