Los parlantes de plasma o ionófonos son una forma de altavoz que varía la presión del aire mediante un plasma eléctrico en lugar de un diafragma sólido . El arco de plasma calienta el aire circundante provocando su expansión. Variando la señal eléctrica que impulsa el plasma y conectándolo 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 suele tener la forma de una descarga luminosa y actúa como un elemento radiante sin masa. La técnica es un desarrollo mucho posterior de los principios de la física demostrados por el "arco cantante" de William Duddell 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 obtuvo la licencia de DuKane con Ionovac y Fane Acoustics con Ionofane a finales de los años 1940 y 1950. [4]
El efecto aprovecha varios principios físicos: [5] Primero, 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. Así, 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 frecuencia de audio 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 aire en 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 eventualmente sufrirán fatiga de tracción debido a las repetidas sacudidas de la vibración sónica. [6]
Así, la salida de los altavoces convencionales, o la fidelidad del dispositivo, se ve distorsionada por las limitaciones físicas inherentes a su diseño. Estas distorsiones han sido durante mucho tiempo el factor limitante en la reproducción comercial de altas frecuencias fuertes. En menor medida, las características de la onda cuadrada también son problemáticas; La reproducción de ondas cuadradas estresa más el cono de un altavoz.
En un altavoz de plasma, como miembro de la familia de los altavoces sin masa, estas limitaciones no existen. [ cita necesaria ] El controlador de baja inercia tiene una respuesta transitoria excepcional en comparación con otros diseños. [7] El resultado es una salida uniforme, precisa incluso en frecuencias más altas más allá del rango audible humano. [8] Estos altavoces se destacan por su precisión y claridad, pero no por sus 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 grandes cantidades. Por lo que estos diseños son más efectivos como tweeters . [ cita necesaria ]
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 espacios cerrados, pueden alcanzar niveles peligrosos. Los dos gases predominantes producidos 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 plasma de helio. [9] Esto evitó 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 estos altavoces requiere un suministro continuo de helio.
En la década de 1950, la pionera DuKane Corporation produjo el Ionovac ionizante de aire , comercializado en el Reino Unido como Ionophone . Actualmente todavía quedan fabricantes en Alemania que utilizan este diseño, así como muchos diseños de bricolaje disponibles en Internet.
Para hacer que el altavoz de plasma sea un producto más 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 de bricolaje . La variante ExcelPhysics utilizaba un transformador flyback para aumentar el voltaje, un chip de temporización 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 para el conductor y podría considerarse relacionado con el altavoz de plasma. Esto se exploró mediante la combustión de gas natural o velas para producir un plasma a través del cual luego 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 con modulación de amplitud cuando se produce (inadvertidamente) una descarga en corona desde la antena transmisora, donde están involucrados 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 cortan momentáneamente la transmisión en unos pocos segundos para apagar la "llama".
