Definition
“An electrostatic loudspeaker (ESL) is a loudspeaker design in which sound is generated by the force exerted on a membrane suspended in an electrostatic field.
Design and functionality
The speakers use a thin flat diaphragm usually consisting of a plastic sheet coated with a conductive material such as graphite sandwiched between two electrically conductive grids, with a small air gap between the diaphragm and grids.
Low distortion operation
For low distortion operation, the diaphragm must operate with a constant charge on its surface, rather than with a constant voltage. This is accomplished by either or both of two techniques:
- the diaphragm’s conductive coating is chosen and applied in a manner to give it a very high surface resistivity,
- and/or a large value resistor is placed in series between the EHT (Extra High Tension or Voltage) power supply and the diaphragm.
Diaphragm composition
The diaphragm is usually made from a polyester film (thickness 2–20 µm) with exceptional mechanical properties, such as PET [or Mylar] film. By means of the conductive coating and an external high voltage supply the diaphragm is held at a DC potential of several kilovolts with respect to the grids. The grids are driven by the audio signal; front and rear grid are driven in antiphase. As a result, a uniform electrostatic field proportional to the audio signal is produced between both grids. This causes a force to be exerted on the charged diaphragm, and its resulting movement drives the air on either side of it… To generate a sufficient field strength, the audio signal on the grids must be of high voltage.
Electrostatic construction = Capacitor
The electrostatic construction is in effect a capacitor, and current is only needed to charge the capacitance [the capability of a material object or device to store electric charge] created by the diaphragm and the stator plates. This type of speaker is therefore a high-impedance device.[The impedance is the opposition to alternating current presented by the combined effect of resistance and reactance in a circuit.]
Electrostatic vs Electrodynamic loudspeaker
In contrast, a modern electrodynamic cone loudspeaker is a low impedance device, with higher current requirements.”
[excerpt from Wikipedia]
Definizione
” In un diffusore acustico di tipo elettrostatico (ELS) il suono è generato da una forza che si esercita su di una membrana sospesa in un campo elettrostatico.
Progettazione e funzionamento
Il diffusore utilizza un sottile foglio piatto composto da una membrana di plastica rivestita con un materiale conduttivo come la grafite, inserito tra due griglie elettricamente conduttive, con un piccolo intervallo libero di aria tra il diaframma e le griglie.
Funzionamento a bassa distorsione
Per poter ottenere un funzionamento con una bassa distorsione, il diaframma deve lavorare con una carica elettrica costante sulla sua superficie, anziché con una tensione costante. Ciò si ottiene mediante una o entrambe le due seguenti tecniche:
- il rivestimento conduttivo del diaframma viene scelto e applicato in modo da conferirgli una resistività [resistenza elettrica] superficiale molto elevata
- e/o un resistore di grande valore viene posizionato in serie tra il generatore elettrico di tipo EHT (Extra High Tension o Extra Elevato Voltaggio) e il diaframma.
Composizione del diaframma
Il diaframma è solitamente costituito da una pellicola di poliestere (spessore 2–20 µm) con proprietà meccaniche eccellenti, come una pellicola in PET [o Mylar]. Grazie al rivestimento conduttivo e a un’alimentazione esterna ad alta tensione, il diaframma è mantenuto a un potenziale DC di diversi kilovolt rispetto alle griglie. Le griglie sono pilotate dal segnale audio; la griglia anteriore e quella posteriore sono guidate in controfase. Di conseguenza, tra entrambe le grate viene prodotto un campo elettrostatico uniforme proporzionale al segnale audio. Ciò fa sì che venga esercitata una forza sul diaframma carico e il movimento risultante spinge l’aria su entrambi i lati… Per generare un’intensità di campo sufficiente, il segnale audio sulle griglie deve essere ad alta tensione.
Struttura elettrostatica = Condensatore
Una struttura elettrostatica è in effetti un condensatore e la corrente è necessaria solo per caricare la capacitanza [tendenza ad impedire il passaggio della carica elettrica] creata dal diaframma e dalle piastre dello statore. Questo tipo di altoparlante è quindi un dispositivo ad alta impedenza.[L’impedenza misura l’opposizione di un circuito elettrico quando è attraversato da una corrente alternata. È la combinazione della capacitanza e dell’induzione di un circuito elettrico ad alta frequenza. L’impedenza si misura in Ohm, come la resistenza.]
Diffusore Elettrostatico vs Diffusore Elettrodinamico
Al contrario, un moderno altoparlante elettrodinamico a cono è un dispositivo a bassa impedenza, con requisiti di corrente più elevati.”
[estratto da Wikipedia]
Planar vs Curved Diapragm
One of most important advantage of electrostatic loudspeaker is its excellent frequency response (both in amplitude and phase of applied signals). Indeed, the diaphragm’s light weight allows absence of resonance [its extremely low mass prevents the storing of energy which will be released later]. However, to gain a loud acoustical response, especially for low frequencies, is essential a large surface of the diaphragm. There is essentially two types of membrane:
- Planar (or Flat) Diaphragm, which tends to be very directional, giving a good imaging quality on the center of radiating surface, according to an horizontal angled beam. Indeed, unavoidable interference patterns cause a loss of frequency response, especially of high frequencies, which increases gradually moving away from the center of the panel from the horizontal plane.
- Horizontal Curved diaphagm, which was designed with the purpose of reducing interference patterns and so increasing the horizontal angle of beam.Thereby you may reduce the narrow directionality of high frequencies.
Hybrid Electrostatic Loudspeaker
The lack of bass of electrostatic system can be avoid coupling the diaphagm to a woofer or a sub-woofer. In this way, using an appropriate crossover, the mid-high frequencies are driven by the electro-static system and the low frequencies by the woofer.
There is other proceedings to improve bass response, like long-thoow electrostic elements which allow large diaphagm excusion. Another system consists in the use for bass of a higher transformation ratio than the mid-high frequencies.
Diaframma planare vs diaframma curvo
Uno dei vantaggi più importanti dell’altoparlante elettrostatico è la sua eccellente risposta in frequenza (sia in ampiezza che in fase dei segnali applicati). Infatti, la leggerezza del diaframma evita quasi del tutto i fenomeni di risonanza [la sua massa estremamente ridotta impedisce l’accumulo di energia che verrà rilasciata successivamente]. Tuttavia, per ottenere una risposta acustica adeguata, soprattutto per le basse frequenze, è essenziale che il diaframma abbia un’ampia superficie. Esistono essenzialmente due tipi di membrana:
- Diaframma planare (o piatto), che tende ad essere molto direzionale, fornendo una buona qualità dell’immagine al centro della superficie radiante, secondo un fascio angolato orizzontale. Infatti, fenomeni di interferenza inevitabili causano una perdita di risposta in frequenza, soprattutto delle alte frequenze, che aumenta gradualmente allontanandosi dal centro del pannello lungo il piano orizzontale.
- Diaframma curvo (sul piano orizzontale), progettato con lo scopo di ridurre gli schemi di interferenza e quindi aumentare l’angolo orizzontale del fascio di dispersione. In tal modo è possibile ridurre la stretta direzionalità delle alte frequenze.
Altoparlante elettrostatico ibrido.
La mancanza di bassi del sistema elettrostatico si può evitare accoppiando il diaframma ad un woofer o ad un sub-woofer. In questo modo, utilizzando un opportuno crossover, le frequenze medio-alte vengono pilotate dal sistema elettrostatico e le frequenze basse dal woofer.
Esistono altri procedimenti per migliorare la risposta dei bassi, come l’utilizzo di numerosi elementi elettrostatici in sequenza, che consentono un’ampia escursione del diaframma. Un altro sistema consiste nell’utilizzo di un rapporto di trasformazione più elevato per i bassi rispetto alle frequenze medio-alte.