Start Nieuws ESL-dagen Inhoud Weblinks

Draadstator


Het ontwerpen van ESL-rasterelementen


Een ESL-rasterelement met geïsoleerd koperdraad voor de statoren bestaat uit de vol­gende onderdelen. Op een rechthoekig frame van (hout)-materiaal is in de lengterich­ting een raster van geïsoleerd koperdraad gespannen dat is vastgelijmd op dit frame (zie figuur 6.1). Aan de binnenkant van dit frame zijn afstandsstukken gelijmd die het membraan precies midden tussen de statoren positioneren.
Elk ESL-element heeft een bepaalde membraan- oppervlakte en vorm, een bepaalde afstand van membraan tot stator, en eventueel een verdeling van het membraan in twee of meer aangedreven segmenten.


De constructie van rasterelementen

Oppervlakte en vorm
Rasterelementen hebben voor de weergave van hetzelfde frequentiebereik een veel klei­ner oppervlakte nodig dan plaat-elementen. Dit omdat door de uitstekende isolatie van de statoren de polarisatiespanning verhoogd kan worden, hetgeen ten opzichte van plaatelementen een hoger rendement oplevert.
Voor de weergave van het hoog, bijvoorbeeld vanaf 2000 Hz, is een totale membraan­oppervlakte van 0,04 m2 voldoende. Deze oppervlakte kan bijvoorbeeld worden opge­bouwd uit twee elementen met de afmetingen 50 x 5 cm, die naast elkaar, onder een hoek van 7 a 8 graden in een frame worden geplaatst. 

Voor de weergave van frequenties vanaf 500 Hz is een membraanoppervlakte van 0,1 m2 nodig, bijvoorbeeld 4 elemen­ten van 50 x 5 cm. Voor de weergave van het laag of voor breedbandweergave is een minimaal 0,225 m2 nodig, bijvoorbeeld een element van 150 x 15 cm. Rasterelementen kun je het beste rechthoekig maken, waarbij de lange zijde minstens 8 maal zo groot is als de korte zijde (zie hoofdstuk 3)

Afstand van membraan tot stator
De afstand van membraan tot stator wordt bepaald door de laagst weer te geven fre­quentie en de daarbij borende maximale membraanuitslag. Deze afstand wordt vastge­legd door de dikte van de afstandsstukken (zie hoofdstuk 4.2).

Segmentering
Bij een rasterelement levert segmentering van de statoren een betere spreiding van de hogere frequenties op. Voor een beschrijving, zie hoofdstuk 4.3. Het is mogelijk om twee elementen naast elkaar in een frame te plaatsen om de spreiding van hogere fre­quenties te verbeteren. De elementen kunnen onder een boek in een vaste opstelling worden gemonteerd, of draaibaar ten opzichte van elkaar worden opgesteld. In het laat­ste geval kan men zo in de luisterruimte de optimale spreidingsboek en plaatsing bin­nen het stereobeeld instellen.  

Rasterelement
Een rasterelement bestaat uit twee framehelften waarop koperdraad is gespannen en gelijmd (statoren), de afstandsstukken en het membraan. Deze onderdelen gaan we nu bespreken.

Figuur 6.1. De opbouw van een ESL-rasterelement.
Figuur 6.1. De opbouw van een ESL-rasterelement.

De voordelen van koperdraad voor de statoren
Voor de statoren van rasterelementen wordt gebruik gemaakt van litze koperdraad met pvc-isolatie. Het gebruik van deze draad als stator heeft een aantal voordelen. Het eer­ste voordeel is dat de pvc-isolatie zo goed is dat de polarisatiespanning verhoogd kan worden, wat een hoger rendement oplevert. De elektrische betrouwbaarheid van de sta­toren is als gevolg van de dikke pvc-mantel uitstekend, zelfs bij een sterk verhoogde polarisatiespanning.

Een ander voordeel is dat men zelf de openheid van de stator kan instellen. De draden kunnen hierbij dan dichter of verder van elkaar op het frame worden gespannen, waar­door men de mate van akoestische openheid zelf kan bepalen (zie figuur 6.2). Bij een openheid van 60% (dus dat de geprojecteerde oppervlakte van de draden 40% van het open gedeelte van het element beslaat), werd proefondervindelijk een gunstige balans vastgesteld tussen enerzijds de veldverdeling en anderzijds de akoestische transparantie. De akoestische openheid kan bij rasterelementen (60%.. .70%) groter worden gemaakt dan bij plaatelementen (40%... 50%). Daar komt bij dat de geluidsgolven die van het membraan afkomstig zijn om de ronde kabel heen buigen, waardoor het geluid prak­tisch geen weerstand ondervindt. De akoestische weerstand van zo’n stator benadert dan ook die van een “open raam”, dat is een akoestisch volledig transparant vlak. Dit is dan ook de reden voor de buitengewoon transparante weergave van dit type ESL-element.

Een ander voordeel is dat de spreiding van hogere frequenties veel beter is dan op grond van de membraanbreedte verwacht mag worden (zie hoofdstuk 4.3). De reden daarvoor is dat de ronde draden, die dicht naast elkaar zijn gelegen, voor hogere fre­quenties als een akoestische lens werken. Geluidsgolven met een hoge frequentie krij­gen daardoor een grotere spreiding, waardoor segmentatie van het element vaak niet nodig is.

Een laatste voordeel is dat de litze koperdraad een goede demping heeft. De gebruikte draad (0,75 mm2, litze-koperdraad met 24 aders van 0.2 mm2 en pvc-mantel) heeft een “zachte” structuur, dat wil zeggen dat hij geen uitgesproken materiaalresonanties vertoont en in gespannen toestand moeilijk in trilling is te brengen.

Figuur 6.2. De akoestische openheid (transparantie) van een ESL-element.  

Basisframe
Het basisframe waarop de koperdraad wordt gespannen en gelijmd is eenvoudig van opbouw (zie figuur 6.3 ). Voor een breedband ESL-element maken we gebruik van een framehelft die bestaat uit twee delen. De twee delen bestaan uit stroken geplastificeerd spaanplaat met een dikte van 18 mm. Deze beide delen worden met montagekit op elkaar gelijmd, waarbij deel A op deel B wordt gelijmd. 
Een zo gemaakte framehelft heeft dan ook een aanzienlijke massa, die beslist nodig is bij breedbandweergave. Door de bewegingen van het membraan bij grote uitslagen kan ook het frame, als dit te licht is uitgevoerd, gaan meetrillen, en deze trillingen overdragen op het membraan, waar­door kleuring van het geluid kan optreden. Dit is analoog aan het meetrillen van de kast bij een elektrodynamische weergever, waarbij resonanties vaak voor een aanzienlij­ke kleuring van het geluid zorgen.Voor rasterelementen voor het midden en hoog kunnen we gebruik maken van een lichtere constructie. Een framehelft voor dit type element kan vervaardigd worden uit stroken geplastificeerd spaanplaat van 18 mm. Eén laag materiaal is voldoende. (zie figuur 6.4). Het materiaal voor het basisframe is zoals gezegd geplastificeerd spaanplaat met een dikte van 18 mm.

Figuur 6.3. Framehelft van een ESL-rasterelement (full range).

MDF of gewoon spaanplaat met een hoge persing (bijvoor­beeld 600.. .700) is voor deze toepassing minder geschikt. Dit in verband met het vocht opnemend vermogen van deze materialen. MDF heeft namelijk net als hardboard een sterk gelaagde structuur. Als we dit materiaal gebruiken in een frame, dan wordt de ene zijde (de binnenkant) ingelijmd en de andere zijde niet. Het vocht opne­mend vermogen zal in dat geval aan beide zijden niet gelijk zijn. De zijde die het mees­te vocht kan opnemen zal sterker uitzetten dan de zijde die is ingelijmd. Het resultaat is dat het frame zal kromtrekken. Dit proces kan maanden tot jaren duren, afhankelijk van de omstandigheden. De draad die als stator fungeert dient ook na jaren in hetzelf­de platte vlak te blijven liggen. Trekt het frame krom dan is hiervan geen sprake meer. Gewoon spaanplaat heeft een minder uitgesproken gelaagde structuur dan MDF, maar heeft op termijn eveneens de neiging tot krom trekken.

Figuur 6.4. Framehelft van een ESL-rasterelement (voor een hybride weergever).

Spaanplaat met een geplastificeerde bovenlaag (Melinex) is het meest ongevoelig voor vochtinvloeden. Vandaar dit materiaal voor het frame. Om de gespannen draad in één vlak te houden en om te voorkomen dat die gaat mee­trillen, monteren we in het open gedeelte van het frame tussenstukken, die de kabel op zijn plaats houden (figuur 6.5). Deze kunnen vervaardigd worden uit pvc elektrapijp met een buitendiameter van 16 mm. Dit materiaal is licht en zeer stijf en vertoont geen uitgesproken resonanties. Het bijkomend voordeel van dit ronde materiaal is dat de geluidsgolven makkelijk rond dit materiaal heen buigen zonder hiervan veel weerstand te ondervinden.

De tussenstukken hebben dezelfde lengte als de breedte van het open gedeelte van het frame en kunnen het beste direct in het open gedeelte van het frame worden gelijmd. Neem daarvoor (ééncomponent) polyurethaan lijm. Het is belangrijk dat de bovenkant van de tussenstukken precies in één vlak ligt met de binnenkant van het frame (figuur 6.6). De afstand tussen de tussenstukken dient bij een breedbandelement ongeveer100 mm te zijn en bij een element voor het midden/hoog ca. 50 mm.

Figuur 6.5. De tussenstukken van een framehelft.

 

Figuur 6.6. De tussenstukken moeten in hetzelfde vlak liggen als de binnenkant van het frame.


Litze-koperdraad met pvc-mantel
Voor elementen voor breedbandweergave of voor het laag kunnen we het beste litze­koperdraad met een wat grotere diameter nemen, in verband met de grotere demping van deze draad. Bijvoorbeeld een dikte van 0,75 mm2, bestaande uit 24 aders van 0,2 mm en met een pvc-mantel, en met een buitendiameter van 1,66 mm PVC-montagesnoer).
Koperdraad met massieve kern moet worden afgeraden. Deze draad is te stijf om gemakkelijk te verwerken en vertoont bij lagere frequenties uitgesproken resonanties.
Voor elementen voor het midden/hoog kunnen we in verband met het bereiken van een homogene veldverdeling bij een kleinere membraanbreedte, het beste een dunnere litze-draad nemen. Bijvoorbeeld een dikte van 0,15 mm2, bestaande uit 18 aders van 0,1 mm en met een buitendiameter van 1,15 mm.
De draad is verkrijgbaar in rollen van 100 m (0,75 mm2) en haspels van 200 m (0,15 mm2). Het is voordeliger om de draad per 100 of 200 meter aan te schaffen.

 

Verzilverd litze koperdraad met teflon mantel
In een aantal prototypen is gebruik gemaakt van verzilverd litze- draad met een teflon mantel. Hoewel teflon betere diëlektrische eigenschappen heeft dan pvc, was de invloed hiervan op de geluidskwaliteit minder positief (minder transparant). Daar komt bij dat dit draad veel duurder is dan draad met een pvc-mantel. Draad met pvc-mantel voldoet als stator materiaal prima. Teflon levert geen verbeteringen op. 

Het spannen van de draad op het frame
Voor het spannen van de draad op het frame dienen we eerst de zijkanten van de fra­mehelften in de lengterichting af te ronden met schuurpapier, omdat over deze kanten later de draad wordt gespannen. Vervolgens brengen we op de zijkanten van de frame­helften een rasterpatroon aan (figuur 6.7). Om de draad te kunnen spannen brengen we aan de zijkant van elke framehelft op het getekende patroon kleine spijkertjes aan. Bij draad van 1,66 mm dik (breedband-ESL) dient de hart op hartafstand tussen de spijkertjes exact 8 mm te zijn. De spijkertjes moeten een platte kop te hebben en een diameter van 2 mm.

Voor een ESL-element voor het midden/hoog, waarbij een draad wordt gebruikt met een diameter van 1,15 mm, is de hart op hartafstand tussen de spijkertjes 5 mm. De spijkertjes moeten een platte kop hebben en een diameter van 1 mm.
Als de draad op het frame is gespannen is in beide gevallen de openheid van de stator 60%.
Spijkers met een diameter van 1 mm kunnen met een hamertje direct in het materiaal worden geslagen. Bij het gebruik van spijkertjes van 2 mm moeten we eerst met een boortje van 2 mm de gaatjes voorboren, anders kan het materiaal gaan scheuren.
Voor het spannen van de draad gaan we ervan uit dat de tussenstukken zijn ingelijmd en dat de spijkertjes zijn aangebracht. De draad wordt vervolgens aan de onderkant van het frame aan een van de spijkertjes vastgeknoopt, waarbij een stuk van ongeveer 25 cm draad aan één kant overblijft. 

Figuur 6.7. De rasterverdeling.

Dit lange losse stuk dient om later het signaal uit de audiotrafo aan te sluiten (zie figuur 6.8). Vervolgens wordt de draad over het spij­kertje aan de andere kant van het frame heengeslagen en licht aangetrokken. 
Dit herhalen we totdat de draad over de gehele breedte van het open gedeelte van het frame is gespannen. Als dit in orde is knopen we het andere uiteinde van de draad vast aan
het laatste spijkertje. Pas ervoor op dat de draad niet te strak wordt gespannen, anders kan het frame krom trekken.
De draden moeten evenwijdig aan elkaar liggen, waarbij de afstand tussen de draden precies gelijk moet zijn. Dit met het oog op het ontstaan van een homogene veldverde­ling. Eventueel kunt u de positie van de draden corrigeren met een dik stuk karton. Als de draad evenwijdig is aangebracht kunnen we verder gaan met het fixeren. De juis­te positie van de draden moet nu worden gefixeerd. Dat doen we door stroken 5 cm breed verpakkingsplakband over de draad been te plakken in de breedterichting van het frame. De draad wordt door het plakband stevig op het frame en op de tussenstukken gedrukt (figuur 6.9). De plaatsen waar de draad op het frame en de tussenstukken rust dient vrij te blijven van plakband, aangezien we bier later lijm op aanbrengen. Vervolgens slaan we nu met behulp van een kleine hamer de spijkertjes iets meer in het frame, zodat deze nog een paar mm boven de draad uitsteken (figuur 6.10).
Figuur 6.9. Het fixeren van de positie van de draad. Figuur 6.8. Het spannen van de kabel.
 

Figuur 6.10. Het inslaan van de spijkertjes.


Het lijmen van de draad op het frame 

Voor het lijmen van de draad op het frame gebruiken we twee componenten polyurethaan lijm of epoxy-lijm. De beide componenten dienen van te voren te worden ver­mengd en blijven daarna nog ongeveer 1 uur verwerkbaar. De lijm wordt met behulp van een smalle Iijmspatel voorzichtig tussen de draden aangebracht, en wel daar waar de draad rust op het frame en de tussenstukken (figuur 6.11). 

De lijm dient daarbij op tot op dezelfde hoogte te worden aangebracht als de draad en mag beslist niet boven de draad uitsteken.
Vervolgens worden de zijkanten daar waar de draad wordt vastgehouden door de spijkertjes, geheel ingesmeerd met lijm op zodanige wijze dat draad en spijkertjes geheel bedekt worden door een dikke lijmlaag. (Dit in verband met de isolatie.)

Figuur 6.11. Het lijmen van de draad op het frame.


Als alle te lijmen delen behandeld zijn, zetten we de framehelft weg, zodat de lijm kan uitharden. Na 24 uur is de lijm geheel uitgehard. Na het uitharden kunnen we eventueel nog boven de draad uitstekende lijmresten voorzichtig met schuurpapier weghalen. Hierbij dient u wel uit te kijken dat de draad niet beschadigt.

Afstandsstukken
Hiervoor kunnen we pvc plaat, pertinax, plexiglas, epoxy plaat of lexaan gebruiken. Ook triplex is goed bruikbaar (zie ook hoofdstuk 4.7).

De afstandsstukken zijn iets smaller (ca. 1... 1,5 cm) dan de breedte van het frame (zie figuur 6.12). Dit in verband met de niet lineariteit van de ophanging van het membraan. Door het membraan daar aan te drijven waar de uitslag van dit membraan lineair is, kunnen we het aandeel van de (zeer geringe) harmonische vervorming verder terugbrengen.

Figuur 6.12. De breedte van de afstandsstukken

Een membraan wordt normaal gesproken altijd ingelijmd. Delen aan de zijkant van het membraan zullen bij een bepaalde uitslag minder kunnen bewegen dan delen van het membraan die meer in het midden van het membraan liggen. Het gevolg is dat met name bij hoge geluidsdrukken en/of lage frequenties het membraan dan niet meer als een geheel beweegt. Pas op enige afstand vanaf de rand (ca. 1... 1,5 cm) is het membraan in staat om als een isofasisch vlak te bewegen. Vandaar deze beperking van de bewegingsvrijheid..

Voor het frame van een ESL-element voor breedbandweergave dienen de afstandsstuk­ken die in de lengterichting van het frame worden aangebracht ongeveer 2 mm dikker te zijn dan de diameter van de gebruikte draad (zie figuur 6.13). 

De maximale uitslag van het later te bevestigen membraan wordt dan bij een draaddikte van 1,66 mm en een dikte van de afstandsstukken van 4 mm ongeveer 2,7 mm als we ook rekening houden met de dikte van de lijmlagen.

Figuur 6.13. De dikte van de afstandsstukken.

 
Bij een ESL-element voor het midden/hoog dienen de afstandsstukken ongeveer 1 mm dikker te zijn dan de dikte van de gebruikte draad. Dit in verband met de veel kleinere membraanuitslag bij hoge re frequenties.
De afstandsstukken die worden gebruikt in de breedterichting van het element dienen bij breedband- en hybride weergevers een dikte te hebben die gelijk is aan de dikte van de gebruikte draad (zie Figuur 6.14 en 6.15). Deze afstandsstukken worden later over de al aangebrachte draad gelijmd, zodat deze op een gelijke hoogte komen als de afstandsstukken die in de lengterichting van het frame zijn aangebracht.
Figuur 6.14. Het lijmen van de afstandsstukken. Figuur 6.15. Het lijmen van de afstandsstukken.

                                              


Het lijmen van de afstandsstukken op het frame
Voor het lijmen van de afstandsstukken op het frame nemen we aan dat de koperdraad al op het frame aangebracht is en dat de afstandsstukken klaar liggen. De afstandsstukken worden met montagekit op het frame gelijmd. Montagekit heeft het voordeel dat de ESL-elementen dan demontabel blijven. Eerst worden de afstands­stukken in de lengterichting op het frame gelijmd. 
Vervolgens lijmen we de afstands­stukken voor de breedterichting op het frame. Gebruik een lijmkam bij het aanbrengen van de montagekit, zodat de lijmlaag overal even dik is. Als de afstandsstukken zijn aangebracht moet de lijm ongeveer 24 uur drogen. Na het drogen van de lijm brengen we op een van de twee framehelften drie strips van zelfkle­vende aluminiumfolie aan.

Op deze strippen wordt de hoogspanning aangesloten. De strips dienen zo aangebracht te worden dat ze ongeveer de helft van de breedte van de afstandsstukken bedekken (zie figuur 6.16). De zelfklevende aluminiumfolie heeft een breedte van 50 mm en is verkrijgbaar bij de hobby handel.
Op de strips brengen we met een penseel een mengsel aan van zeepwater en grafietpoeder en laten dit drogen (zie figuur 6.16). Dit met het oog op het bevorderen van een goed contact tussen de strips en de geleidende laag op het membraan. Nadat dit gedroogd is buigen we de uiteinden van de strips op het frame.Als de beide delen van het ESL-element zo ver opgebouwd zijn, kunnen we verder gaan met het lijmen van de stator op de folie. Voor het spannen van de folie verwijzen we naar hoofdstuk 4.9.

Figuur 6.16. Het aanbrengen van de hs-aansluitstrips


Het lijmen van de stator op de folie
Bij het lijmen van de stator op de folie nemen we aan dat de folie reeds gespannen is en op de juiste mechanische spanning is gebracht, en dat de geleidende laag van de folie naar boven is gericht.
Voor het lijmen van de stator waarop de aansluitstrips zijn aangebracht gebruiken we een tweecomponenten polyurethaanlijm of een goede kwaliteit epoxylijm. Het gebruik van andere lijm, bijvoorbeeld 10-minuten-lijm, wordt afgeraden in verband met de twijfelachtige hechting op langere termijn.
Voor het lijmen moeten de twee componenten worden gemengd. Alle afstandsstukken worden met lijm (gebruik lijmkam!) ingesmeerd totdat de lijmlaag overal egaal is aangebracht. Er mag geen lijm op de strips komen omdat die anders geen contact meer kunnen maken met de geleidende laag op het membraan. De lijm dient daarom voorzichtig om de aansluitstrips te worden aangebracht. De framehelft met de daarop gelijmde stator wordt vervolgens omgekeerd midden op de gespannen folie gelegd en vervolgens stevig aangedrukt, zodat de lijm goed kan uitvloeien. Het is daarbij belangrijk dat de stator gedurende het lijmproces goed op de folie gedrukt blijft. Het beste is dan om op de stator een vlakke plaat of platen te leggen en deze te verzwaren met een aantal gewichten van bijvoorbeeld 40.….80 kg, bijvoorbeeld boeken.
Vervolgens laten we de lijm 24 uur uitharden. Daarna kan de stator los van de folie worden gesneden met een scherp stanleymes. Het is daarbij belangrijk dat de folie niet haakt, anders kan er een scheur ontstaan, die doorloopt tot het membraan.
Na het los snijden staat de folie zonder rimpels of kreukels strak gespannen. Met een multimeter kan eventueel gecontroleerd worden of de strips contact maken met de geleidende laag op het membraan. Dit is mogelijk door de weerstand te meten tussen twee aansluitstrips.
Als de aansluitstrips geen contact maken met de folie, kunnen we dit verhelpen door met een fijn penseel een mengsel van zeepwater en grafiet tussen de aansluitstrip en de folie aan te brengen.

Figuur 6.17. Het afronden van de afstandsstukken na het lijmen van de folie.

De randen van de afstandsstukken worden vervolgens met een stukje fijn schuurpapier afgerond, zodat er geen foliedelen meer buiten de afstandsstukken uitsteken (zie figuur 6.17). Als dit ook in orde is kunnen we nu de twee statoren op elkaar lijmen.


Het lijmen van de twee statoren
Op beide te lijmen delen van het ESL-element brengen we met een lijmkam op de afstandsstukken de van te voren klaargemaakte tweecomponentenlijm aan. Vervolgens leggen we beide delen voorzichtig op elkaar. Dan fixeren we de juiste positie van de beide framehelften ten opzichte van elkaar door stroken 5 cm breed verpakkingsplak­band over beide delen te plakken, zodat beide delen over de gehele lengte stevig tegen elkaar worden gedrukt. Dit fixeren dient zodanig te gebeuren dat de beide te lijmen delen niet meer t.o.v. elkaar kunnen verschuiven tijdens het lijmproces.
Na het neerleggen van de te lijmen delen, kunnen we deze het beste verzwaren met een vlak houten paneel of panelen waarop gewichten worden geplaatst.
Na 24 uur kunnen we de gewichten en het paneel wegnemen. Vervolgens brengen we de aansluitdraad aan voor de hoogspanning (zie figuur 6.18). De hoogspanning aan­sluitstrips op het frame worden met elkaar doorverbonden met een koperdraad met een dikke mantel, bijvoorbeeld meetsnoer van 1,0 mm2. De draad kan met behulp van aluminiumsoldeer worden bevestigd aan de aansluitstrips op het frame. Een stuk draad van ongeveer 25 cm dient daarbij aan de onderste aansluitstrip te worden bevestigd; hierop wordt later de hoogspanningsunit aangesloten. Eventueel kan de draad aan de zijkant van het frame met behulp van wat montagekit worden vastgezet, zodat deze niet meer kan verschuiven.
Het ESL-element is klaar om gemonteerd te worden in een frame.

Figuur 6.18. Het aansluiten van de hs-aansluitstrips.

De bouw van het frame en de montage van de ESL-elementen
De ESL-elementen worden na de bouw bevestigd in een frame. Dit frame bestaat in zijn meest simpele vorm uit een raamwerk van spaanplaat, MDF of vurenhout, dat op een voet wordt gemonteerd.
Het is aan te bevelen om het frame voldoende zwaar uit te voeren om te voorkomen dat het frame gaat meetrillen.
ESL-elementen voor het laag of voor breedbandweergave kunnen het beste in het frame worden bevestigd met schroeven. Deze blijven dan makkelijk demontabel.
ESL-elementen voor het midden/hoog kunnen met schroeven of met montagekit worden gemonteerd. Het frame kan uiteraard naar eigen inzicht afgewerkt worden.
Het frame kan voorzien worden van luidsprekerdoek of doek van hoogtransparant stretchtricot, dat op een raamwerk wordt bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een nietpistool. Dit raamwerk met het luidsprekerdoek kan met klittenband op het eigenlijke frame worden bevestigd. De audiotrafo en de hoogspanningsunit kunnen in een aparte behuizing worden ondergebracht, of in een behuizing die is aangebracht op de voet van de ESL.

 

Bouwbeschrijving Electrostatic ESL 175

De Electrostatic ESL 175 is een full-range elektrostaat die bestaat uit een ESL-element (module), ondergebracht in een houten frame, (zie figuur 9.8, 9.9, 9.10 en 9.11). Het ESL 1 75-element is veelzijdig inzetbaar en kan zowel voor full-range als voor hybride weergave worden ingezet. Het is ook mogelijk twee ESL 175-modulen te voorzien van een elektrostatische of elektrodynamische sub-basweergever.  

Technische gegevens  
Ontwerp:                         E.A.L. Fikier  
Afmetingen:     1840 x 300 x 90 mm (h x b x d)  
Hoogspanning:  7500 V  
Gewicht:    25 kg  
Frequentiebereik:   fullrange
audiotrafo 1:50    60 Hz... 30 kHz
audiotrafo 1:150 40 Hz... 20 kHz
Nominale impedantie:  4 Ω (na impedantie- correctie)
Rendement:  82 [88] dB (1 W/1 m) bij een audiotrafo 1:50 [1:150]  
Capaciteit tussen membraan en stator: ca. 1,35 nF.  
Externe weerstand (Rv):      120 MΩ bij 7500 V hoogspanning  
Benodigd versterkervermogen:    minimaal 40 W  
Geschatte bouwkosten:       
circa  E 250,— per stuk.  

 

De maximale onvervormde geluidsdruk van de ESL 175 bedraagt ca. 94 dB bij 1:50 en ca. 98 dB bij een 1:150- audiotrafo. Wil men een nog hogere geluidsdruk bereiken dan is het mogelijk om meerdere ESL 175-modulen parallel te schakelen.
De ESL 175-module kan ook in een hybride systeem worden ingezet, (ESL 175H, zie hoofdstuk 9.3). Hij kan ook worden toegepast in een satelliet/centraal dynamisch sub­woofer systeem, (ESL 175DSW, Dynamic SubWoofer). Twee ESL 175-modulen fun­geren daarbij als satellieten, waaraan dan een centrale sub-basweergever wordt toege­voegd, die via een actief filter en een extra versterker wordt aangestuurd. Afhankelijk van de eisen aan de laagweergave kan dan uit verschillende dynamische subwoofers worden gekozen, zie hoofdstuk 11). Tenslotte is de ESL 175 module ook inzetbaar als elektrostatische subwoofer, (ESL 1 75ESW, Electrostatic SubWoofer). Om een redelijk hoge geluidsdruk bij lage frequenties te bereiken, moet dan het totale membraanopper­vlak aanzienlijk worden vergroot. Men kan daarbij kiezen voor een of meer ESL-modu­len per kanaal of een centrale elektrostatische subwoofer. Een centrale elektrostatische subwoofer is daarbij de meest eenvoudige oplossing. Met behulp van een actief filter (bijvoorbeeld actief filter 1, 2 of 3, zie hoofdstuk 10), kan men het stereosignaal omzet­ten in een mono signaal, dat vervolgens toegevoerd wordt aan een versterker. Deze ver­sterker stuurt een 1: 150-trafo aan die het signaal overdraagt aan twee of meer ESL-­modulen. De geluidsdruk bij lage frequenties is uiteraard afhankelijk van het aantal modulen.


Constructie van het ESL 175-element 
Het element is opgebouwd uit twee identieke framehelften, die ieder weer uit twee lagen bestaan (figuur 9.12). Voor een uitgebreide beschrijving over het vervaardigen van ESL-rasterelementen wordt verwezen naar hoofdstuk 6. Het materiaal dat hierbij gebruikt wordt is geplastificeerd spaanplaat met een dikte van 18 mm. De twee lagen die een framehelft vormen worden met montagekit op elkaar gelijmd, waarbij deel A op deel B gelijmd wordt, In het open gedeelte van het frame worden vervolgens de pvc ­tussenstukken gelijmd (figuur 9.13). Deze tussenstukken worden uit elektrapijp gezaagd.
Nadat beide framehelften zijn vervaardigd, spannen en lijmen we hierop de koperdraad met pvc- mantel. De draad wordt over de reeds aangebrachte spijkers gespannen. De spijkers zijn
aangebracht volgens een vast rasterpatroon, waarbij de hart afstand tussen twee spijkers 8 mm bedraagt. De spijkers zelf dienen een platte kop te hebben en een diameter van 2 mm.
Vervolgens brengen we de afstandsstukken aan op de binnenkant van de framehelften (figuur 9.14). 
De afstandsstukken die in de lengterichting van het frame worden aangebracht dienen een dikte te hebben van 4 mm. 
De afstandsstukken voor de breedterich­ting van het frame dienen een dikte te hebben van 2 mm. De afstand tussen membraan en stator is bij de toepassing van 4 mm dik afstandsmateriaal (in de lengterichting) circa 2,7 mm. Hierbij is ook rekening gehouden met de dikte van de lijmlagen (circa 0,4 mm). Als afstandsmateriaal kunnen we plexiglas, PVC of triplex gebruiken met een dikte van 4 mm. Voor de elektrische aansluitingen van het ESL-element wordt verwezen naar hoofdstuk 4.10.

 

De bouw van het frame
De behuizing bestaat uit een frame dat op een voetplaat is gemonteerd (figuur 9.15). Dit frame bestaat uit houten panelen uit MDF of spaanplaat met een hoge persing en met een dikte van 18 mm. Het frame kan naar wens op de voetplaat worden gelijmd, of met bouten op. de voetplaat worden gemonteerd.
De voetplaat bestaat uit twee MDF-panelen of twee panelen van spaanplaat met een hoge persing, die op elkaar worden gelijmd. Op het achterste voetpaneel, dat in de klei­ne tussenruimte binnen het frame wordt gelijmd, kunnen we de aansluitingen voor de audiotrafo en de hoogspanning aanbrengen. Dit laatste uiteraard als we gebruik maken van een losse behuizing voor de audiotrafo en de hoogspanningsunit.
Als we later luid­sprekerdoek willen aanbrengen, dient dit eerst te worden aangebracht op een frame. De hoeken van dit frame kunnen in verband met de stevigheid van de constructie worden voorzien van hoekjes, die uit hetzelfde materiaal worden gezaagd.

 

De behuizing van de audiotrafo en de hoogspanningsunit
De audiotrafo en de hoogspanningsunit kunnen naar wens worden ondergebracht in een losse behuizing, of in een behuizing op de voetplaat van de ESL. Indien we de behuizing aan de achterkant van de voetplaat plaatsen, dient het frame 3 cm naar voren te worden geplaatst. Aan de achterkant van de behuizing kunnen we een (neon)contro­lelampje en een netschakelaar voor de unit plaatsen, en verder de aansluitingen voor de versterker.

 

De opstelling
De ESL 175 kan door gebruik te maken van een lichte demping van de achterkant van het membraan (zie hoofdstuk 8) dicht tegen de muur of in een hoek worden geplaatst. De opstelling is verder niet kritisch, hij neemt genoegen met een plaatsje tegen de muur of in een hoek. Wel is het aan te bevelen om twee ESL’s zo op te stellen dat ze enigszins op de luisterpositie zijn gericht.

Frequentiekarakteristiek en impedantie
De frequentierespons van de ESL 175 loopt recht van 40... 60 Hz tot meer dan 20 kHz. Een en ander is mede afhankelijk van de gebruikte audiotrafo. Bij het gebruik van een 1:50-audiotrafo, bijvoorbeeld de Amplimo ST 101, is het frequentiebereik 60 Hz.. .20 kHz (figuur 9.16). Gebruikt men een 1:150-audiotrafo, bijvoorbeeld de Amplimo ST 150, dan wordt het frequentiebereik 40 Hz.. .20 kHz (figuur 9.17). Bij een 1:150-audiotrafo stijgt niet alleen het rendement, ook het frequentiebereik loopt dan verder naar beneden door.
De impedantie karakteristiek is te zien in de figuren 9.18 en 9.19, voor transformatie­verhoudingen 1:50 en 1:150. We zien dat de impedantie bij 20 kHz laag is met 3,1 Ω respectievelijk 0,68 Ω. Deze lage impedanties kunnen gecorrigeerd worden om de versterker niet te zwaar te belasten (zie hoofdstuk 4.11). Met behulp van een geschikte weerstand of een LCR- kring kunnen deze lage impedanties worden aange­past, zie de figuren 9.20 en 9.21. Na correctie stijgt de impedantie bij 20 kHz tot een aanvaardbare waarde, waarmee geen enkele versterker moeite zal hebben.
De impedantie metingen laten zien dat voor lage frequenties de ESL 175 zich inductief gedraagt en bij hogere frequenties capacitief. Dit wordt veroorzaakt door de invloeden van de primaire wikkeling van de audiotrafo en de (getransformeerde) capacitieve impedantie van het ESL-element.
Het is aan te bevelen om de impedantie van een (eigen ontwerp) zelfbouw ESL te meten (zie hoofdstuk 4.11). Men kan zo op eenvoudige wijze vaststellen welke belas­ting de ESL voor de versterker vormt. Eventueel kan men impedantie correctie toepas­sen om de ESL beter aanstuurbaar te maken voor de versterker.
De ESL 175 is een weergever met een uitzonderlijk goede geluidskwaliteit, met als meeste opvallende kenmerken de afwezigheid van kleuring en het buitengewoon trans­parante karakter van de weergave.

 

Onderdelen en materialen ESL 175


Houtmaterialen:

Frame:
MDF of spaanplaat 18 mm:
2 stroken 1804 x 90 mm
3 stroken 264 x 90 mm
MDF of spaanplaat 10 mm:
1 strook264x 130 mm
2 stroken 264 x 70 mm

Voetplaat:
MDF of spaanplaat 18 mm:
2 panelen 350 x 250 mm

Doekframe (voor):
Vurenhout 35 X 11 mm:
2 latten 1810 mm
4 latten 230 mm
1 lat 200 mm (voor de hoekjes)

Doekframe (achter):
Vurenhout 35 X 11 mm:
2 latten 1660 mm
4 latten 230 mm
1 lat 200 mm (voor de hoekjes)


Element (per element)

Hout:
Geplastificeerd spaanplaat 18 mm:
4 stroken 1600 x 50 mm
4 stroken 1500 x 50 mm
4stroken 260 x 50 mm
4 stroken 160 x 50 mm

Afstandsmateriaal:
pvc- plaat, plexiglas of triplex 4 mm:
4 stroken 1600 x 40 mm
pvc- plaat, plexiglas of triplex 2 mm:
4stroken 180x40mm

Tussenstukken:
pvc- elektrapijp 16 mm:
24 stukken 160 mm

 


Diversen (per element):
Audiotrafo, bijvoorbeeld Amplimo ST 101 (1:50); Amplimo ST 150 (1:150); 
Klaré 801 of 802 (1:70) (zie de besteladressen achter in dit boek)
Hoogspanningsunit 7500 V (zie hoofdstuk 3.2)
1 externe weerstand 120 MΩ bijvoorbeeld 12 weerstanden van 10 MΩ 0,25 W in serie
2 rollen van 100 meter pvc- montagesnoer (0,75 mm2 met 24 aders van 0,2 mm en met een buitendiameter van 1,66 mm)
120 spijkertjes met platte kop, dikte 2 mm
3 meter aansluitdraad (voor de statoren)
2 meter dubbel geïsoleerd draad (voor de hoogspanning)
6 instrumentklemmen (bij een losse behuizing, anders 2 stuks)
3 meter luidsprekerdoek of hoogtransparante stretchtricot (70 cm breed)
0,5 meter klittenband
6 meter gemetalliseerd mylar folie, 79 cm breed, zie besteladres achter in dit boek
1 bus polyurethaan tweecomponentenlijm, bijvoorbeeld Bison, of 1 kg tweecomponenten epoxylijm
2 tubes montagekit, bijvoorbeeld Bison (niet op waterbasis)
1 tube één-component polyurethaan lijm (voor het lijmen van de tussenstukken in het open gedeelte van het frame)
1 rol verpakkingsplakband 5 cm breed
1 rol zelfklevende aluminiumfolie 5 cm breed
1 busje grafiet

 

 


Start ] Omhoog ] esl-club@dds.nl

Webmaster:
   
Copyright © 2002 ESL-club           


Laatst bijgewerkt: 15 januari 2007