Elektrostaten

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Details: Veröffentlicht am Samstag, 02. Februar 2013 15:59; Geschrieben von Dirk Jesberger und Markus Andrzejewski; Zugriffe: 15583

Zusammenbau eines Elektrostaten.

Bilder von Kundenaufbauten finden sie ganz unten am ende der Seite

Video

Von Dirk Jesberger und Markus Andrzejewski

Es werden nur Draht Statoren Hergestellt aus folgenden Grund,
Ein Draht Stator bietet ein Höchstmas an Sicherheit da wie bei unseren Modellen
Die Drähte 0,6 mm dick Isoliert sind, Sich ein Draht Stator leicht Elektrisch Segmentieren läßt was dazu dient das Rundstrahlverhalten und den Frequenzgang zu verbessern.
Die Herstellung ist um einiges Aufwändiger als Lochblechstatoren, Rechtfertigt den Aufwand Aber auf jeden Fall.
Der Elektrostat bildet mit der Hochspannungskaskade und dem Übertrager eine Einheit.
Die Kaskade Lädt die Leitfähige Membrane des Elektrostaten. Der Übertrager Transformiert das Musiksignal des Verstärkers auf die Bedarfsgerechte Spannung hoch, die Dann an den Statoren Anliegt und Die Membrane im Takte der Musik Schwingen Läßt.

Es ist nicht einfach gewesen einen ESL zu entwickeln der auch gut Klingt.
Dazu gehört wie wir feststellen durften eine menge know how.
Spielt eine Komponente nicht mit der anderen Zusammen so kann es auch mal schnell Schief laufen. So wie wir es auch Beim 9. Röhrentreffen leider auch Selber erfahren durften. Schuld war hier eine Digital Weiche. Beim 8. Röhrentreff lief dagegen Beim ESL alles glatt.
Dies ist nur eines der beispiele.
Damit es nicht jeden Passiert haben wir hier Reichlich Material zusammengetragen um einen ESL erfolgreich genießen zu können.

Nun Sind immer noch viele der Meinung das ein ESL Große Verstärker Braucht. Was auch mich Anfangst mir einen ESL zu bauen davon Abgehalten hat.
Mittlerweile wurde ich besseres Belehrt und je nach Modell Reichen sogar mal 2*24 Watt aus ( 300B PP Amp)
Bei einen Hybriden den man gut mit einen Sub Als Zwei Wege System einsetzen kann. Braucht nicht so viel Leistung. Der Sub verschlingt wenn er mithalten will einiges mehr.
Unser Konzept: Hoher Wirkungsgrad, Muss auch Für Röhren tauglich sein.
Um die Sinnvollste Kapazität pro dm2 zu bekommen und auch wegen der Sicherheit, haben wir uns für den Draht Startor entschieden.

( Detail Foto Drahrtstator)

Mann Sieht hier genau wie so ein Modul Aufgebaut ist. Die Folie ( Membrane) ist in der Mitte gespannt. An dieser liegt eine konstannte Hochspannung an.
An den Statoren wird das Audio Signal Angelegt ( PP)
Durch die Dichte der gespannten Drähte konnten wir die Kapazität pro dm2 Selber festlegen.

Nun bevor wir hier in den Details gehen, will ich Dringenst darauf hinweisen das ein ESL mit mehreren KV Arbeiten. Also ist beim Zusammenbau entsprechend mit Sorgfalt heran zu gehen. Anderstfalls kann so ein ESL schnell Lebensgefährlich werden da bei 1KV auch mal 100mA Fließen können oder auch mehr je nach dem was der Verstärkter an Leistung liefert.
1.) Zusammenbau
Auf die Volgenden Bildern Sieht man wie einfach so ein Modul in ein Holzgehäuse eingearbeitet werden kann.

Gut zu sehen ist wie hier das Modul im MDF Eingepasst wurde.

Anschließend kann man Dann die Äußere Oberfläche nach belieben Bearbeiten.

Das Bild unten zeigt Dann Links das fertige Gerät.
Daneben im Gleichen Stil den Subwoofer.

1a) Die Kaskade.
Nun Schauen wir mal Hinter den Kulissen
Wie erwähnt braucht der ESL unbedingt eine Folienvorspannung . Diese ist Abhängig vom
Membran-Draht Abstand und Beträgt bei unseren Modellen zwischen 1,6 -2,2 Tausend Volt
Da die Kondensatoren eine sehr kleine Kapazität haben fließt hier nur ein sehr geringer Strom. Die Membrane wird über einen Wiederstand im Meg Bereich Angeschlossen.

Aus Kostengründen können hier zwei Trafos aus der Serienfertigung so verwendet werden.

Oder beiwww.tubeland.de
Gibt es auch Spezielle Trafos mit 230V, 300V, 400; und 500V Sec. Spannung, die aber etwas teurer sind. ( Sonderanfertigung)
Hier noch ein Interessanter Link zum Elektrostaten.
http://www.elektrostaten-forum.de
Die Seite ist Vom Dirk Jesberger, der die ESL Entwickelt hat.

2.) Welchen AÜ benutzen?
Wir haben für die ESL verschiedene Aü´s entwickelt die dementsprechend ausgewählt werden müssen
Bei einen Transistor Amp bedient man sich an ein Höheres Übersetzungsverhältnis. ( 4 Ohm)
Bei einen Röhren Amp eine Niedriges Übersetzungsverhäldneis
(8 Ohm)
Natürlich muß Der Übertrager auch zur Kapazität das Modul passen. Andersfalls würde man Wirkungsgrad verschenken oder beim Zu hohen Übersetzungsverhältnis den Amp Abschießen.

An einen Röhrenverstärker gibt es so einige Anforderungen. Hohen Dämpungsfaktor. Möglist einen Trioden Amp verwenden. Oder Pentoden als Trioden laufen lassen. Der Röhrenamp Sollte auch eine Rückkopplung besitzen. Die Kapazitäten der AÜ´s sollte nicht so hoch sein. Die Pri. Impedanz des Übertragers im Röhren Amp eher Höher als zu Tief.
Wir haben An den ESL einen 6C33PP, 3C33 SE, 300B PP, 6AS7G
Getestet mit hervorragendem Ergebnis
Nun Möchten wir hier Die verschiedenen Trafos Erklären

Die Bezeichnung sagt Aus Das der AÜ eine untere Grenzfrequenz bei 220Hz hat. Die Fu ist immer bei einer Ausgangsleistung von 100W Angegeben. Die letzte null wird weggelassen in der Bezeichnung.
Die 55 Steht für das Übersetzungsverhältnis. Wegen dem niedrigen Übersetzungsverhältnis ist er bestens für Röhren Amps geeignet.
Leistung bei 8 Ohm in Watt Volt FU
100 W 28V 220 Hz
130 W 32V 250 Hz
180 W 38V 300 Hz
250 W 45V 350 Hz ( Max bei bei 350 Hz - 20 kHz)

Hier die Frequenzmessung mit dem M65 und dem L250

Je nach Betriebsart Müssen dann die AÜ´s unten bei der jeweiligen Frequenz Beschnitten werden.
Einen Nachteil haben die M Typen. Sie arbeiten nicht 100% Symmetrisch Auch ist der kupferwiderstand unterschiedlich hoch.
Leider werden Solche AÜ´s aus M oder aus EI Schnitte bei vielen Elektrostaten Anbietern Eingesetzt. Ist das High end?
Offensichtlich wird hier Am falschen ende gespart und oft mals mit Passiven Filtern gearbeitet. Schlecht klingt er nicht. Der M Typ. Ist aber ein Einsteiger Modell bei den Elektrostaten.
Auch Ringkern Trafos halten wir nicht als Optimale Lösung. Die Kapazitäten sind oftmals hoch.
Nun Gibt es in Foren Viele die Netztrafos als AÜ´s Verwenden. Allerdings sind diese kapazitiv zu Hoch. Also nimmt der Anwender Höhenverluste hin. Solange er noch nicht´s Anderes gehört hat wird der Selbstbauer damit zufrieden sein. Andere Setzen AÜ´s Für Röhrenverstärker ein. Auch diese sind eher ungeeignet!
Nun haben wir nach einer Lösung gesucht einen Optimalen Übertrager für Elektrostaten zu entwickeln.
Eingefallen ist uns da die Verwendung eines UI Kern.
Hier wird das Audiosignal 100% Symmetrisch an den ESL weitergeleitet Auch der Kupferwiderstand ist gleich hoch!
So Schaut er Aus das herz des ESL .

Dieser ist für Transistor Endstufen gedacht
Im Gegensatz zum Röhren Amp gehen wir von einer lastimpedanz von 4 Ohm Aus. Bei diesen Typ ist das Übersetzungsverhäldnis Statt 1:110 auch als 1:55 einsetzbar durch andere Verdrahtung.
Oder Der TDSL1855U Von 1:55 auf 1:27,5
Auch hier für ein Rechen Beispiel.
Leistung bei 4 Ohm in Watt Volt FU ( 1:110)
100 W 20 180 Hz
150 W 25 220 Hz ( max bei 220 Hz - 20 kHz)

Es kommen bald noch Größere UI´s im Programm!
Nun damit der ESL auch die Besten Resultate Erreicht, Stelle ich hier noch eine Röhrenfrequenzweiche Vor, bei denen die Filter Regelbar sind.

Wie oben erwähnt ist es sehr wichtig eine Fernümftige Aktivweiche Vor den Endstufen zu haben. Wir haben auch mal eine Digitale Weiche ausprobiert ( 350 Euro teuer) Doch leider haben Die ESL sich wie durch einen Schlauch gezogen angehört. Die mitten waren Überhaupt nicht präsent
Das Problem an der Digi weiche liegt auch daran wie sie Angesteuert wird
Die AD / DA Wandler zeigen ihre Besten Ergebnisse nur, wenn sie nahe wie Möglich bis an der Overhead grenze Ausgesteuert werden.
Nur Wer will schon die Musik immer bei voller Lautstärke Hören ?
Für Andere Anwendungsgebiete mag sie ja gut sein für den Home bereich eher ungeeignet gewesen. Mag sein Das Andere Digiweichen besser sind als die wir hier getestet haben. Doch wollen wir hier nicht alle Auf dem markt befindlichen Weichen testen.
Dann Besser doch Analog und warum nicht mit Röhren?
Zwar verzichtet man auf jede menge Schnik Schnak. Aber den Braucht man auch gar nicht. Etwas Schnik schnak bietet die Röhrenfrequenzweiche auch. Einen Regelbaren Filter. Das Reicht aber auch. Läuft auch mit der ECC 82.

Wissenswertes
Die Vorteile für den Selbstbauer aktiver Systeme

Für jedes Chassis wird eine eigene Endstufe benötigt.
Die Trennung der Frequenzen wird in aktiven Filtern vor den jeweiligen Endstufen vorgenommen

1. Verringerte Intermodulations-Verzerrungen wegen der verringerten Bandbreite, über die der Verstärker arbeitet.
2. Vergrößerter Dynamikbereich.
3. Besseres Impulsverhalten.
4. Bessere Koppelung von Verstärker und Lautsprecher. Vermeidung der von passiven Frequenzweichen induzierten Resonanzen.
5. Bessere Funktion der Frequenzweiche, die mit konstantem Abschlusswiderstand arbeitet.
6. Bessere Klanqualität als bei passiven Lautsprecher
7. Kontrolle der unterschiedlichen Chassis-Empfindlichkeiten.
8. Einfachere Manipulation von Phase, Zeitverzögerung, Frequenz

Zu 1.
Intermodulationsverzerrungen entstehen durch Überlagerung vieler verschiedener Frequenzen. Eine Endstufe hat es einfacher, wenn der zu übertragende Frequenzbereich kleiner ist. Wenn z.B. die tiefen Frequenzen hoch ausgesteuert werden, können die hohen Frequenzen clippen, da diese auf den tiefen aufmoduliert sind. In einem Aktivsystem hat somit ein übersteuern der Tieftonendstufe keine Auswirkung auf den Hochtöner. / Elektrostaten
Zu 2.
Aus den vorher angegeben Gründen ergibt sich, dass die Summe aller Frequenzen die Aussteuergrenze festlegt. Wenn ein sehr tieffrequentes und ein sehr hochfrequentes Signal gleichzeitig übertragen werden, sinkt der mögliche Maximalpegel, da das hohe Signal dem tiefen aufmoduliert ist. Somit ist eine Aktivbox immer lauter als eine Passivbox, obwohl die Chassis gar nicht höher belastet werden, sondern alle gleichzeitig maximal belastet werden können.
Zu 3.
Steile Impulse verursachen plötzliche und hohe Stromanstiege auf dem Weg vom Verstärker zum Chassis. Anfangsimpulse von Instrumenten enthalten meist alle Informationen des Instruments, des räumlichen Ortes und tragen somit wesentlich zur räumlichen Zuordnung verschiedener gleichzeitig gespielter Instrumente bei. Jedes zu lange Kabel oder zu hochohmige Spule im Signalweg verfälscht am stärksten die Übertragung von Impulsen.
Zu 4.
Wie viel mehr kann daher erreicht werden, wenn die Passivweiche aus dem Signalweg verschwindet? Sie hat einen viel größeren Anteil an Verlustwiderständen als das Kabel und gilt schlechthin als das Teil in der Übertragungskette, das die meisten Verzerrungen produziert. Der Wechselstromwiderstand eines Filters muss im Trennfrequenzbereich in etwa den gleichen Wert haben, wie der Widerstand des Chassis. Das bedeutet aber, dass die Endstufe in diesem Filterbereich nur noch mit dem Dämfungsfaktor 1 auf das Chassis wirken kann! Im Durchlassbereich würde eine 0,5Ohm Spule an einem 4W Chassis die Dämpfung auf 8 herabsetzen. (Dämpfung = Chassiswiderstand dividiert durch Innenwiderstand der Signalquelle). Was nützt hier also eine Endstufe mit extrem hoher Dämpfung? Bestenfalls, dass sie die Resonanzen eines Passivfilters besser im Griff hat. Im Aktivsystem werden Begleiterscheinungen, wie Filterresonanzen, Verschlechterung der Gesamtgüte, usw. verhindert.
Zu 5.
In einer Passivweiche ist die Schwingspule immer Bestandteil der Weiche. Der Lastwiderstand am Filter ist maßgebend für alle Rechenergebnisse. Dieser Chassiswiderstand ist noch nicht einmal bei jeder Frequenz gleich. Es kann sogar vorkommen, dass bei einer starken Resonanzfrequenz des Chassis der Widerstand so hohe Werte erreicht, dass diese Frequenz, obwohl sie außerhalb des Durchlassbereiches der Weiche liegt, dennoch wiedergegeben wird, da das Filter in diesem Bereich keinen ausreichenden Lastwiderstand "sieht". Bei zu starker Abweichung müssen daher Impedanzlinearisierungen, bzw. Saug- oder Sperrkreise zusätzlich verwendet werden. Das hat zur Folge, dass man an einer einmal berechneten Weiche nicht einfach ein anderes Chassis einsetzen kann. Trennfrequenz und sogar die ganze Filtercharakteristik wären jedes Mal eine andere.
Bei einer Aktivweiche, die vor einer Endstufe sitzt, ist der Chassiswiderstand ohne Bedeutung. Das Filter hat hier eine definierte Last innerhalb der Schaltung. Trennfrequenz und Filtercharakteristik bleiben immer erhalten, egal, ob ein 0,5Ohm oder ein 16Ohm Chassis an der Endstufe hängt. Ein unschlagbarer Vorteil für Selbstbauer, die experimentieren und so wenig Fehler wie möglich machen wollen. Außerdem lässt sich ein 24dB/Oct Filter realisieren, ohne die bekannten Probleme von steilflankigen passiven Filtern.
Zu 6.
Es ist ein Unterschied, ob ein Filter mit Millivolt- und Mikroampere-Signalen durchlaufen.

Zu 7.
Wenn ein Hochtöner zu laut ist, kann man in einer Passivweiche nicht einfach einen Widerstand vor den Hochtöner setzen. Mindestens die Trennfrequenz wäre dann eine andere, da, wie schon erwähnt, der Lastwiderstand maßgeblich für das Filter ist. In einer Aktivversion wird einfach der NF-Pegel vor der Endstufe mit einem Poti verändert. Wirkungsgradunterschiede und tonale Charakteristik kann man somit anpassen, ohne dabei in andere Werte einzugreifen.
Zu 8.
Dieser Punkt betrifft den professionellen Boxenhersteller, der speziell geforderte Anpassungen vornehmen möchte, die passiv nur sehr schwer oder gar nicht realisierbar wären. Solche zusätzlichen Manipulationsfilter können vor oder hinter einen Aktivweichenkanal geschaltet werden und müssen meist selbst konstruiert werden.
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Zusammenfassend kann man sagen, dass Aktivsysteme für den Hobbyelektroniker berechenbarer herzustellen sind. Wirkungsgrad und Impedanzverlauf eines Chassis sind Parameter, die man größtenteils außer Acht lassen kann, da das Chassis über die Endstufe von der Weiche entkoppelt ist. Daher ist die Auswahl der Chassis fast unbegrenzt.
Nachträgliche Änderungen sind einfacher möglich, da nicht so viele Parameter sich gegenseitig beeinflussen, wie in einer Passivweiche.
Daraus ergibt sich auch, dass Aktivboxen mehr im Selbstbaubereich zu finden sind.
Außerdem würde sich ein "HIGH-ENDER" bei einer Aktivbox ständig mit der Frage befassen, ob Endstufen eingesetzt wurden, die auf einen beruhigenden Testbericht verweisen könnten.
Deshalb sind die meisten Aktivboxen nur im Besitz derer, die sich ihre Boxen selbst konstruiert haben, aber mit dem guten Gefühl, eine überlegene Klanqualität durch eine überlegene Technik zu besitzen.