多功能高保真等离子扬声器

等离子扬声器理论上可最大限度还原声音的真实音色。本项目多功能高保真等离子扬声器耗材成本低，同时能实现多功能，可批量生产。

【关键词】高保真扬声器 多功能扬声器 等离子扬声器

传统等离子扬声器的信号调制方式为`，脉宽调制”或“高频基带调幅”这些调制方式不但电路复杂而且都为有损调制会破坏音频信号的保真度问题，本项目在等离子扬声器变压器的低压回路中串联一颗控制管半导体管或电子管控制输入电流，由于等离子扬声器是一种甲类扬声器，驱动它既需要交流分量也要直流分量，利用这一特性输入电路既是屏极的“偏置电阻”又是“负载”这样带来的好处显而易见直接对音频信号放大，减少信号失真、得到更好的低频响应、减小系统体积等。

通常认为，等离子扬声器在工作时间中会产生臭氧。但是，由于臭氧的热状态是不稳定的，所以在放电时伴随着高温的条件下，因为臭氧将迅速分解为氧分子，所以臭氧是不可能形成的。本项目认为在电弧稳定的不会出现断裂的情况下产生臭氧的量几乎是微弱的不存在的，只有在产生放电并伴有啪啪的声音产生时才会放出臭氧，所以在音量可接受的范围内可考虑为了保证电弧稳定性而减小电极之间的距离。

对于价格高昂问题，本项目结构简单，为纯电路设计并不需要一些奥贵的芯片，并且可以分使用场所而订制，如果批量生产的化造价会更低。

1 项目的背景

普通扬声器都是采用振膜振动带动空气发声，这种结构虽然发声效率很高，但是由于参与振动的组件质量远远大于空气质量这就不可避免的会引起瞬态失真和高频响应不足的问题。

等离子扬声器技术在国外很早就有人提出，它舍弃了振膜通过直接驱动空气发声理论上可以解决普通扬声器的失真问题， 作为某些工业品产出机构生产的基于电晕放电原理的离子扬声器已经获得了广泛的传播。它的主要优点—利用高压电振荡的幅度调制产生放电而发声。

2 项目实施方案

2.1 实现空气的电离让产生稳定的等离子体火焰

经过对基本逆变电路ZVS、NE555和TL494的电路进行比较和实验最终选择了ZVS双管推挽电路，优点输出功率大可达KW发热最小，结构简单稳定，输出波形接近正弦波。

用Multisim仿真了一下ZVS。图1是仿真结果。

其中电源电压Vcc=12V，但是扼流圈L1后面的电压Uin最高能达到18.6V，超过了电源电压，其实这是可以计算出来的，因为谐振LC并联回路波形是一个正弦波，即图中Ud1-Ud2，由于MOS管隔半个周期交替导通接地，L1后面的电压就相当于正弦波经过全波整流，周期为原来的一半，又由于扼流电感L1是通直流阻交流的，Uin的直流等效电压应该等于Vcc，这个需要对其积分求平均，用公式表示就是：

那么LC回路的电压峰值就是：

2.2 实现多功能化

在等子扬声器的逆变区做出了改进并添加了多个开关以便实现多功能化，通过控制不同的开关或者更换不同的组件来实现不同的功能。单独的控制开关可实现臭氧的发生和等离子体的温度的控制。其次通过更换次级上相连的组件可实现其他多种功能。如可接臭氧管、雅各布天梯和静电除尘器等。也可作漂浮及电印花等实验。

在播放高质量的音乐的同时还可在阴极上连接灯管，随音乐的变化灯管也在随之变化如同节奏灯一般。

2.3 外观的设计

总分为三部分，分别为上、中、下三层，上层分内外两层里层为耐高温石英制作而成，外层为有机玻璃制作而成。中层和下层用耐氧化的铝板制成。

3 本项目电路设计

4 小结

多功能等离子扬声器：可作为等离子音响使用；作为臭氧发生器：可家用净化空气杀菌和除甲醛，可用于实验室医疗等来消毒灭菌；作为雅各布天梯：可用于科学演示；作为等离子加热设备：等离子加热设备相对于酒精灯酒精炉具有较高的安全性，且可控性强、易操作、易储存、易运输。

作者简介

王华泉（1992-），男，回族，宁夏回族自治区固原市人。本科在校学生，研究方向为电路与系统、电磁场与微波技术、集成电路研究。

作者单位

1.北方民族大学创新創业学院 宁夏回族自治区银川市 750021

2.北方民族大学基础教育学院 宁夏回族自治区银川市 750021