Плёночные излучатели в изодинамических и электростатических головных телефонах многие слушатели оценивают очень высоко. Автор предлагает освоить технологию изготовления в домашних условиях электростатических телефонов и транзисторного усилителя для них.
В настоящее время на рынке предлагается огромное множество моделей головных телефонов (ГТ), в быту называемых наушниками. Однако при всём их многообразии важен индивидуальный подбор их как по звучанию, так и по конструктивному оформлению, т. е. по удобству пользования и комфортности прослушивания. Такой выбор не всегда доступен. Советы же на форумах и сайтах Интернета неоднозначны: сколько слушателей, столько и мнений. Не последнюю роль играет и цена, особенно если речь идёт о моделях высококачественных стереофонических телефонов.
Решением этих и других проблем могут стать ГТ собственного изготовления. В этом случае целесообразно обратить внимание на электростатический способ электроакустического преобразования, позволяющий максимально приблизить звучание самоделок к уровню лучших моделей. К тому же это занятие может попросту оказаться интересным и познавательным. При этом вполне можно обойтись домашней лабораторией, доступными материалами и комплектующими.
Принцип работы электростатических излучателей звука хорошо известен и в достаточной степени изложен, например, в [1, 2]. Их высокое качество звучания обусловлено, прежде всего, малой массой плёночной мембраны и синфазностью колебаний всей её плоскости в широкой полосе звуковых частот. В журнале "Радио" [3] была опубликована большая, подробная статья об изготовлении электростатических громкоговорителей. И сегодня в Интернете можно найти много сведений о том, как построить своими руками и зачастую из подручных средств акустические системы (АС) или ГТ с электростатическими излучателями. Однако обилие разобщённой, а иногда и противоречивой информации на форумах создаёт определённые трудности для начинающих радиолюбителей. В предлагаемой статье сделана попытка устранить эту проблему.
Излучатель электростатического типа для ГТ имеет традиционную конструкцию и представляет собой симметричный дифференциальный конденсатор с центральным подвижным электродом (мембраной). В отличие от электростатических АС, которые требуют применения согласующих трансформаторов, ГТ, как правило, можно подключать к выходу дифференциального усилителя непосредственно, как это показано на рис. 1, что способствует повышению качества звучания.
Рис. 1. Схема подключения ГТ к выходу дифференциального усилителя
Симметричная конструкция излучателя при условии малой амплитуды колебаний мембраны относительно ширины зазора позволяет минимизировать известную квадратичную зависимость силы, действующей на мембрану, от напряжения сигнала, поскольку в этом случае суммарный заряд конденсатора остаётся неизменным [1]. Легко показать, что сила, действующая на заторможенную мембрану, определится по формуле
F = U0·Uс·C/r, (1)
где C - полная электрическая ёмкость симметричного излучателя; U0 - постоянное напряжение поляризации; Uc - переменное напряжение сигнала; r - ширина зазора между мембраной и неподвижными электродами (НЭ).
Заметим, что для ГТ режим, когда амплитуда колебаний мембраны мала, довольно типичен, и это является решающим фактором минимизации искажений. Однако в общем случае применяются дополнительные меры, позволяющие обеспечить линейность электроакустического преобразования. Суть их состоит в принудительном сохранении заряда мембраны в динамике её колебаний, что достигается нанесением на её поверхность высокоомного покрытия или включением в цепь её питания высокоомного резистора R0, (рис. 1).
Отношение U0/r в (1) есть напряжённость электрического поля в зазоре излучателя. Строго говоря, для неоднородного поля, обусловленного перфорацией НЭ, напряжённость должна быть представленаинтегральной величиной, но от этого смысл представления не меняется. И с точки зрения получения максимальной чувствительности её также выбирают наибольшей с некоторым запасом относительно напряжённости пробоя, которая на воздухе составляет 1...3 кВ/мм. В действительности, если не принять мер по увеличению электрической прочности конденсатора-излучателя, рабочее значение напряжённости приходится снижать ещё больше. Причина тому - коронный разряд, проявляющийся в виде ВЧ-шума. Определённую роль в этом играет и неоднородность поля в зазоре. Ситуацию усугубляют повышенная влажность воздуха и температура, когда уши слушателя в закрытых амбушюрах полноразмерных ГТ попросту потеют. Так, например, для рабочего зазора шириной 0,5 мм в подобных неблагоприятных условиях приходится снижать напряжение поляризации до 250...300 В. Проблемы борьбы с указанным явлением в электростатических АС изложены в [3]. Применительно же к телефонам улучшить ситуацию позволяет окрашивание проводящих поверхностей НЭ. Лучше воспользоваться краской в аэрозольной упаковке, при этом получается незначительное по толщине и равномерное покрытие. Хороший результат дают, к примеру, краски MOTIP, KIMTEC, позволяя при том же зазоре (0,5 мм) повысить U0 до 400 В. При этом тонкий слой такого диэлектрика с относительной проницаемостью 1,5...2 практически не меняет структуру поля в зазоре излучателя и не оказывает влияния на звук. Частицы пыли, проникающие в полость конденсатора, в зависимости от своих свойств, также могут способствовать возникновению коронного разряда, и это надо учитывать. Однако на практике ни окрашивание статоров, ни пылевая защита, которую трудно выполнить идеальной, не могут полностью решить эту проблему. И это не позволяет реализовать предельную чувствительность электростатических ГТ на любительском уровне. По этой причине, помимо тщательности изготовления деталей телефонови их сборки (что очевидно), в конструкции целесообразно предусмотреть подстройку напряжения поляризации. Зачастую его снижение даже на 10% позволяет устранить разрядные шумы. При этом значение U0, как величина начального смещения, должно удовлетворять условию U0 ≥ Uc [1], что легко выполнимо. Так, для комфортного и допустимого по санитарным нормам уровня долговременного прослушивания звуковое давление в ГТ не должно превышать 80...85 дБ. При U0 = 400 В и r = 0,5 мм такое условие выполнимо уже при амплитуде сигнала Uc не более 30 В. Применительно же к рис. 1 следует учесть исходные потенциалы наколлекторах транзисторов, т. е. (U0 - Uк) ≥ Uc.
Требования к самому зазору противоречивы. В соответствии с (1) его следует выбирать как можно меньше. Заманчивость этого пути очевидна, так как пропорционально растёт и ёмкость излучателя, что делает зависимость действующей силы от ширины зазора квадратичной. Однако существует некоторый предел, после которого изменения ёмкости и зазора уже нельзя считать пренебрежимо малыми. В этом случае, несмотря на принимаемые меры по стабилизации заряда на мембране, требуется снижение амплитуды её колебаний, что приводит к ограничению динамического диапазона. Нельзя забывать и о накапливающейся на мембране пыли и микрочастицах материалов, которые скрадывают зазор. Кроме того, как показывает практика, при ширине зазора менее 0,5 мм возникают технологические трудности в обеспечении устойчивого положения мембраны в пространстве между статорами. Дело в том, что в отличие от большинства электростатических АС, ГТ должны эффективно воспроизводить сигналы, частоты которых начинаются от 20 Гц. Поэтому натяжение плёночной мембраны, размеры которой относительно невелики, не должно быть чрезмерно сильным (по существу речь идёт о гибкости подвеса). С другой стороны, слишком слабое её натяжение приводит к тому, что мембрана в силу возникающей при этом асимметрии её положения в зазоре стремится притянуться к одному из статоров. Это ответственный момент сборки и доводки, в результате которой достигается компромисс между устойчивостью мембраны в зазоре и достаточно низкой резонансной частотой её колебаний в свободном пространстве. Такое условие выполняется в том случае, когда частота резонанса свободных колебаний мембраны находится в пределах 100...150 Гц.
Выбирать ширину зазора более 1 мм также нерационально, поскольку для поддержания приемлемой чувствительности в этом случае потребуются неоправданно большие значения напряжения поляризации и напряжения сигнала. Повысить чувствительность излучателя можно также за счёт увеличения площади мембраны, от которой зависит ёмкость излучателя. И этот шаг более интересен, так как в этом случае положительный эффект достигается не за счёт снижения динамического диапазона. В самом деле, с увеличением площади мембраны растёт сопротивление излучения, но при этом растёт и действующая на неё сила (1), что, в свою очередь, препятствует снижению колебательной скорости и, следовательно, приводит к росту акустической мощности. В этой связи желательно выбирать площадь мембраны максимально возможной, конечно, в конструктивно разумных пределах - для ГТ она может достигать 40...50 см2. Ёмкость излучателя при этом не превышает 100 пФ и не представляет серьёзной проблемы для работы усилителя. Мембраны указанного размера легко обеспечивают равномерную АЧХ телефонов по звуковому давлению на НЧ выше 20 Гц. Неплохие результаты могут быть получены и с мембранами меньших размеров, что упрощает изготовление ГТ. Но при этом придётся согласиться с некоторой потерей чувствительности и динамического диапазона.
Как уже становится понятно, конструирование электростатических ГТ во многом связано с выбором компромиссных решений. Перфорация НЭ, определяющая коэффициент прозрачности Кпр, не является исключением. Обычно считают, что он численно равен отношению суммарной площади отверстий НЭ к его общей площади. При увеличении Кпр растёт акустическая прозрачность НЭ, но уменьшается сила, действующая на мембрану, и наоборот. Для ГТ неплохим вариантом является значение Кпр = 0,5. Но если речь идёт о его выборе, то, как справедливо отмечено в [3], для широкополосных излучателей значения Кпр > 0,5 являются более предпочтительными, чем наоборот. Значение Кпр = 0,5 имеют большинство металлических сеток, применяемых в бытовой переносной аппаратуре для защиты динамических головок. То же самое можно сказать и об экранирующих сетках в микроволновых печах. Такие сетки имеют стандартный рисунок - группы круглых отверстий с центрами в вершинах правильных шестиугольников с максимально равномерной шириной линий. Но применение их может оказаться проблематичным. Далеко не всегда можно найти сетки с ровной поверхностью требуемого размера. Важным условием является и то, что НЭ должны быть акустически "мёртвыми", т. е. сами они не должны звучать. По этому критерию такие сетки, толщина которых обычно составляет 0,5 мм, не говоря уже о более тонких сетках, несколько уступают электродам, выполненным, например, из стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. Стеклотекстолит предпочтительнее и по жёсткости, которая определяет устойчивость излучателя к внешним механическим воздействиям. Ате, в свою очередь, вызывая деформации излучателя, приводят к короблению мембраны. Самому же стеклотекстолиту хорошего качества коробление не свойственно. При этом автоматически решается проблема электроизоляции внешних поверхностей НЭ. Недостатком такого выбора является трудоёмкий процесс сверловки отверстий. К тому же высокая плотность отверстий, имея в виду возможные срывы металлизации, накладывает определённые требования на качество стеклотекстолита и сверлильного оборудования.
С точки зрения уменьшения потерь на ВЧ толщина НЭ должна быть минимальной, поскольку верхняя частота воспроизведения ограничена резонансом, определяемым, в свою очередь, массой воздуха в отверстиях и его гибкостью в зазоре [1]. Расчёты показывают, что указанный резонанс даже для статоров толщиной 2 мм располагается за пределами звукового диапазона. Тому подтверждение и сравнительные измерения потерь на НЭ толщиной 0,5 и 2 мм, дающие практически одинаковый результат на частотах вблизи 20 кГц. Во всяком случае, тонкие металлические сетки удобно применить в качестве трафарета при сверловке отверстий - ведь станок с ЧПУ доступен не каждому.
Схожие выводы можно сделать и относительно выбора диаметра отверстий перфорации, который может быть в пределах 1...2 мм. Чем меньше диаметр отверстий при одном и том же значении Кпр, тем более равномерно распределена сила в плоскости мембраны, что, в принципе, должно улучшить характеристики работы излучателя, особенно на ВЧ. Практическое сравнение крайних вариантов даёт лишь незначительное преимущество более густой сетке в пределах 3 дБ, что сравнимо с погрешностью измерений в любительских условиях. Заметим, что сверловка отверстий перфорации диаметром менее 1,5 мм утомительна и нерациональна даже с помощью трафарета.
И, наконец, о покрытии мембраны. Оно может быть как проводящим, так и иметь высокое удельное сопротивление. Считается, что покрытие с высоким удельным сопротивлением имеет свои преимущества. Причина этого в следующем. Во-первых, заряд на высокоомной мембране в процессе её смещения остаётся практически неизменным по величине, что исключает искажения сигнала [2]. Во-вторых, в силу "фиксации" зарядов на поверхности мембраны при касании её с НЭ ток разряда минимален и поэтому не происходит прожога мембраны. Второй довод может показаться неактуальным для ГТ, но это не так. Например, при надевании телефонов на голову перепад давления в герметичной полости амбушюр может в определённых случаях (большая площадь мембраны, малый зазор, ослабленное натяжение) толкнуть мембрану до её касания с НЭ.
В случае проводящего покрытия (металлизированная плёнка) задача стабилизации заряда решается включением в цепь питания мембраны высокоомного резистора [1, 2]. В этом случае резистор Ro (см. рис. 1) совместно с ёмкостью излучателя образуют замедляющее звено (ФНЧ), которое не позволяет меняться величине заряда даже на самой низкой рабочей частоте её колебаний.
Номинал резистора для ГТ при этом должен составлять не менее 100 МОм. Но как уже было сказано выше, в большинстве случаев стабильность заряда уже обеспечивается симметричностью самой конструкции излучателя. А поэтому включение такого резистора, пусть даже меньшего номинала, но не менее 10 МОм, необходимо, прежде всего, для ограничения тока при замыкании мембраны на НЭ и, самое главное, как элемента электробезопасности, что в равной степени относится и к высокоомной мембране.
В конечном итоге выбор материалов покрытия может зависеть от того, какой из них окажется более доступным. В любительских конструкциях телефонов определить разницу в звучании, а тем более отдать предпочтение какому-либо варианту исполнения мембраны бывает затруднительно.
Изготовление деталей конструкции и сборка излучателей
Мембрана
В качестве материала мембраны хорошо подходит лавсановая плёнка из конденсаторов К73-16. Это во многом замечательная основа, за исключением одного недостатка - её ширина всего 35 мм, что накладывает определённые ограничения на площадь и форму мембраны. В конденсаторах на рабочее напряжение 100 В толщина плёнки равна 4...5 мкм. Этого вполне достаточно для любительской конструкции. Ведь уже при такой толщине плёнки её масса, как следует из [1,2], сопоставима с массой соколеблющегося воздуха. Номинал ёмкости конденсатора не имеет значения, важно, чтобы длина корпуса конденсатора была равна 48 мм. Это максимально возможный размер, и ширина плёнки, извлечённой из такого конденсатора, - именно те самые 35 мм. Конечно, если имеется возможность применения аналогичной по своим свойствам плёнки подходящих размеров, то задача изготовления большеразмерной мембраны существенно упрощается. Однако вариант с конденсаторной плёнкой хоть и является с технологической точки зрения проблемным, но зато он вполне доступен и требует отдельного рассмотрения. Для этого можно обратиться к [4], где подробно описано изготовление мембраны для телефонов ТДС-7. Применительно к данному случаю, переработанная часть описания выглядит следующим образом.
Аккуратно распиливаем вдоль корпус конденсатора и вынимаем его "начинку". Отматываем и удаляем начальную часть рулона длиной 20...30 см, где в качестве диэлектрика используется толстая плёнка. Далее собственно и начинается рабочая часть конденсатора, представляющая собой две сложенные вместе плёнки (обкладки конденсатора). Отрезаем от рулона полосу длиной 15 см. Острым скальпелем отделяем плёнки друг от друга. Основная трудность заключается в том, чтобы "зацепиться" за начало раздела слитых воедино плёнок. Далее для облегчения процесса можно капнуть в образовавшийся зазор между плёнками несколько капель ацетона. После того как плёнки окажутся разделёнными, с них следует стравить металлизацию. При этом можно воспользоваться обыкновенным отбеливателем, время процесса - 20 мин. После чего плёнки следует тщательно промыть, высушить и прогладить горячим утюгом (температура для шерсти) через лист бумаги, лучше просто между листами в книге. На выходе процесса получаем пригодные для работы прозрачные ровные гладкие плёнки.
Для получения желаемого размера мембраны по ширине полученные две плёнки нужно склеить между собой. В отличие от описанного в [4] способа, в данном случае приклеивание нужно осуществлять внахлёст. Делаем это так. Предварительно подготовленные плёнки, как это описано выше, кладём на ровную гладкую поверхность и соединяем их между собой длинными сторонами с перекрытием в 1,5...2 мм. Удерживая их в таком положении и отогнув одну из сторон, наносим по чуть-чуть (буквально микропорциями) клей БФ-6 по линии перекрытия плёнок. Прижимать можно сразу. При этом начинать приклеивание лучше с середины. Такой способ по сравнению с [4] более трудоёмкий, но в отношении прочности шва результат получается гораздо лучше. К тому же слой клея оказывается защищённым с обеих сторон от активного воздействия рабочего покрытия (напыления) мембраны. Для устранения неровностей полученную таким образом плёнку также необходимо ещё раз прогладить. При этом клеевой шов следует изолировать от бумаги лавсановой плёнкой (из рулона), иначе разогретый клей, если он окажется за пределами шва, приклеится к бумажному листу. После термообработки на плёнке могут появиться микроскладки как результат устранения неровностей. Главное, полученная плёнка должна быть совершенно плоской без выпуклостей и коробления. Не следует надеяться на то, что в дальнейшем при растяжке её на изоляторе такие дефекты удастся исправить.
Толщина клеевого шва после разглаживания нагретым утюгом - примерно 20 мкм, и влияние его на общую массу плёнки минимально, а прочность такой склейки вполне достаточна. После обрезки получается заготовка с размерами 70x120 мм с проходящим по оси симметрии клеевым швом (рис. 2). Следует добавить, что лучше запастись такими полуфабрикатами впрок для того, чтобы в случае неудачи не повторять весь процесс заново.
Рис. 2. Заготовка с размерами 70x120 мм с проходящим по оси симметрии клеевым швом
Несмотря на то что извлечённая из конденсатора плёнка изначально металлизирована, вопрос о покрытии мембраны решается не в пользу её родного проводящего покрытия. И на это имеются две причины. Во-первых, односторонняя, как в данном случае, металлизация приводит к скручиванию плёнки, устранить которую практически не представляется возможным, что весьма неудобно в работе и в конечном итоге приводит к короблению мембраны.
Во-вторых, предельно тонкий слой металлизации склонен на изломах, в частности, у выводного лепестка, к полной потере проводимости, что, в свою очередь, приводит к потере работоспособности всего излучателя в целом. Поэтому удаление металлизации, как это описано в [4], не противоречит общей идее и в данном случае.
Итак, заготовка-полуфабрикат в виде гладкой, без признаков коробления, прозрачной плёнки с указанными размерами готова, и теперь можно приступить к следующему этапу - этапу напыления мембраны. Судя по дебатам на тематических форумах, технологии изготовления фирменных мембран остаются под секретом, да, пожалуй, они и не реализуемы на радиолюбительском уровне, тем не менее идей масса. Один из самых доступных предлагаемых способов покрытия подложки - это напыление антистатика "Лана" или других подобных по своим физическим свойствам аэрозолей. Такое покрытие относится к высокоомным, и его удельное сопротивление - 2...5 гОм/см2. И несмотря на то что подобное покрытие преподносится как пробное, временное, на самом деле конечный результат применительно к ГТ может быть вполне приемлемым. Так, практически все макетные образцы при соблюдении технологии изготовления работали без серьёзных претензий к такому напылению. Однако время жизни подобного напыления оценить так и не удалось. Отдельные образцы успешно работали более года без снижения чувствительности, после чего, так или иначе, подвергались модернизации. Следует отметить и неприхотливость таких мембран к хранению на морозе (-30 оС) или при повышенной температуре (+50 оС). Удовлетворительно переносима и 100 % влажность (с последующей просушкой). Со временем удельное сопротивление такого покрытия имеет тенденцию к росту, что может привести к заметному увеличению времени накопления зарядов на мембране с момента включения поляризатора.
Напылённому слою антистатика присущи и очевидные недостатки - остаточная липкость даже после длительной просушки (сама по себе электростатика и так любит пыль) и неравномерность напыления. Однако оценить влияние второго фактора на качество работы излучателя не так-то просто. Можно также усомниться в эффективности работы такого вязкого напыления на ВЧ. Но как показывают опыты, такие мембраны работают ничуть не хуже металлизированных вплоть до частоты 20 кГц. К тому же вязкое покрытие, обуславливающее повышенное собственное затухание, может сыграть и свою положительную роль как гаситель паразитных ВЧ-резонансов.
Процесс напыления достаточно прост. Для начала следует изготовить из тонкого ровного картона защитную рамку. Рамка нужна для того, чтобы струя из распылителя попадала только на рабочую область плёнки. На рис. 2 эта область выделена серым цветом. Внутренние размеры рамки лучше уменьшить на 0,5...1 мм для ограничения переходной области напыления. Обозначенные разрезы на лепестке мембраны делают непосредственно перед её растяжкой на изоляторе или в процессе растяжки, по месту. Прикладываем рамку к плёнке и с расстояния 20...25 см производим напыление. Делать это надо умеренно, так чтобы на плёнке не было наплывов. Антистатик активен по отношению к клею БФ-6, но последний уже защищён слоями плёнок. Операцию необходимо повторить дважды с интервалом в 2 ч. Точно так же следует напылить и противоположную сторону мембраны. Лепесток рекомендуется покрыть дополнительным слоем или даже двумя, поскольку проблемы, связанные со снижением чувствительности из-за чрезмерного роста поверхностного сопротивления по отношению к сопротивлению паразитных утечек, если таковое происходит, начинаются именно с лепестка, как с наиболее узкого места в прямом смысле этого слова. Дать просохнуть в течение суток, после чего провести контроль качества напыления по схеме на рис. 3. При расстоянии между контактными площадками, касающимися плёнки, 10 мм и входном сопротивлении вольтметра 10 МОм показания прибора должны быть 50...100 мВ. Контактные площадки представляют собой круглые диски диаметром 5 мм. Удобны в применении шурупы-саморезы с плоскими головками указанного диаметра, зажатые по резьбе "крокодилами" вольтметра. Конечно, эти значения напряжения носят ориентировочный характер и зависят от свойств антистатика, который может отличаться у разных производителей. В данном случае речь идёт о продукции Новомосковского завода. При необходимости число слоёв напыления можно увеличить. Принцип прост - чем тоньше слои, тем их больше.
Рис. 3. Схема контроля качества напыления
А вот такой антистатик, как "Лира", является менее предпочтительным. Покрытие на его основе имеет заметно большее удельное сопротивление и в конечном итоге может оказаться сравнимым с сопротивлением утечек всей конструкции, что усложнит задачу. Например, в предыдущей схеме измерения показания вольтметра могут оказаться в пределах единиц милливольт. Кроме того, "Лира" обладает большей липкостью, что создаёт определённые проблемы.
Неподвижные электроды
Из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм вырезаем две одинаковые заготовки по размерам готового электрода, как на рис. 4. Оба НЭ - внутренний и внешний - одинаковы, за исключением того, что на внешнем (дальнем от уха) электроде вместо крепёжных отверстий диаметром 2 мм, как это показано на рис. 4, делают резьбовые отверстия М2. Лишние участки фольги шириной 5 мм по периметру заготовок (то, что не выделено цветом) следует удалить травлением или вырезать скальпелем по линейке. Вывод фольгированной полоски на угол электрода предназначен для подпайки проводника кабеля. Вариант не очень элегантный, но в подобных любительских конструкциях следует отдавать предпочтение простоте с целью минимизации паразитных утечек. Сверловку крепёжных отверстий пока делать не надо. А вот сверлить отверстия под перфорацию при использовании стационарного сверлильного станка можно одновременно. Для этого обе детали надо прижать друг к другуфольгирован-ными сторонами и на них наложить трафарет. Полученный таким образом пакет скрепляют миниатюрными струбцинами. Сверлить отверстия следует в границах фольгированного участка, за исключением выводного лепестка.
Рис. 4. Заготовка из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм
По окончании сверловки пакет разъединяют, заусенцы на высверленных электродах убирают мелким надфилем и наждачной бумагой. Возможно, после этого для зачистки отверстий придётся ещё раз пройтись сверлом по всем отверстиям. В конечном итоге рабочие поверхности НЭ должны быть, что называется, в идеальном состоянии. Если же предполагается применение ручной электродрели, то во избежание возможных перекосов отверстий НЭ лучше сверлить раздельно, по одному.
Следующий этап - изготовление изоляторов. Для этого понадобится односторонне фольгированный стеклотекстолит (допускается применение гетинакса) толщиной по ширине выбранного зазора. Пусть это будет компромиссный вариант из ранее указанных значений, например 0,8 мм, из стандартного ряда стеклотекстолита марки СФ-1. Конечно, зазор и толщину НЭ можно выбрать другими, исходя из имеющихся в наличии материалов или по другим причинам. Это приведёт в основном только к изменению толщины излучателя, что несложно учесть в дальнейшем. Чувствительность при этом корректируется подбором напряжения поляризации. На один излучатель понадобятся две детали - А и Б, как на рис. 5. Изолятор Б показан только фрагментарно (нижняя часть), причём для его изготовления можно применить и нефольгированный стеклотекстолит, в остальном же детали идентичны.
Рис. 5. Изготовление изоляторов
Вырезать изоляторы можно обычным резаком, предварительно засверлив тонким сверлом отверстия по углам. После фольгу следует удалить, за исключением участка, выделенного цветом (рис. 5), - это контактная площадка для приклеивания лепестка мембраны и подпайки проводникакабеля.
Вырез в нижней части изолятора Б предназначен для того, чтобы при сборке пакета не деформировался клеевой контакт между лепестком мембраны и контактной площадкой. При отсутствии фольгированного стеклотекстолита указанной толщины контактный лепесток можно вырезать из медной фольги и приклеить по месту универсальным клеем "Момент".
Затем эпоксидным клеем (пластификатор обязателен) приклеивают изоляторы к внутренним (фольгированным) сторонам статоров, причём лепесток изолятора А должен быть направлен в ту же сторону, что и фольгированная сторона его статора. В целях экономии материала изоляторы можно составить из отдельных полосок шириной 5 мм. При этом лучше воспользоваться оправкой в виде тонкой прямоугольной пластины из пластмассы с размерами 50x85 мм, что гарантирует хорошую повторяемость внутренних размеров рамок изоляторов. После высыхания возможные наплывы эпоксидного клея на рабочих поверхностях статоров должны быть удалены.
Теперь можно выполнить сверловку крепёжных отверстий и лучше это сделать одновременно на обоих НЭ, точно совместив их изоляторами друг к другу и зафиксировав струбцинами. Вначале следует высверлить сквозные отверстия диаметром 1,5 мм. Затем НЭ разъединить и на внутреннем (ближнем к уху) электроде рассверлить отверстия до 2 мм, а на внешнем нарезать первым номером метчика резьбу М2. В конечном итоге пакет будет скрепляться винтами М2 длиной 5 мм с потайной головкой. Поэтому на внешней стороне внутреннего электрода необходимо сделать зенковку отверстий под головки винтов. Резьба в стеклотекстолите имеет ограничения по надёжности, и это надо иметь в виду при сборке пакета.
По окончании всех работ, связанных с механической обработкой, детали следует тщательно очистить от пыли и обезжирить. Перед окрашиванием проводящих поверхностей НЭ изоляторы необходимо защитить липкой лентой от попадания на них краски. После окрашивания следует обратить внимание на качество покрытия. Выступающие над поверхностью твёрдые вкрапления, которые иногда всё же случаются, должны быть зачищены.
Сборка излучателей
На этом этапе, прежде всего, следует выполнить правильную растяжку мембраны, которая крепится на НЭ с изолятором А. Это важный момент, от которого зависит успех работы в целом. Сама по себе растяжка мембраны не так сложна и трудоёмка. Гораздо сложнее работа по корректировке её натяжения, когда приходится частично отклеивать мембрану. При этом возможны надрывы плёнки. Поэтому желательно, чтобы требуемый результат получился с первого раза. Можно предварительно потренироваться на муляже - плёнке без покрытия, которую не жаль. Приобретение определённого навыка играет решающую роль. В крайнем случае можно применить плёнку толщиной 10 мкм. Такая плёнка используется в конденсаторах К73-16 на номинальное напряжение 400 В.
Подготовленную мембрану аккуратно располагают на статоре так, чтобы её напылённая часть точно оказалась над перфорацией электрода, а её лепесток совпал с фольгированным участком изолятора. На рис. 6 цифрами обозначена последовательность действий. Сначала в точке 1 на торцевой стороне статора следует нанести мазок универсального клея "Момент" и спустя 10...20 с загнуть и зафиксировать на нём верхний край мембраны. Далее в точках 5 и 8 также нужно нанести лёгкие точечные мазки клея на торце. После выдержки фиксируют нижнюю часть мембраны с умеренным натяжением по направлению стрелок. Особо усердствовать с клеем не нужно. Плёнка легка и хорошо удерживается даже при минимальном его использовании. После выдержки примерно 10 мин следует слегка промазать тонким слоем клея торцевые участки 1-2 и 1-11 (здесь и далее обозначены жирными линиями). Вновь выдержка 10...20 с - и верхний край мембраны загибают на торец НЭ с одновременным натяжением по стрелкам. Такую же операцию производят и с нижней частью мембраны (участки 5-6 и 7-8). Таким образом, растяжка по вертикали завершена. При этом средняя часть мембраны должна получиться плоской, продольные (вертикальные) волны могут быть только на её краях. После более длительной выдержки до 30 мин можно сделать растяжку в ширину. Для этого наносят тонкий слой клея на участок 3-4 торца статора по всей его длине. Выдержка 10...20 с - и также проводят загиб бокового края мембраны на торец по всей длине с натяжением чуть большим, чем это необходимо для устранения волн. И вновь выдержка 10 мин, после чего точно так же приклеивают противоположный край мембраны к другому торцу электрода (участок 9-10). Результатом выполненной работы должна быть совершенно плоская мембрана без волн и складок. Можно слегка подуть на мембрану, убеждаясь в отсутствии колебаний отдельных её участков. Чем более качественно изготовлена мембрана, тем меньше проблем при её растяжке.
Рис. 6. Последовательность действий
Клей "Момент" хорошо удерживает натяжение мембраны, позволяя при этом исправить возможный дефект. Для этого понадобится ацетон, но применять его следует минимальными порциями, чтобы он не затекал на напылённую часть мембраны, иначе не исключено появление утечек, от которых зачастую можно избавиться только заменой самой мембраны. Но если дефект замечен ещё в момент приклеивания, когда клей ещё не прихватил окончательно, то оперативно отделить участок плёнки от изолятора можно, не прибегая к ацетону. НЭ с растянутой на нём мембраной показан на рис. 7.
Рис. 7. НЭ с растянутой на нём мембраной
Теперь можно грубо оценить качество натяжения мембраны, прослушивая её резонансный отзвук на постукивание пальцем по электроду. "Дряблый" призвук указывает на то, что натяжение слишком слабо, звон же, наоборот, говорит о том, что натяжение чрезмерно велико. Звук должен быть низким по тону и упругим. Вообще говоря, мембрану лучше слегка перетянуть, чем недотянуть. В конечном итоге несколько большие потери на частотах ниже 40...50 Гцнетак важны, как последствия слишком слабо натянутой мембраны. К таковым относится довольно неприятное явление, возникающее при малом зазоре или вследствие чрезмерно слабого натяжения мембраны - это её релаксационные колебания, а иногда и прилипание к одному из НЭ. Причина этого явления состоит в том, что в случае возникновения асимметрии положения мембраны в зазоре на неё действует разностная сила, стремящаяся притянуть мембрану к ближайшему на данный момент к ней НЭ. Но как следует из общений на форумах Интернета, от этого не застрахованы даже фирменные изделия.
Затем в месте контакта лепестка мембраны с фольгированным участком изолятора следует нанести немного токопроводящего клея так, чтобы обеспечить контакт с фольгой обеих сторон лепестка мембраны, срезав его излишки, как показано на рис. 8 (фрагмент НЭ). Такой контакт, несмотря на его кажущуюся сомнительность с учётом маслянистых свойств "Ланы", на деле вполне надёжен. Оставшийся свободным уголок вывода изолятора предназначен для подпайки проводника с поляризующим напряжением +U0. Проводящий клей-пасту можно приготовить и самостоятельно, густо замешав в капле лака ПФ-283 напиленные надфилем мелкие медные опилки. Такая паста быстро застывает, и готовить её следует непосредственно перед применением.
Рис. 8. Фрагмент НЭ
Далее совмещают статоры (изолятор А к изолятору Б) и всю конструкцию без излишних усилий (резьба в стеклопластике!) стягивают винтами М2, предварительно проколов острым шилом мембрану по крепёжным отверстиям. Проверку мембраны на паразитные утечки проводят измерителем проводимости (см. рис. 3). Значение напряжения между лепестком мембраны в точке подпайки кабеля и металлизированными выводами каждого из НЭ не должно превышать единиц милливольт.
Продолжение следует.
Литература
1. Вахитов Я. Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. - М.: Искусство, 1982.
2. Зуев В. Электростатический громкоговоритель АСЭ-1. - Радио, 1980, № 8, с. 22, 23.
3. Лачинян С. Изготовление электростатических громкоговорителей в любительских условиях. - Радио, 2006, № 1-4.
4. Бондаренко В. Ремонт головных теле-фоновТДС-7. - Радио, 2013, № 4, с. 13-15.
Автор: В. Бондаренко, г. Братск Иркутской обл.