关于等离子扬声器制作研究
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[摘 要]离子扬声器是当下尚未成熟的一项新技术，原理是通过驱动离子化的空气震动来发声。不同于传统扬声器都是通过振膜的震动驱动空气发声，由于每种振膜都有自己的谐振频率，这就不可避免的使发出的声音幅频特性变差――音频信号中频率与振膜谐振频率接近的成分最强，而那些频率远离谐振频率的成分将衰减。离子扬声器正是为了克服普通扬声器的这一弊病而设计的，它没有振膜，而是通过直接驱动离子化的空气震动发声，所以理论上离子扬声器的频谱特性是扬声器中性能最佳的。设计制作离子扬声器除了需涉及音响电路、调制电路、逆变电路等技术，还需要涉猎声乐学，考虑实体结构对声音的影响等。产品设计难点在于对音频的保真度、结构的耐用度、产品的工作稳定程度以及损耗等问题。执行该项目的主要工作内容有：搜集并结合电学、声乐学、材料学等相关技术文献，对产品进行更深入的理论分析，并设计出合理的电路和实体结构，然后逐方面改良和完善，最终以尽可能降低损耗、尽可能提升音质，制作出一个符合商业标准的产品为主要目标。
[关键词]扬声器 电路 音频信号 音质
中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0121-01
一次在物理课上，物理老师在讲到线圈拓展中，提到了等离子体应用的一些例子，并且播放了一段视频。视频中，电弧随着音乐在跳舞，这就是前人做出来的等离子体扬声器。视频上的等离子扬声器看上去就是一块简单的面包板搭建出来的。看完视频，他觉得等离子扬声器制作起来并不是很困难，于是就有了DIY等离子扬声器的想法。
有了这个念头之后，我就立马行动起来，利用业余时间到网上查找有关等离子扬声器的相关知识和有关报道，根据找到的电路图开始制作等离子扬声器。在制作制作过程，发现传统等离子扬声器存在输出单声道、音质差、功耗发热量差等弊端，于是自学有关电路知识，并利用自学到的知识尝试着对传统的等离子扬声器进行改进。
通过反复的实验研究，设计出多种方案对传统的等离子扬声器进行改进：传统的等离子扬声器由于是硬开通，所以会产生很大的开关损耗，开关管发热也就很严重。为了减少开关管发热，并对电路进行了改进，将单管电路改成了半桥电路，输出效果得到了明显的改进。针对低音部分不完美问题，使用音频分频器，将低频部分用传统扬声器发声，等离子扬声器作为高音单元，利用D类调制完成左右双声道，改变原有的单声道的弊端。
二、等离子扬声器技术路线介绍（图1、2）
三、项目特色与创新点
离子扬声器作为一项较为前沿的新概念实用型技术，勇于突破传统，力求极致。该项目的创新点在于将音频信号调制到离子气体上，以此克服了传统音响因调制到振膜上而带来的幅频特性上的缺陷问题，使播放音色更优异。
四、等离子扬声器的商业运用
日常生活中像电视、隐形飞机、医疗手术方面都能运用到等离子技术，那么等离子扬声器同样具有很多的商业运用价值。但有些也由于技术水平的问题，而导致逐渐消失。
如图3所示得知：1951年一位叫做Siegfried Klein的在巴黎推出的等离子高音单元的产品，命名为“Ion phone”，据说它当时十分昂贵。这支高音单元的工作原理完全违背了所有现行主流高音喇叭的发声原理，首先它不具备任何机械振动结构，也就是说它没有振膜！其次是它借助于包含有一个电极的较小的石英管来构成其心脏部分（在以后的DIY过程中，我们可以用陶瓷来代替石英）。如果将此核心部件与工作在无线电频率的振荡器相连接并施以高电压的话，将使
石英管内部的电极与空气间发生离子放电，从结果来看，这将直接导致离子化的空气压缩，并穿过狭窄的号筒喉口，最终转化为声波。此产品因其大胆及运用上的不成熟，在问世之初便横遭厄运，最后在美国暂时结束了其短命的一生，不过值得庆幸的是，后来在60年代，一位叫Fabulous的工程师对其进行了重新设计，并最终与1968年完成了商品化。
如图4所示：等离子高音的工作原理其实与电感耦合高频等离子体发射光谱仪（ICP-AES）的工作原理类似，只是应用对象的不同及规格上的差异而已。因此可以这样理解：等离子高音的发声也就是电感耦合高频等离子体发射（ICP）的过程。等离子高音的心脏部件就是运用这一原理。这个部件相当于喇叭的振膜，亦即发声部。此发声方式与文章介绍的原理大同小异，差别的仅仅是驱动部分及有否号筒而已。离子放电与号筒没有直接关系，用不用号筒都无所谓，号筒的作用按我的看法，只是强制指向性而已，若装置制作无误，在电极尖端的离子放电即可产生很大的声压，而无需号筒进行辅助聚焦。
总结：等离子扬声器在生活中应用前景非常广阔，但技术的水平的不足给等离子扬声器的商业运用带来了困难，但相信随着科学技术的发展，以及专项人才的研究，等离子扬声器一定会给人们的生活带来很强的乐趣。