Los altavoces de plasma o ionófonos son un tipo de altavoz que varía la presión del aire a través de un plasma eléctrico en lugar de un diafragma sólido . El arco de plasma calienta el aire circundante provocando su expansión. Al variar la señal eléctrica que impulsa el plasma y conectado a la salida de un amplificador de audio , el tamaño del plasma varía, lo que a su vez varía la expansión del aire circundante creando ondas sonoras. [1]
El plasma se presenta típicamente en forma de descarga luminosa y actúa como un elemento radiante sin masa. La técnica es un desarrollo muy posterior de los principios de física demostrados por William Duddell en su "arco cantor" de 1900 [2] , y Hermann Theodor Simon publicó el mismo fenómeno en 1898 [3].
El término ionófono fue utilizado por el Dr. Siegfried Klein, quien desarrolló un tweeter de plasma cuya producción comercial fue autorizada por DuKane con el Ionovac y por Fane Acoustics con el Ionofane a fines de la década de 1940 y en la de 1950. [4]
El efecto aprovecha varios principios físicos: [5] En primer lugar, la ionización de un gas crea un plasma altamente conductor , que responde a campos eléctricos y magnéticos alternos . En segundo lugar, este plasma de baja densidad tiene una masa insignificante. Por lo tanto, el aire permanece acoplado mecánicamente con el plasma esencialmente sin masa, lo que le permite irradiar una reproducción casi ideal de la fuente de sonido cuando el campo eléctrico o magnético se modula con la señal de audio.
Los diseños de transductores de altavoces convencionales utilizan la señal de audiofrecuencia eléctrica de entrada para hacer vibrar una masa significativa: en un altavoz dinámico, este controlador está acoplado a un cono de altavoz rígido (un diafragma que empuja el aire a frecuencias de audio). Pero la inercia inherente a su masa resiste la aceleración (y todos los cambios en la posición del cono). Además, los conos de los altavoces acabarán sufriendo fatiga por tracción debido a la sacudida repetida de la vibración sónica. [6]
Por lo tanto, la salida de los altavoces convencionales, o la fidelidad del dispositivo, se ve distorsionada por limitaciones físicas inherentes a su diseño. Estas distorsiones han sido durante mucho tiempo el factor limitante en la reproducción comercial de frecuencias altas y fuertes. En menor medida, las características de onda cuadrada también son problemáticas; la reproducción de ondas cuadradas es la que más estrés genera en el cono del altavoz.
En un altavoz de plasma, como miembro de la familia de altavoces sin masa, estas limitaciones no existen. [ cita requerida ] El controlador de baja inercia tiene una respuesta transitoria excepcional en comparación con otros diseños. [ 7 ] El resultado es una salida uniforme, precisa incluso a frecuencias más altas que el rango audible humano. [ 8 ] Estos altavoces son notables por su precisión y claridad, pero no por las frecuencias más bajas porque el plasma está compuesto de moléculas diminutas y con una masa tan baja no pueden mover grandes volúmenes de aire a menos que el plasma esté en gran número. Por lo tanto, estos diseños son más efectivos como tweeters . [ cita requerida ]
Los diseños de altavoces de plasma ionizan el aire ambiente que contiene los gases nitrógeno y oxígeno . En un campo eléctrico intenso, estos gases pueden producir subproductos reactivos y, en habitaciones cerradas, pueden alcanzar niveles peligrosos. Los dos gases predominantes que se producen son el ozono y el dióxido de nitrógeno .
Plasmatronics produjo un altavoz de plasma comercial que utilizaba un tanque de helio para proporcionar el gas de ionización. En 1978, Alan E. Hill, del Laboratorio de Armas de la Fuerza Aérea en Albuquerque, Nuevo México, diseñó el Plasmatronics Hill Type I , un tweeter comercial de helio-plasma. [9] Esto evitaba el ozono y los óxidos de nitrógeno producidos por la descomposición del aire por radiofrecuencia en generaciones anteriores de tweeters de plasma. Pero el funcionamiento de dichos altavoces requiere un suministro continuo de helio.
En la década de 1950, la pionera DuKane Corporation produjo el ionizador de aire Ionovac , comercializado en el Reino Unido como Ionophone . Actualmente, todavía quedan fabricantes en Alemania que utilizan este diseño, así como muchos diseños para hacer uno mismo disponibles en Internet.
Para que el altavoz de plasma fuera un producto más ampliamente disponible, ExcelPhysics, una empresa con sede en Seattle, e Images Scientific Instruments, una empresa con sede en Nueva York, ofrecieron su propia variante del altavoz de plasma como un kit DIY . La variante de ExcelPhysics utilizaba un transformador flyback para aumentar el voltaje, un chip de sincronización 555 para proporcionar modulación y una señal portadora de 44 kHz , y un amplificador de audio. El kit ya no se comercializa. [10]
Un altavoz de llama utiliza una llama modulada como controlador y podría considerarse relacionado con el altavoz de plasma. Esto se exploró utilizando la combustión de gas natural o velas para producir un plasma a través del cual pasa la corriente. [11] Estos diseños de combustión no requieren altos voltajes para generar un campo de plasma, pero no ha habido productos comerciales que los utilicen.
Ocasionalmente se observa un efecto similar en las proximidades de transmisores de radio de alta potencia modulados en amplitud cuando se produce una descarga de corona (inadvertidamente) desde la antena transmisora, donde intervienen voltajes de decenas de miles de voltios . El aire ionizado se calienta en relación directa con la señal moduladora con una fidelidad sorprendentemente alta en un área amplia. Debido a los efectos destructivos de la descarga (autosostenida), no se puede permitir que esto persista, y los sistemas automáticos apagan momentáneamente la transmisión al cabo de unos pocos segundos para apagar la "llama".
