Magnat Plasma Hochtöner
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Dies ist ein Magnat MP-02
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Die Story, oder wie alles begann ...
Dr. Siegfried Klein
Als Reiner Haas, Firmenchef der damaligen Lautsprecherschmiede MAGNAT, im Jahr 1978 auf der CES ( Consumer Electronic Show ) in Chicago zum ersten mal einen Plasma Hochtöner hörte war er schlicht fasziniert. Es war ein Exemplar des Pariser Physikers Dr. Siegfried Klein das dort vorgestellt wurde. Spontan erwarb Herr Haas die Weltlizenzen für das System. Bis zum fertigen Produkt unter dem Namen MAGNAT sollte es aber noch ein weiter Weg werden.
Es dauerte genau 3 Jahre bis der erste serienreife MP-01 das Gehäuse der Magnat Box mit dem Namen TRANSPULS MP-X-101 zieren durfte.
Die Entwicklung
Vorserienmuster
Es gelang Herrn Haas Dr. Siegfried Klein als Projektleiter für die Entwicklung zu gewinnen. Zusammen mit Dr. Klein arbeiteten zwei Physiker und ein Elektroniker an dem Projekt. Nach drei Jahren war der erste serienreife Prototyp fertig. Ich habe leider nur ein Bild dieser Vorserienmuster.
Der Aufwand stecke darin den starken Sender des Oszillators störstrahlungsfrei zu machen. Hier wurden neue Überlegungen angestellt die letztendlich auch in mehreren Patenten endeten.
Die Idee war den Eingangsübertrager so zu bauen das man die Störsrahlung sicher abschirmen konnte. Das löste man indem die Primärseite außerhalb des Gehäuses liegt, während die Sekundärseite, durch eine Metallfolie getrennt, vollständig abgeschirmt im Gehäuseinneren sitzt.
Transistor oder Röhre ?
Transistor PT9783
Der Hochtöner von Herrn Dr. Klein auf der CES arbeitete noch mit Röhren. Man wollte aber Transistoren einsetzen um die Schaltung sicherer zu machen. Zu der damaligen Zeit gab es keinen leistungsfähigen HF Transistor für diese Anwendung. Hilfe kam durch einen amerikanischern Transistorspezialisten. Das ist auch der Grund warum es heute den Transistor PT9783 der Endstufe nicht mehr gibt. Es war ein speziell entwickelter Typ in begrenzter Auflage. Als Ersatz kann man den MRF428 von Motorola verwenden. Dieser wird aber leider inzwischen auch nicht mehr produziert.
Zündvorrichtung
Zündrelais, Nadelelektrode und Resonanzspule
MP-02
Die Probleme häuften sich. So endzündete sich die Flamme nicht zuverlässig. Es musste eine Zünd-vorrichtung entwickelt werden. Die Zündvorrichtung ist ein umgebautes Relais das nach dem Einschalten einen Zündbolzen von der Elektrode wegzieht. Der Zünd-bolzen blieb aber öfters kleben, oder die Flamme endzündete sich zum Gehäuse, oder die Endladung am Zündbolzen ging so langsam vor sich das nichts passierte.
Als diese Probleme endlich gelöst waren fanden sich neue. Die Elektrode brannte zu schnell ab. Dies löste man indem man die Elektrode mit einem massiven Kupferkern ausstattete. Dieser Kupferkern führt die Wärme so gut ab das sich der Abbrannt in Grenzen hielt. Magnat garantierte 500 Stunden für die Elektrode.
Abschirmung
Kugelabschirmung MP02
Das schwierigste Problem war aber die Ozonabgabe des Hochtöners.
Bei jedem Ionisierungsvorgang entsteht ultraviolettes Licht, das aus dem Sauerstoff der Luft ( O² ) Ozon ( O³ ) macht. Das kennt man auch vom elektrischen Schweißen. Ozon ist ein sogenanntes RADIKAL das so ziemlich alles oxidiert was mit ihm in Kontakt kommt. Selbst geringe Mengen werden als unangenehm empfunden, in größerer Dosis besteht Gesundheitsgefahr.
Es galt herauszufinden wie man die Ozonabgabe wirkungsvoll unterdrücken konnte. Dr. Klein machte sich die Empfindlichkeit des Gases auf Wärme zu nutze. Ozon zerfällt spontan mit einer Halbwertzeit von 3 Tagen bei Raumtemperatur ( 20癈). Je höher die Temperatur umso schneller. Das Drahtgeflecht um die Plasmaflamme, das ja bisher nur zur Abschirmung diente ( siehe Prototype ), wurde umdesigned.
Die Abschirmung besteht aus zwei ineinander liegenden Drahtkugeln um die Hitze im inneren zu halten. Es galt einen Kompromiss zwischen Hochtondurchlässigkeit und Ozonabsonderung zu finden. In der inneren Kugel ist oben ein weiteres kleines Drahtgeflecht angebracht. Es soll als Katalysator zum Beschleunigen des Ozonzerfalls dienen. Leider habe ich keine Kenntnis aus welcher Legierungen es ist. Das Stauplättchen soll auch die Hitze im inneren halten und so die Wirkung weiter verbessern. Der Ozonausstoß lag mit diesen Maßnahmen weit unter den gesetzlichen Bestimmungen. Nach längerem Betrieb kann man die Magnat's dennoch "riechen". Selbst kleinste, ungefährliche, Mengen Ozon werden von unserer Nase wahrgenommen.
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Herausgekommen ist ein Ausnahmeschallwandler. Die Schallerzeugende Luft hat ein Volumen von etwa einem Kubikzentimeter. Das heißt, dass schallerzeugende Medium hat eine Masse von 1,29 Milligramm. Die Kalotte eines Titanhochtöners ist etwa 15 mal schwerer. Da sich die Flamme nahezu trägheitslos ausdehnt bzw. zusammenzieht werden die elektrischen Signale ohne Einschwingen in Schall umgewandelt.
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Der erste Corona Plasma Hochtöner MP-01
Das Bild zeigt den MP-01 mit abgenommen Deckel wie er auf der TRANSPULS MP-X-101 Box von Magnat montiert war. Die Elektronik ist in einem Aluminumgussgehäuse untergebracht. Man sieht oben die massive Drahtkugel. Sie besteht, wie beschrieben, aus mehreren Drahtgeflechten.
Darunter auf der rechten Seite die große Resonanzspule. Links neben der Resonanzspule ist das umgebaute Relais zu sehen. Der an der Relaiszunge angebrachte lange Drahtbügel zündet die Flamme.
Im mittleren Teil sieht man die Elektronik des Oszillators und der HF Endstufe. Am unteren Ende ist der Netztransformator gut zu erkennen. Links neben dem Netztransformator ein Siebkondensator. Dies war schon ein sehr gedrängter Aufbau.
Der Modulationsverstärker war in einem separaten Gehäuse untergebracht und ist nicht auf dem Bild zu sehen.
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So sah die ganze Einheit auf der Box aus.
Der Aufbau bestand aus dem Plasma Hochtöner MP-01, des Modulators TP-Amp-100, der Mitteltoneinheit TP-M-08,der Frequenzweiche TP-XO-01, und dem Basslautsprecher im Transmissionlinegehäuse TP-B-09.
Magnat Entwicklungsleiter Hans Heiliger ( damals 32 ) stand vor seiner schwierigsten Aufgabe in seiner bis dahin achtjähringen Konstuktionstätigkeit. Er hatte die Aufgabe dem Ausnahmehochtöner einen ebenbürtigen Mitteltonpartner zur Seite zu stellen. Dies war zu der damaligen Zeit relativ schwierig.
Herr Heiliger verwendete zwei 50mm Kalotten um eine möglichst breite Abstrahlung und ausreichende Pegelfestigkeit bis herunter auf 400Hz zu erreichen. Auch hier mußte man neue Wege gehen. Schwingspulen aus hochkant gewickelten Aluminium-Flachdraht und Membrane aus dem Kunststoff Sypranyl wurden verwendet.
Im Bass werkelte ein 30cm System auf ein Transmissionline Gehäuse. Das Gehäuse hatte einen dreifach gefalteten Basskanal. In den Knickstellen wurden Kammern eingebaut die Resonanzen verhindern sollten. Die Abmessungen des Tieftongehäuses waren ( B x H x T ) 47 cm x 104 cm x 53 cm . Der Aufbau mit dem Hochtöner vergrößerte die Gesamthöhe auf 152 cm.
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TP-AMP-100
TP-AMP-100 heißt der Hochleistungsverstärker mit elektronischer Frequenzweiche. Hier ist das geöffnete Gehäuse zu sehen. Der eigentliche Verstärker ist ein Hybridbaustein von Sanyo ( STK 098 ). Dem Verstärkerbaustein ist eine elektronische Weiche vorgeschaltet.
Technischen Daten :
Sinusleistung von 80Watt
Gesamtverzerrungen < 0,05%
Leistungsfrequenzgang 5000Hz bis 120 000 Hz
Hochpaßfilter 5000 Hz 24 dB/Oktave
Filtercharakteristik Bessel
Der Verstärker hat einen externen Lautstärkeregler zur Anpassung der Hochtonwiedergabe an die eigenen Hörgewohnheiten und der Raumcharakteristik. In Stellung 8 lieferte die Box einen meßtechnisch linearen Frequenzverlauf.
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Die Lautsprecher MP-X-066 und MP-X-088 mit Hochtoneinheit MP-02
MP-X-066
Die Entwicklung stand natürlich nicht still und so wurden im Jahr 1981 gleich zwei neue Lautsprecher mit verbessertem Plasma Ionenhochtöner präsentiert. Der Plasmahochtöner hatte ein neues Gehäuse und einige Detailverbesserungen bekommen. Der Hochtonverstärker wurde im Gehäuse mit integriert. Das Gehäuse war jetzt flach und bescherte dem Hochtöner ein gefälligeres äußeres. Der Plasmahochtöner erhielt die Werksbezeichnung MP-02. Die Abmessungen betrugen jetzt ( B x H x T ) 32 x 21 x 27 cm incl. Kugel.
Die Entwicklung des Plasma Hochtöners MP-02 wurde mit dem "DEUTSCHEN HIFI-PREIS 1981" und dem französichen "DECIBEL D'HONNEUR 1982" ausgezeichnet.
Den MP-02 gab es jetzt auch als Einzeleinheit zu kaufen. Der Preis betrug ca. 2000.- DM pro Stück !
Über die Boxen selbst gibt es nicht viel zu berichten. Die MP-X-066 war eine drei Wege Box mit unterer Grenzfrequenz von 26 Hz. Die MP-X-088 eine vier Wege Box mit unterer Grenzfrequenz von 22 Hz.
Der MP-02 ist der letzte von MAGNAT hergestellte Plasma Ionen-Hochtöner. Die Gründe warum er nicht weiter hergestellt wurde sind mir nicht bekannt. Vermutlich war die Schaltung zu aufwendig oder zu wartungsanfällig. Es war meines Wissens der erste rundumstrahlende Plasma Hochtöner. Die anderen die ich kenne arbeiten alle mit einem Horntrichter um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
So sieht der MP-02 im inneren aus.
Auf der rechten Seite ist der Oszillator Teil mit HF- Vor und Endstufe. In der Mitte oben ist das Netzteil, der Ringkern Netztrafo ist gut zu erkennen. In der Mitte unten, hinter dem Abschirmblech befindet sich die Elektrode und der Zündmechanismus. Auf der linken Seite der NF- Verstärker, immer noch mit dem Hybrid Verstärker von SANYO.
Untergebracht ist die Elektronik in einem Aluminiumgussgehäuse das außen eine Menge Kühlrippen hat. Es wirkt als integraler Kühlkörper für die Elektronik. Auf der Geräterückseite sind zwei Paar Anschlußklemmen, der Netzspannungswahlschalter und die Netzbuchse angebracht. Eingeschaltet wird mit einem Schalter auf der Frontseite.
Das Bodenblech wurde mt 18 Schrauben befestigt damit nichts von der Hochfrequenz nach außen dringen konnte.
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Gemessen an der Komplexität des Schallwandlers ist die Schaltung relativ einfach, aber geschickt ausgelegt. Der HF Oszillator ist quarzstabilisiert. Die erste Verstärkerstufe ist mit dem Transistor 2SC1306 ( war damals in fast jedem CB-Funkgerät zu finden ) ausgestattet. In der Endstufe werkelt ein PT9783 der heute leider nicht mehr erhältlich ist. Als Ersatz kann man einen MRF428 nehmen, der ist aber sündhaft teuer ( ca. DM 350.- ). Der Sender wird amplitudenmoduliert mit einem SANYO STK086. Im Eingang liegt ein mit Operationsverstärkern aufgebautes 24dB Filter mit Bessel Charakteristik. Fest eingestellt ist die Trennfrequenz von 5000Hz.
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Die Geheimnisse des Hochtöners geben die Schaltungsunterlagen Preis.
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Für Servicezwecke hier das Schaltbid des MP-02 ( Schaltbild MP-02 )
Die entsprechende Stückliste finden Sie hier ( Stückliste MP-02 )
Eine Abgleichanleitug gibt es auch ( Abgleichanleitung MP-02 )
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Ersatzteilversorgung
Mit den Standardteilen wird es kein Problem geben. Mir ist keine Quelle bekannt die heute noch mechanikteile liefern kann. Das betrifft besonders auch die Elektroden. Wenn es den STK NF-Verstärker oder den Endstufentransistor PT 9783 erwischt hat sieht es schlecht aus. Im Internet findet man amerikanische Händler die diese Teile als "Surplus" Ware anbieten.
Übriges, am Kugelgewinde des MP 02 ist ein Kontakt der verhindern soll das man bei abgeschraubter Kugel den Hochtöner in Betrieb nehmen kann.
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Quellen :
Stereoplay 7/1982
Video HiFi Test 2/1986
Audio 4/1998
Magnat Prospekt Transpuls
Magnat Prospekt MP-X-066 / MP-X-088
Eigene Bilder
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Das Urheberrecht dieser Veröffentlichung liegt bei mir. Jegliche weitere Verwendung nur mit meiner Zustimmung.
(c) Ulrich Haumann 1996 - 2003. Diese Seite ist Teil der Homepage WWW.PLASMATWEETER.DE
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Last update Januar 2003
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Inhalt / Index
Schaltbilder
Einleitung
Etwas Theorie
Baubeschreibung
Bauteile
Resonanzspule
Betrieb
Bilder
Schluß
Hinweis:
Dies ist keine Baueinleitung für Einsteiger ! Etwas Basiswissen und Erfahrung im Aufbau von Röhrenschaltungen sollten Sie mitbringen. In dem Gerät wird mit hohen Spannungen bei hohen Strömen gearbeitet, was bei einer Berührung zum Tod führen kann. Auch nach Abschalten der Netzspannung ist in den Kondensatoren noch genügend Energie vorhanden um einen lebensgefährlichen Stromschlag zu bekommen. Um eine ungewollte hochfrequente Abstrahlung zu Vermeiden ist der Aufbau in einem Metallgehäuse zwingend erforderlich.
Der Autor übernimmt keine Verantwortung für eventuelle Schäden die durch den Aufbau oder Betrieb des Gerätes entstehen.
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Update 01/2002
Gute Neuigkeiten für alle die eine Anodendrossel ( Ersatz für die 100uH Siemens Drossel ) selbst herstellen wollen. Man wickelt ca. 2,80m Kupferlackdraht mit 0,9mm Drahtstärke auf einen Spulenkörper mit 18mm Durchmesser Windung an Windung. Ich habe als Spulenkörper PVC Installationsrohr aus dem Baumarkt genommen. Bild
Die so hergestellte HF-Drossel funktioniert einwandfrei und ohne Einschränkung. Sie ist allerdings etwa 10 mal so groß wie eine Siemens Drossel.
Mit einem gut abgestimmten Anodenkreis erreicht man auch entsprechende Flammengrößen ohne die Röhre zu Überlasten. In dem nachfolgenden Bild sieht man das ich noch eine Spule in reihe zu der Resonanzspule geschaltet habe und der Kreis mit einen Drehkondensator auf Resonanz abgestimmt wurde. Hier ist das Bild
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Update 08/2001
Endlich ist es soweit, der Modulationsteil ist fertig. Im Eingang ist ein passives 6dB Filter mit ca. 3,4 Khz Eckfrequenz eingebaut damit der Hochtöner zum Ausprobieren direkt an den Lautsprecher Ausgang angeschlossen werden kann. Der Modulationsteil ist viel besser als die Transistor Variante. Der HF Teil kann damit ohne Verzerrungen weiter ausgesteuert werden. Dadurch wird der Hochtöner lauter !
Das Eingangsteil verarbeitet eine effektive Eingangsspannung von ca. 2 V klaglos ( bei voll aufgedrehtem Eingangspoti ). Bei höheren Werten setzt die Begrenzung ein. Wenn man den Hochtöner parallel zum 8 Ohm Lautsprecher anschließt sollte man bedenken das 2,83 Volt bei 1 Watt Leistung am Lautsprecher anstehen. Das Poti muss dann entsprechend eingestellt werden.
Verändert man den 47K Ohm Widerstand im Eingang ( 6 dB Filter ) zu 33K Ohm so ist man bei etwa 4,8 Khz Übernahmefrequenz. Man kann den Widerstand auch durch ein 22 K Ohm Festwiderstand in Reihe mit einen 25 K Ohm Poti ersetzten. Damit lässt sich die Frequenz etwa im Bereich von 3,4 Khz bis 7,3 Khz regeln.
Die EF86 sollte man mit Gleichspannung heizen. Die Eingangsschaltung ist auf Grund der hohen Verstärkung etwas brummempfindlich.
Jetzt ist es an der Zeit mal was an dem HF Teil zu verbessern. Joe Colin hat herausgefunden das man die Spule mit dickerem Draht für Hochfrequenz hochohmiger machen kann. Damit könnte die Röhre mehr Leistung abgeben und mehr Leistung bedeutet natürlich größere Lautstärke.
Also freuen Sie sich auf das nächste Update ( wird aber ein Weilchen daueren ).
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Update 07/2001
Hallo, es hat etwas länger gedauert als ich gedacht habe. Die letzten heißen Sommertage haben mich in den Keller, in meine "Bastelbude" ausweichen lassen. Was lag näher als sich mal wieder mit dem Plasmahochtöner zu beschäftigen. Mit der Röhrenansteuerung bin ich ein Stück weitergekommen. Die Regelung der Flammengröße funktioniert schon. Ich benutze eine PCL82 und davon den Pentodenteil. Mit dem Triodenteil werde ich den NF Verstärker aufbauen. Das Ergebnis ist im Schaltbild zu sehen ( HF-Teil ). Baut man die Schaltung auf erhält man schon einen funktionierenden Plasmateil, d.h. die Flamme brennt und man kann sie regeln. Es fehlt nur die NF Ansteuerung. Man braucht etwa 60Vss zur Vollaus-steuerung. Ich werde das Eingangsteil mit einer EF86 aufbauen. bei ca 120 facher Verstärkung liefert sie etwa 50 Vss an der Anode.
Hier ein Blick auf den Probeaufbau Bastelbude Im Vordergrund die PCL82 auf dem kleinen Brettchen. Das Oszilloskop ist übrigens nicht angeschlossen ! Es nimmt die HF aus der Luft auf da die Schaltung ohne Schirmkäfig betrieben wird. Man kann deutlich den Amplitudenmodulierten Träger sehen. Mit der neuen Regelung lässt sich der Hochtöner übrigens mühelos bis herunter auf 2Khz betreiben. Ob der Schalldruck dann noch ausreicht bleibt abzuwarten.
Ich habe ein paar Bilder vom Betrieb des Hochtöners gemacht. Hier kann man gut den Zusammenhang zwischen aufgenommener Leistung und Flammengröße sehen. Betrieb in Bildern
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Schaltbilder
Schaltbild Endstufe ( HF-Teil)
Schaltbild Modulationsverstärker ( NF-Teil)
Frequenzgang
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Einleitung
Das erste mal hörte ich einen Plasma Hochtöner auf einer High-End Veranstaltung irgendwann Anfang der achziger Jahre. Es war auf dem Messestand der Fa. Magnat. Ich hatte das Glück noch Einlaß zu der völlig überfüllen Vorstellung zu bekommen. Der Entwickler des Magnat Plasma Hochtöners, Dr. Siegfried Klein, war auch anwesend. Zu der Vorführung hatte man das damalige "Flagschiff" der Magnat Boxen hergenommen, den eingebauten Hochtöner abgeklemmt und den Plasma Hochtöner darauf gestellt. Es muß sich damals noch um einen Prototypen gehandelt haben denn während der Vorführung ging einer der Hochtöner mehrmals aus. Nach der Vorführung wollte ich von Herrn Klein wissen wie so etwas funktionierte. Er war ziemlich zugeknöpft und hat nur irgendetwas von einen Hochfrequenzsender gemurmelt und Amplitudenmodulation. Na ja .... vielleicht hatte er einen schlechten Tag.
Zum Klang von damals kann ich nur sagen das es mich ziemlich überwältigt hat. Der Klang war sehr räumlich die Höhen brilliant ohne jegliche Überhöhung oder Schärfe. Die Schallquelle war nicht zu orten, die Instrumente standen förmlich im Raum und das bei einer Messe-vorführung. Kein Wunder, handelt es sich hierbei eigentlich um den idealen Rundstrahler.
Es hat ein paar Jahre gedauert bis ich das Thema wieder aufgegriffen habe. Anlaß war, das ich durch Zufall einen Plasma Hochtöner zum Reparieren bekam. Es war ein Ionofone 601. Hier konnte ich mich mit dem Prinzip beschäftigen was dann zu meinem Eigenbau führte.
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Etwas Theorie
Das Prinzip ist es eigentlich ganz einfach. Es handelt sich um einen Hochfrequenzoszillator der amplituden-moduliert wird. Das wird auch heute noch bei den Rundfunksendern im Lang, Mittel und Kurzwellenbereich so gemacht. Die Hochfrequenz, die bei den Rundfunk-sendern von einer Antenne abgestrahlt wird, gelangt bei dem Plasma Hochtöner in eine Resonanzspule ( offener Reihenschwingkreis ) mit angeschlossener Elektrode. Die Resonanzspule transformiert die Hochfrequenz auf eine Spannung zwischen 10000V und 20000V herauf. Der Spannungsbauch befindet sich an dem Ende der Resonanz-pule an der die Elektrode angebracht ist. Durch die hohe Spannung an der Elektrode wird die Luft so stark ionisiert das dies als Plasmaflamme sichtbar wird. Die Flamme bezeichnet man auch als Corona.
Der Oszillator wird mit dem Musiksignal amplituden-moduliert, was bedeutet, daß die Betriebsspannung des Oszillators im Takt der Musik schwankt und damit schwankt auch die von der Resonanzspule abgestrahlte Energie. Da die Flammengröße direkt proportional der zugeführten Energie ist ändert sich das Volumen der Flamme und die Luft um die Flamme wird beschleunigt, der Ton entsteht ( Die Physiker unter Ihnen mögen mir verzeihen).
Ein ähnliches Prinzip kennt man von modulierten Teslatransformatoren.
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Wer etwas über Tesla Transformatoren erfahren will sollte sich die Seiten von Harald Chmela und Richard Smetana ansehen. Hier gibt es Bauanleitungen und Versuche mit Teslaspulen. Der Klein Teslatrafo kommt dem Plasma Hochtöner sehr nahe was die Tonabstrahlung angeht. Er hat sogar unter anderem ein Video mit Ton gedreht. ( Klicken Sie es einfach an. )
An dieser Stelle möchte ich Harald sehr herzlich danken das ich dieses Video auch hier zeigen darf.
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PL519/EL519
Kommen wir zurück zum Plasmahochtöner.
Da man für eine solche Entladung eine Menge Hochfrequenzenergie (40W-50W) braucht habe ich mich für eine Röhre entschieden. Außerdem ist sie am Gitter (G2) einfach, fast leistungslos, zu modulieren.
Um auch in Zukunft noch Ersatzröhren zu bekommen wurde eine EL519 ausgewählt. Die PL519 ist Daten und Pinkompatibel bis auf eine abweichende Heizspannung ( 40V / 300mA ). PL519 wurden früher in Zeilenend-stufen von Fernsehgeräten verwendet, sie sind daher häufig zu finden und billiger als eine EL519.( Mehr als DM 40.- sollte man allerdings auch für eine Markenröhre EL519 nicht bezahlen - Stand Jannuar 2001- ). Die Endstufe ist als freischwingender Oszillator aufgebaut ( Huth-Kühn Schaltung ). Die Frequenz stellt sich um ca. 27MHz ein und wird im wesentlichen von den Kapazitäten des Aufbaus und der Röhre beeinflußt.
Das ist der kritische Teil der Schaltung. Der Aufbau sollte nach den Kriterien von Hochfrequenzschaltungen erfolgen, d.h. kurze Leitungswege, Spannungen mit Kondensatoren abgeblockt, Blockkondensatoren direkt an den Röhrensockel mit kurzen Verbindungen anlöten.
Die Ausgangsleistung des Oszillators - und damit die Flammenhöhe - kann man durch die Vorspannung am Gitter2 (Pin 3 bzw. 6) regeln. Sie sollte zwischen 60V und 120V liegen. Man kann den Leistungsteil auf diese Weise testen. Wenn an G2 eine, über ein Potentiometer regelbare, Spannung angelegt wird kann man damit die Flammenhöhe einstellen.
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Modulation
Um einem Oszillator zu modulieren gibt es mehrere Möglichkeiten. In meiner Schaltung kommt die Schirmgittermodulation zum Einsatz. Diese Schaltungsvariante wurde bereits in den Anfängen der Sendetechnik angewannd. Das Prinzip ist nebenstehend abgebildet.
Für die in diesem Beispiel benutzte Endstufe mit der Röhre 807 ist der Plasma Oszillator einzusetzen. Die Anodenspannung muß allerdings im Bereich von 60V bis 120 V liegen. Es soll hier auch nur das Prinzip dargestellt werden.
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Frequenzgang
Dem Oszillator sollten keine Tonfrequenzen unterhalb von 4Khz zuführt werden. Der Hochtöner kann diese Frequenzen schlecht wiedergeben und die Schaltung würde dadurch unnötig Verzerrungen produzieren.
Der nebenstehende Frequenzgang wurde mit einem passiven 12dB Filter bei etwa 5 KHz Trennfrequenz aufgenommen. Der Einsatzbereich des Hochtöners beginnt etwa ab 3,5 KHz und geht bis weit über 50KHz. Ich konnte mit meinem Messgerät ( ein MEPEG, Meßgrenze 20KHz ) bis 20KHz (Frequenzgang) keinen Schalldruckabfall feststellen und das in allen Richtungen um den Hochtöner ! Die Welligkeit im Diagramm sind räumliche Einflüsse, da ich in 1 Meter Abstand gemessen habe.
Der Nachteil dieses Schallwandlers liegt in seinem Wirkungsgrad. Ohne Hornvorsatz wird man über 85 db Schalldruck ( bei vertretbaren Verzerrungen ) nicht hinauskommen. Für die meisten Fälle ist dies aber ausreichend. Selbst im Zusammenspiel mit meinem kleinen JORDAN HORN war der Hochtöner nicht überfordert. Der MP-02 von Magnat kam auch selten über 90 dB hinaus obwohl die Werksangabe bei 95 dB lag.
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Es erreichen mich immer wieder Anfragen wie man den Höchtöner im Wirkungsgrad verbessern, oder den Einsatzbereich in Richtung tiefere Frequenzen erweitern könnte. Hierzu ein paar Anmerkungen. Die Physik läßt sich so leicht nicht überlisten - will heißen :
höherer Wirkungsgrad - mehr bewegte Luftmasse = größere Flamme
tiefere Frequenzen - mehr bewegte Luftmasse = größere Flamme
größere Flamme bedeutet aber größere Leistung des Oszillators
größere Flamme bedeutet aber auch viel OZON ( O³ )
Wie man sich leicht ausmalen kann werden die Probleme nicht unbedingt weniger.
Für die, die dennoch sich an so eine Sache heranwagen wollen ein paar Tips. Die Flamme muß dann mittels Stützelektroden gehalten werden und man sollte sie mit Helium umspülen, dann gibt es kein Ozon.
Plasmakammer des Hill Plasmatronic
So einen Plasmahochtöner gab es mal anfang der achziger Jahre von der Firma Plasmatronics.
( Plasmatronics, Inc., 2460 Alamo S.E., Suite 101, Albuquerque, New Mexico 87106 )
Diese Firma existiert aber leider nicht mehr. Dr. Alan E. Hill hatte den Lautsprecher entwickelt. Leider habe ich keine Unterlagen über diesen Lautsprecher. Ich weiss aus meinem Mailverkehr das es in den USA noch verschiedene Leute gibt die einen Plasmatronic besitzen. Meines Wissens wurden etwa 60 Geräte gebaut. Der Preis des Systems lag ohne die Heliumflaschen bei etwa US$ 8.000.- pro Stück. Es gibt derzeit nur einige Bilder der Plasmakammer im Web. Falls jemand Informationen über diese Exoten haben sollte würde ich mich über eine Kopie freuen.
Für das Foto habe ich die Röhre ziemlich weit ausgesteuert damit man die Flamme deutlich sieht. Das erkennt man an den bereits rot glühenden Anodenblechen. Ich habe mal eine Telefunken EL519 in dem Plasma Hochtöner zu Demozwecken so weit ausgesteuert das der Glaskolben geschmolzen ist. Im normalen Betrieb kann man die Flamme wesentlich kleiner einstellen. Im übrigen zeigt das Foto den Hochtöner ohne Abschirmkäfig. Diesen Betrieb sollte man auf ein Minimum begrenzen. Erstens wird jetzt ein modulierter Träger frei abgestrahlt und zweitens haben wir hier eine schöne "Ozonmaschine"
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Baubeschreibung
Ich möchte an dieser stelle noch einmal betonen das ein mechanisch stabiler Aufbau zwingend notwendig ist. Ein Gehäuse aus Stahlblech bietet eine solide Grundlage und sorgt für die notwendige Abschirmung des Qszillators. Der Leistungsteil mit der Röhre wird mit einem Lochblech ( Lochdurchmesser 3mm - 6mm ) abgedeckt. Dadurch erreicht man ausreichende Luftzirkulation und Abstrahlsicherheit bezogen auf die Hochfrequenz.
Das Ende der Resonanzspule mit der Elektrode ( Kupfer ca. 3mm Durchmesser, ich habe ein Stück Erdungskabel aus der Elektroinstallation genommen - natürlich abisolieren !), wird mit einer Drahtkugel abgeschirmt. Die Kugel muß man selbst anfertigen ( ich habe jedenfalls nichts passendes gefunden ). Das ist ganz einfach : Man nehme 2 Kaffesiebe aus Metall mit ca. 10cm Durchmesser, entferne die Griffe , lege sie gegeneinander und verlöte sie an der Stoßstelle. Einen kräftigen Lötkolben ( ca. 100W) braucht man schon dazu. Nun hat man eine schöne Kugel. Die bekommt an der Unterseite ein Loch von ca. 50mm Durchmesser. Hier muß später der obere Teil der Teslaspule mit der Kupferspitze durchpassen. Dann braucht man noch ein Loch mit ca. 5mm -8mm Durchmesser irgendwo in der Mitte nahe der Lötstelle. Durch dieses Loch muß später ein isolierter kleiner Schraubendreher gesteckt werden können. In die Lochblechabdeckung gehört natürlich auch das gleichgroße Loch von ca. 50mm Durchmesser. Nun wird Kugel und Lochblech miteinander verlötet. Wie das aussehen kann, sieht man ja an den Bildern Kugel.
Mein Gehäuse hat zwei Kammern. Eine für den Leistungsteil mit der Röhre und die zweite für den Rest der Installation. Ich würde heute 3 Kammern benutzen und das Netzteil in die 3 Kammer verlagern. Es war ziemlich schwierig die Hochfreqeunz von den Eingangspotis fernzuhalten, da der Trafo bei meinem Prototyp in 10mm Abstand zu den Potis montiert ist. Wenn man ein brummen von der Flamme hört, sollte man nach Brummschleifen oder nach Einstreuungen durch das Netzteil suchen.
Damit sind wir schon bei der Masseführung. Grundregel : Sternförmige Masse ! .. Klar kennt Ihr alle schon, hab ich auch gedacht und prompt einen Fehler beim Aufbau gemacht. Also, Leistungsteil einen Massepunkt bei der Röhre, Verstärker einen Massepunkt und von den beiden Massepunkten jeweils ein Kabel zum Netzteil. Vom Netzteil muß ein Massekabel zum Gehäuse wegen der Abschirmung ! Das letztere ist ganz wichtig denn wir haben hier einen starken Sender.
Damit zum Leistungsteil : Das Leistungsteil gibt etwa 50 Watt Hochfrquenz ab ( abhängig von Vu der Röhre ). Die Frequenz liegt bei etwa 25MHz bis 30Mhz. Hier tummelt sich ziemlich viel im "Äther", unter anderem auch Baby Überwachungsgräte und freie Funkgeräte ( Jedermannfunk). Diese Geräte arbeiten mit ca. 100mW bis 5 Watt Hochfrequenz, dass bedeutet man sollte den Test und Einstellungsbetrieb ohne Abschirmung auf ein Minimum begrenzen, denn wir haben die 10 fache Leistung. Mit 5 Watt auf dieser Wellenlänge erreichen Amateurfunker andere Kontinente und sie wollen ja nicht die Nachbarn verärgern, oder ?
Der Rest ist einfach. Den Leistungstransistor habe ich kurzer Hand isoliert an das Chasis geschraubt ebenso den Treibertransistor. Die Potentiometer, Eingangsbuchsen und Netzzuführung sind an der Rückseite angebracht Rückseite Das ganze ist wie bei alten Röhrenschaltungen "fliegend" verdrahtet.
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Bauteile
Ich habe versucht alles mit standard Bauteilen aufzubauen. Der Trafo ist ein Trenntrafo 230V/230V - 120VA die Wicklung für die Röhrenheizung habe ich selbst auf meinen Ringkerntrafo gewickelt. Man kann auch einen separaten Trafo benutzen. Die Widerstände sind Metallfilm, der Hochlastwiderstand in der Anodenleitung ein normaler Drahttyp ( 18 Ohm / 5 W ). Dieser Wiederstand dient als Sicherung. Falls es einen kapitalen Kurzschluß gibt brennt er einfach durch. Die Drosselspule eine Siemens Ferritkern 100uH, 1A belastbar. Die Drosselspule muß allerdings der angegebene Type sein, mit anderen Typen die ich ausprobiert habe hat es nicht funktioniert (siehe Update !).
Die Drosselspule gibt es neuerdings auch bei Conrad Electronic. Man findet Sie aber nur im Profi Katalog auf Seite 664. Sie hat die Bestellnummer 50 19 10-08 und die Bezeichnung B82111-E-C25. Sie kostet DM 1,97.- plus MwSt. Man kann sie auch bestellen wenn man nur den "normalen" Katalog hat. Bei Bürklin gibt es sie unter der Bestell Nr. 74D4991 im Katalog 02/03. Die Bezeichnung ist: 100uH,1.0 Amp, 0.65 Ohm, 6.5x19mm. Kostet 1,10.- Euro.
Den Keramik Spulenkörper gibt es nur bei Surplus Händlern oder auf Flohmärkten. Ob man als Röhre einen EL oder PL Typ einsetzt ist gleichgültig. Die Röhren unterscheiden sich nur bei den Heizspannungen.
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Resonanzspule
Die Resonanzspule ist auf einen Keramikkörper mit 35mm Durchmesser gewickelt. Es werden am oberen Ende 15 Windungen CuL 0,9mm oder 1mm aufgebracht. Die genaue Drahtstärke bzw. +/- 1 Windung ist nicht kritisch. Der Keramikkörper hat kleine Löcher. Ich habe am Anfang und Ende der Wicklung jeweils eine 2mm Schraube in den Löchern befestigt und die Enden der Wicklung dort angelötet. Mit der oberen 2mm Schraube ist gleichzeitig auch ein Kupferdraht (3mm Durchmesser / 30mm Länge) befestigt. Der Kuperdraht ist am oberen Ende Spitz zugefeilt. Das ist dann die Elektrode an der sich die Corona ausbildet. Die Befestigung mittels einer Schraube ist wichtig denn Spule und Elektrode werden ziemlich heiß. Bei den ersten Versuchen hatte ich die Elektrode noch angelötet aber nach ca. einer 1/2 Stunde hat sich der Draht dann selbst entlötet, es gab einen Kurzschluß und es rauchte ziemlich viel ab. Die Spule wird übrigens auch heiß, deshalb der Keramikkörper !
Die Koppelwindung reicht um die Elektrode am unteren Ende und ist auch mit einer Schraube befestigt. Man kann sie auf dem Bild deutlich erkennen. Sie sollte nicht näher als 10 mm an die Elektrode herankommen sonst kann es zu Überschlägen kommen. Ich habe einen teflonisolierten Draht benutzt.
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Betrieb
Zum Betrieb gibt es noch einige Anmerkungen. Die Flammengröße und das Entzünden der Flamme sind stark von der Verstärkung der Röhre abhängig. Man sollte möglicht Röhren mit hoher Vertärkung benutzen, das erleichtert die Sache. Das Poti für die Flammengröße in mittlere Stellung bringen und das Gerät einschalten. nach ca. 2 - 3 Minuten hat man entweder Glück und es entzündet sich eine Flamme ... oder nicht. Ich habe nur einmal Glück gehabt mit einer Röhre die eine sehr hohe Verstärkung hatte. Also in der Regel muss man etwas nachhelfen. Mit einem isolierten Schraubendreher tipt man an die Spitze der Elektrode und zieht den Schraubendreher langsam zurück. Es wird sich ein Flammenbogen von Elektrode zum Schraubendreher ausbilden. Wenn das elektrische Feld nicht groß genug ist erlischt die Flamme wieder. Man kann nun am Poti Flammengröße eine höhere Vorspannung einstellen und das ganze nochmals versuchen.
Oftmals zündet die Flamme auch wenn man die Röhre etwa 2 Minuten nur mit der Heizspannung "anwärmt" und dann die Anodenspannung zuschaltet.
Sollte sich überhaupt keine Flamme ausbilden und alle Spannungen in Ordnung sein schwingt der Oszillator nicht und die Energie bleibt in der Röhre. Das merkt man sehr schnell, denn die Anodenbleche glühen dann im schönsten Rot und die Röhre ist bald hinüber wenn man das zu lange macht. Jetzt wissen Sie auch wozu das kleine Loch in der Abschirmkugel ist. Man kann dort wenn alles zusammengebaut ist den kleinen Schraubendreher zum Zünden durchstecken.
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Betrieb in Bildern
Nachfolgend ein paar Bilder aus dem Betrieb. Das linke Meßgerät in den Bildern ist das Amperemeter, das rechte Instrument das Voltmeter. Die Meßgeräte sind in die Anodenstromleitung eingeschleift und messen die Eingangsleistung der HF Stufe.
Die Kamera kann die volle größe der Plasmaflamme nicht wiedergeben. Sie ist in Realität etwa 20% größer.
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Mit den hier eingestellten Werten, 177 mA bei 576 Volt kommt man auf eine Eingangsleistung von 100 Watt. Die Werte stellen sich bei einer G2 Spannung an der EL519 von ca. 75 Volt ein. Das macht die Röhre noch klaglos mit und die Flamme ist etwa 12 mm hoch.
Bei 95 Volt Gitterspannung an G2 fließen 250 mA Anodenstrom die Anodenspannung beträgt 557 Volt. Die aufgenommene Leistung 140 Watt. Flammengröße etwa 15 mm. Das ist so etwa die Grenze für einen regulären Betrieb, je nach Aufbau werden die Anodenbleche schon leicht rot.
Bei 115 Volt Gitterspannung an G2 fließen 300 mA Anodenstrom, die Anodenspannung beträgt 539 Volt. Die aufgenommene Leistung ca. 160 Watt. Flammengröße etwa 18 mm. Hier bekommt die Röhre schon "dicke Backen" wie man in der "Fachsprache" sagt. Das bedeutet die Anodenbleche fangen an dunkelrot zu glühen. Dieser Betreibszustand sollte man nicht lange aufrechterhalten. Die Röhre leidet sehr darunter.
Bei 130 Volt Gitterspannung an G2 fließen 390 mA Anodenstrom, die Anodenspannung beträgt 504 Volt. Die aufgenommene Leistung ca. 196 Watt. Flammengröße etwa 20 mm. Nach 3 minütigem Betrieb in diesem Zustand glühen die Anodenbleche über die ganze Fläche hellrot. Schaut man genau hin kann man auf dem Foto erkennen das das Anodenblech an der Naht schon anfängt leicht rot zu werden. Macht man das ein etwas länger braucht man eine neue Röhre.
So sieht eine PL519 aus die über längere Zeit in einem Plasma Hochtöner überlastet wurde. Die Anodenbleche wurden so heiß das der Glaskolben geschmolzen ist und durch die Luftsäule eingedrückt wurde. Glücklicherweise habe ich es noch gemerkt und konnte eine Implosion verhindern.
Die Röhre funktioniert übrigens noch. Versuchen Sie das mal mit einem Transistor !
Die oben angegebenen Spannungen und Ströme sind als Anhaltspunkte zu verstehen. Sie schwanken je nach Röhre.
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Nachbauten
Hier erscheinen die Links zu Leuten die diesen Plasma Hochtöner nachgebaut haben, versuchen Sie es einmal.
http://www.geocities.com/ResearchTriangle/Thinktank/1866/plasma.htm Allessandro Galavotti hat einen Prototype gebaut.
http://www.ece.villanova.edu/~cdanjo/plasma.html Die Seite von Colin, Joye. Er hat es auch geschafft und bringt in angeblich mit entsprechender NF Verstaerkung auf 98 dB
http://www.hardcoreaudio.de Sebastian Mainka aus Paderborn hat ihn auch nachgebaut. Er hat sich sogar die Mühe gemacht eine Platine zu entwerfen.
http://members.aol.com/andreragee Dies ist der Nachbau von Herrn Andrerage aus Frankreich. Allerdings in französisch, aber schöne Bilder vom Aufbau.
http://homepages.ihug.co.nz/~andrewp/plasma_speaker.html Andrew Parsons aus Hamilton , New Zealand
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Bilder
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Viele Anfragen kamen zum Aufbau der Resonanzspule, deshalb hier noch einige Bilder.
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Schluß
好象是德文，我不认识哦，对不起。
http://www.plasmatweeter.de/plasma.htm
http://www.plasmatweeter.de/magnat.htm
Das war's denke ich. Falls noch etwas unklar ist und ich noch etwas näher erklären sollte bitte ich um entsprechende Zuschriften. Diese Beschreibung lebt ab jetzt von Ihren Anregungen !
P.S. Wenn Sie Bilder von Plasma Hochtönern haben sollten, würde ich mich über eine Kopie freuen.
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