Anschluß für Elektrostatische Lautsprecher

[Hans (hasi11a)]

Hallo,
ich habe eine Frage zu einem Problem das ich nicht lösen kann.
Ich bin Laie und alles was ich weiß und kann, habe ich mir angelesen 
oder von Videos abgeschaut.
Ich habe mir kleine elektrostatische Lautsprecher gebaut, mit Übertrager 
und Kaskade.
Alles funktioniert sehr gut.
Die Platine zur Kaskade für die Hochspannung, habe ich fertig gekauft 
und selber bestückt.
Diesen Aufbau, habe ich in LTspice eingegeben und festgestellt, dass an 
dem Anschluss der mit der Mittelanzapfung des Übertragers verbunden wird 
Null Volt angezeigt werden.
Für LTspice und mich ist da Masse. Mache ich da einen Denkfehler?

In Publikationen (siehe Darstellung) wird nun aber an den Ausgängen 
rechts und links auf der Sekundärseite Minus eingetragen. (Nur wenn die 
Dioden anders herum eingelötet werden ist es umgekehrt.)
Warum?
Elektrostatisch bedeutet es, dass die Membrane von beiden Statoren 
angezogen wird und dadurch in der Mitte bleibt.
Wie müsste die Schaltung aussehen, wenn ich gerne auf den Statoren auch 
„Plus“ hätte und sei es nur 1 Volt? Damit sich Folie und Statoren 
elektrostatisch abstoßen.

Ich bin für jede Erklärung und Tip dankbar, es kann mich nur schlauer 
machen.

[Uwe (uhi)]

Sehr spannendes Thema, ich hatte nie verstanden, wie diese Teile 
funktionieren, aber mit deinem Schaltbild wirds jetzt klar. Danke.
Hast du einen Link zur Anleitung? Gibt's Bilder?

Zur "Masse": Welchen Punkt der Schaltung du als 0V definierst, spielt 
für die Funktionsweise keine Rolle. Die gezeigte Schaltung definiert 
keinen Masseanschluss, das ist okay, und wenn du und LTSpice die Masse 
an der Mittelanzapfung definieren, ist das auch okay.

Den Lautsprecher interessiert die Masse nicht, er "kennt" nur die 
Spannung U_links zwischen links (L), Mitte (M) sowie U_rechts zwischen 
rechts (R) und M.

Im Ruhefall (also nur Hochspannung dran, kein Audiosignal) ist U_links 
gleich U_rechts, und die Membran wird von beiden Seiten gleich stark 
angezogen.

Bei leichter Aussteuerung, sagen wir im Moment wo eine 
Audio-Sinusschwingung das Maximum erreicht, liegt rechts zB 10V mehr an 
als im Ruhefall (U_R=10V, U_rechts=U_Kaskade+10V), und links 10V weniger 
(U_L=-10V, U_rechts=U_Kaskade-10V). Dadurch wird die Membran stärker 
nach rechts gezogen als nach links, sie bewegt sich.
Man kann (theoretisch) die Audio-Spannung so weit steigern, dass die 
Audiospannung am Trafo so hoch wird wie die Kaskadenspannung 
(U_Audio=U_Kaskade). Dann bekommt der Lautsprecher auf einer Seite die 
doppelte Spannung im Vergleich zum Ruhefall (U_rechts = 
U_Kaskade+U_Kaskade) und die andere Seite keine Spannung (U_links = 
U_Kaskade-U_Kaskade).

Den Fall den du beschreibst, dass eine Abstoßung eintritt, bekommt man 
bei noch höherer Audiospannung, U_Audio>U_Kaskade. Ob das in der Praxis 
verwendet wird, weiß ich nicht.

Welche Spannungen sind üblich für U_Kaskade und U_R, U_L?

[Jens G. (jensig)]

Hans schrieb:
> Diesen Aufbau, habe ich in LTspice eingegeben und festgestellt, dass an
> dem Anschluss der mit der Mittelanzapfung des Übertragers verbunden wird
> Null Volt angezeigt werden.
> Für LTspice und mich ist da Masse. Mache ich da einen Denkfehler?

Tja, wir wissen doch gar nicht, wie der Schaltplan aussieht, und zw. 
welchen Punkten Du da gemessen hast ...

[Giovanni (sqrt_minus_eins)]

Wirklich interessant. Kannte ich nicht.

Was soll das Ergebnis der Simulation sein? Es handelt sich hier um einen 
Elektrostatischen-Energiewandler, bei dem sich die Kapazität mit dem 
Abstand ändert. Zugleich wird mechanische Schallenergie abgeben (die 
eigentliche Aufgabe).
Wie wird das simuliert? Gibt es dazu Modelle?

Simulationsprogramme arbeiten meist mit Potentialen. D.h. Spannungen 
sind Potentialdifferenzen und somit muss man einen Punkt mit einem 
Potential definieren. Frei wählbar, aber hier wäre der Mittelpunkt vom 
Trafo sinnvoll.

 
beachte:
 i = C*dv/dt + v*dC/dt

[Thomas R. (thomasr)]

Funktionieren wohl anders als die alten Dinger aus den Röhrenradios. Da 
lag die Membran auf einer Lochplatte auf Kunststoff auf, recht weit weg 
vom Gegenpol. Und es gab auch nur zwei Elektroden, nicht drei.

Über viele Jahre lag die fertig bestückte Ansteuerschaltung mit ECC83 
aus der Funkschau in der Schublade aber nie zum Einsatz gekommen.

[Thomas B. (thombde)]

Hier ein Link zum ELRAD Elektrostat 1987.
Recht interessant.

https://www.sombetzki-elektrostaten.de/uploads/7/4/9/3/7493503/elrad_14.pdf

[Rolf (rolf22)]

Hans schrieb:
> Diesen Aufbau, habe ich in LTspice eingegeben und festgestellt, dass an
> dem Anschluss der mit der Mittelanzapfung des Übertragers verbunden wird
> Null Volt angezeigt werden.
> Für LTspice und mich ist da Masse. Mache ich da einen Denkfehler?

"Masse" ist eine reine Definitionsfrage. Man kann jeden beliebigen Punkt 
einer Schaltung "Masse" nennen. Welchen Punkt LTSpice gewählt hat, hast 
du über deine Eingaben selbst bestimmt.
In der Praxis wählt man den Punkt bei den meisten Schaltungen aus 
praktischen Überlegungen heraus. Bei Verstärkern z. B. ist das ein 
Punkt, der Eingang und Ausgang gemeinsam ist – das macht Berechnungen 
und Überlegungen einfacher. Und Abschirmungen, Kühlkörper etc. kann man 
dann einfach an Masse anschließen.

> In Publikationen (siehe Darstellung) wird nun aber an den Ausgängen
> rechts und links auf der Sekundärseite Minus eingetragen.
> Warum?

Wieso "aber"? Die Ausgänge liegen ja nicht an deiner Masse. Die sind 
gegen über Masse negativ. Dein Bild ist richtig, nur ist es 
unvollständig gezeichnet, es fehlt die Polarität der 
Hochspannungsquelle.
Besser sieht man es hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrostatischer_Lautsprecher

> Nur wenn die Dioden anders herum eingelötet werden ist es umgekehrt.

Könnte man auch machen. Theoretisch ist da IMO für die reine 
Lautsprecherfunktion kein Unterschied. Es könnten aber andere Effekte 
eine Rolle spielen: In Umgebung der negativen Statoren entstehen in der 
Luft freie Elektronen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Raumladung
Was das bei diesen Lautsprechnern bedeutet, weiß ich nicht.


> Elektrostatisch bedeutet es, dass die Membrane von beiden Statoren
> angezogen wird und dadurch in der Mitte bleibt.
> Wie müsste die Schaltung aussehen, wenn ich gerne auf den Statoren auch
> „Plus“ hätte und sei es nur 1 Volt? Damit sich Folie und Statoren
> elektrostatisch abstoßen.

(1) Warum möchtest du das denn? (2) 1 Volt gegen welchen Punkt?

Wenn die Statoren +1 Volt gegen Masse haben und die Membrane +1000 V 
gegen Masse, dann liegen zwischen Membrane und Stator jeweils 999 V.

[Hans (hasi11a)]

Das ist der Teil der Platinenschaltung die ich gekauft habe (Fa. 
Tubeland),
den ich in LTspice eingegeben habe.

LTspice zeigt an +3400V, -0V.

[Hans (hasi11a)]

Hallo Rolf22,

für mich als Laie, wenn man beider Lautsprecherherstellung die Membrane 
micht genau in die Mitte bekommt (und jeder kann sich vorstellen wie 
schwer das ist), wird diese in Ruhestellung von einer Seite stärker 
angezogen.
Das kann nicht passieren, wenn beide "Plus" oder "Minus" haben.

[Rolf (rolf22)]

Hans schrieb:
> wenn man beider Lautsprecherherstellung die Membrane
> micht genau in die Mitte bekommt (...), wird diese in Ruhestellung von einer
> Seite stärker angezogen.
> Das kann nicht passieren, wenn beide "Plus" oder "Minus" haben.

Uihhh. Die Membrane wird unter allen Umständen von der Differenz der 
beiden Seitenkräfte belastet. Egal, ob die drücken oder ziehen.

[Klaus R. (klara)]

Hans schrieb:
> Das ist der Teil der Platinenschaltung die ich gekauft habe (Fa.
> Tubeland),
> den ich in LTspice eingegeben habe.
>
> LTspice zeigt an +3400V, -0V.

Stell doch mal Dein ASC-File hier ins Forum rein. LTspice braucht immer 
einen Massebezug.
mfg Klaus

[Hans (hasi11a)]

Messergebnis in LTspice.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hans schrieb:
> LTspice zeigt an +3400V, -0V.
Dann poste doch einfach mal genau dieses LT-Spice Projekt von dir.

Hans schrieb:
> Messergebnis in LTspice.
1. Diese Datei hat nicht die gewünschte Endung *.ASC
2. Screenshots bitte als PNG

Hans schrieb:
> Elektrostatisch bedeutet es, dass die Membrane von beiden Statoren
> angezogen wird und dadurch in der Mitte bleibt.
> Wie müsste die Schaltung aussehen, wenn ich gerne auf den Statoren auch
> „Plus“ hätte und sei es nur 1 Volt?
Wenn beide Statoren immer auf dem selben Potential liegen, dann tut die 
Membran keinen Muks, weil die immer von beiden Seiten gleich stark 
angezogen bzw. abgestoßen wird.

> Damit sich Folie und Statoren elektrostatisch abstoßen.
Um die Membran aus der Mitte abzulenken, muss der linke und der rechte 
"Stator" ein unterschiedliches Potential haben. Das macht der Trafo an 
seinen den beiden Wicklungsenden "automatisch".

Und wenn die in den Wicklungen induzierte Spannung hoch genug wird, 
reicht es sogar für ein "+" auf einem der "Statoren".

[Peter R. (pnu)]

Mit der Verbindung der Membran zur Mitte des Trafos wirkt die durch die 
Wechselspannung erzeugte Kraft auf einer  Seite ziehend, während sie auf 
der andren Seite schiebt. Man erzeugt also mit z.B, hundert Volt 
zwischen Membran und außen den doppelten Hub als bei einseitiger 
Ansteuerung.
Auch kompensiert man dabei die geradzahligen Komponenten der 
Verzerrungen durch die Bewegung der Membran.

Was den "Nullpunkt" der Spannungen angeht, ist das eine Festlegung die 
erstmal rein willkürlich ist und nur aus Rücksicht auf den  des 
Rechenweg  festgelegt sein kann,  wenn man die Arbeitsweise der 
Schaltung alleine unter sucht, ohne auf die Wirkung nach Außen (Umgebung 
oder Netz) zu fragen

[Peter R. (pnu)]

irgendwie ist ist Mir die Fragestellung so unklar wie Dir anscheinend 
die Vorstellung wo Nullpunkt sein muss. Also noch ein Erklärungsversuch:

Hans schrieb:
> Elektrostatisch bedeutet es, dass die Membrane von beiden Statoren
> angezogen wird und dadurch in der Mitte bleibt.
> Wie müsste die Schaltung aussehen, wenn ich gerne auf den Statoren auch
> „Plus“ hätte und sei es nur 1 Volt? Damit sich Folie und Statoren
> elektrostatisch abstoßen.

Nee, der Trafo sorgt dafür das auf die festen Platten zwei symmetrische 
Wechselspannungen kommen. Die Membran ist normalerweise an der Mitte der 
Trafowicklung und führt nahezu keine Wechselspannung.
Die beiden Statoren haben eine große Gleichspannung und die beiden 
gegenphasigen Wechselspannungen. Die Mitte (Membran und HV-Versorgung) 
bleibt bei gutem Trafo wechselspannungsmäßig auf Null.

Weil sich die Kapazitäten an beiden Seiten der Membran aber durch ihre 
Bewegung ändern entsteht in der Mitte (Membran) allerdings eine 
Wechselspannung. Die Symmetrie zu erhalten ist die Aufgabe des Trafo.

Wenn die Mitte (Membran) gewaltsam auf Null gelegt wird, entsteht eine 
zusätzliche Verzerrung des Tons. Deshalb die Einspeisung des Tons über 
eine getrennte Wicklung.

Wenn man gewaltsam einen der Statoren auf Null legt, wird die ganze 
Systemmmitte die halbe Wechselspannung führen und der gegenseitige 
Stator sogar die ganze. Da würden die Kapazitäten zur Umgebung und zur 
Stromversorgung hin gewaltig die Symmetrie stören.

[Felix B. (e-b)]

Hier siehst du wie das QUAD mit dem ESL57 (aus dem Jahr 1957) realisiert 
hat. Der Trafo Rechts und die Beschaltung ist auch die 3-Weg 
Frequenzweiche für die 3 Verschiedenen Panels. Die HV Vorspannung ist 
übrigens für die Basspanel ca. 6kV und für die Mid/High Panels 1.5 kV.

Electro Static Speakers Rocks!

https://quadesl.com/graphics/quadGraphics/fig4d.gif