Ионофон

Ионофон (англ. Ionophone) или, в некоторых источниках, поющая дуга — плазменный громкоговоритель.

Ещё в конце XIX века Вильям Дуддел заметил, что тембр звука «шипящей» электродуги изменяется в зависимости от частоты настройки LC-контура. Он же сделал в 1899 году первый в мире клавишный электронный музыкальный инструмент «Поющая дуга» (англ. Singing Arc).

Практическое применение «дуге» нашлось в 1950-е годы, когда советские радиолюбители продемонстрировали «Звуковоспроизводящий агрегат с ионофоном»^[1].

Существует два основных типа таких громкоговорителей — на основе коронного разряда (разряд возникает около одного электрода) и электродуговые (разряд возникает между двумя электродами).

Принцип излучения звука у обоих типов громкоговорителей одинаков — создаётся высокочастотный разряд, ток разряда модулируется звуковым сигналом, это вызывает объёмные пульсации в теле разряда, которые, в свою очередь, вызывают колебания окружающего разряд воздуха.

Главной особенностью является то, что плазменные громкоговорители не вносят в звук механических искажений, не подвержены различным акустическим резонансам и, поэтому, обладают недостижимым для других типов громкоговорителей качеством воспроизведения среднечастотного и высокочастотного диапазонов. Это обусловлено тем, что у ионофонов, по сути, нет диффузора, а масса подвижной системы исчезающее мала, так как она определяется массой воздуха занимаемого разрядом (плазмой). Поэтому главным их достоинством является качество звучания, получаемое амплитудной модуляцией, а их основными недостатками являются высокий уровень излучаемой мощности радиочастотных помех на частотах в десятки мегагерц и ионизация окружающего воздуха^[2], также существенным недостатком является небольшой срок службы электрода (редко превышает несколько тысяч часов).

Ионофоны на основе коронного разряда выпускаются промышленно несколькими компаниями^[3][4]. При этом они получили наибольшее распространение в качестве радиолюбительских конструкций, в которых, как правило, используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), а высокое напряжение на электродах получают с помощью повышающих высоковольтных трансформаторов^[5][6]. Эти устройства создают существенно меньше радиоэлектронных помех, так как разряд в них возникает между двумя электродами в отличие от устройств на основе коронного разряда, а при правильно подобранных режимах работы электроды могут работать очень длительное время^[7], но добиться качественного звучания нельзя, в силу невозможности передачи высоковольтным повышающим трансформатором широкополосного ШИМ-сигнала.

Реальной действующей альтернативой является устройство использующее амплитудно-импульсный принцип, совмещающий в себе качество первых и достоинства вторых, данный принцип запатентован^[8].

Распространённым заблуждением о ионофонах является то, что их КПД низок. Отчасти это так, но применение современной элементной базы позволяет существенно улучшить КПД и снизить потребление электроэнергии до нескольких десятков ватт.

В экспериментах с ионофоном следует иметь в виду, что во всех известных формах электрического разряда в среде, содержащей кислород, возможно образование озона^[9], который относится к группе ядовитых газов. А поскольку в воздухе содержится ещё и азот, то возможен синтез и токсичных оксидов азота.