Acoustic characteristics and Distortion of an Ionic Loudspeaker

Abstract

This paper presents some acoustic characteristics of a positive-corona-discharge loudspeaker, based on a parallel array of wires (corona electrode) and bars (collector electrode). The acoustic pressure is a combination of a monopolar and a dipolar term. The former arises from heat exchange in the wire surroundings and the latter stems from elastic collisions of drifting ions and neutral molecules in the gap between the electrodes. The relative contribution of both terms is studied. A differential circuit is devised to measure the AC ionic current in real time. This allows to relate it to the acoustic pressure and to compute the loudspeaker efficiency. Measurements on directivity and frequency response evidence that, even though the loudspeaker is a sum of discrete sources, it behaves as a rectangular diaphragm. This reduces the acoustical short-circuit and improves the transducer efficiency. Finally this work proposes a simple method to decrease the sound pressure harmonic distortion by applying a simple linearizing algorithm (based on the I-V discharge relationship) to the input signal. I. INTRODUCCIÓNOS TRANSDUCTORES electroacústicos que utilizan una descarga corona (plasma frío), tanto en parlantes [1]-[3] como en micrófonos [4]-[5], son conocidos desde hace largo tiempo. Este tipo de descarga se basa en un campo eléctrico altamente no uniforme entre dos electrodos. Al aplicarles una alta tensión continua (DC) aparece, cerca de uno de ellos (electrodo corona), una zona de ionización que provee electrones e iones. La polaridad de los iones es tal que siempre tienden a alejarse del electrodo corona (independientemente de que sea positivo o negativo). Estos iones colisionan elásticamente con partículas neutras y les transfieren cantidad de movimiento, produciendo un movimiento de fluido conocido como "viento eléctrico". Si una señal alterna (AC) se superpone a la tensión DC la velocidad del fluido es modulada alrededor de su valor medio. Como resultado, se genera una señal acústica. Además de ésta, otra fuente de ondas sonoras aparece en la zona de ionización donde cambios en su temperatura (debido a la señal AC) producen variaciones de la presión.Estos parlantes no han encontrado un uso generalizado, quizás debido a su baja eficiencia. Sin embargo, su simplicidad, ausencia de partes móviles, amplia respuesta en frecuencia (llegando incluso al ultrasonido) y la posibilidad de generar frentes de onda arbitrarios; los convierten en transductores atractivos para propósitos de investigación.Diferentes autores han mostrado características relevantes de algunos prototipos [1]-[3], [6]-[8] pero, en lo mejor de nuestro conocimiento, muy poco se ha reportado sobre distorsión y el uso de hilo metálico como electrodo corona.Este trabajo presenta la directividad, respuesta en frecuencia, distorsión y eficiencia de un parlante de corona positiva, basado en un arreglo de descargas hilo-barra. Dicha estructura evita el cortocircuito acústico y la fuente se comporta como un pistón simple rectangular. Debido a que la relación ent...

Resonance switching in a large sonic crystal cavity

“…Since we are studying frequencies above 3 kHz, the absorption coefficients of the walls are all above 0.97 (data provided by the manufacturer). A custom-made plane ionic transducer (21.5 cm wide  30 cm high) [18] placed in the middle of the box was used as the acoustic source. Due to its constructive characteristics, the transducer emits roughly-plane wavefronts and operates effectively as a volume velocity source with both monopolar and dipolar components, allowing it to excite modal resonances both with zero and maximum particle displacement at its center.…”

Generación de frentes de onda acústicos cilíndricos a través de parlantes iónicos

“…Así se obtiene una mayor superficie de ionización y con ello aumenta el volumen de aire desplazado y la presión sonora. El primer prototipo construido fue un arreglo plano de electrodos en el que verificamos que el mismo irradiaba, en el campo lejano, como un pistón rectangular sólido [8]. En la Fig.…”

Research Progress on Audible Noise Emitted from HVDC Transmission Lines

“…In recent years, Kiichiro [26], Ph Bequin [27,28], M.K. LIM [29], Michael S. Mazzola [30], Maxim Chizhov [31], P M. Scholars, such as Gomez [32] and Li Zhen [33], have conducted research on the acoustic mechanism of corona discharge from various aspects, such as the characteristics of DC corona sound sources, sound source models, electro-acoustic conversion efficiency, and corona acoustic frequency response, making essential contributions to revealing the mechanism of corona sound generation.…”