Earspeaker – elektrostatische Kopfhörer

Der Aufbau von Treibern, die nach dem elektrostatischen Antriebsprinzip arbeiten, ist zugleich simpel und kompliziert. Einfach deshalb, weil es nur ein bewegliches – im Sinne von schwingendes – Teil gibt. Schwierig deswegen, weil hohe Spannungen im Spiel sind und ein hohes Maß an Sauberkeit nötigt ist. Das folgende Schema repräsentiert einen Treiber.

Die sogenannte Bias-Spannung lädt das Diaphragma. Es handelt sich dabei um eine feste Gleichspannung, die permanent von der zuspielenden Driver Unit gehalten wird. Der Klang kommt dadurch zustande, dass die beiden Statoren (in der Abbildung oben mit + und – bezeichnet) dem Musiksignal entsprechend geladen werden, das geladene Diaphragma in der Folge also anziehen bzw. abstoßen. Diese Schwingungen der an die straff gespannte Folie angrenzenden Luft können vom menschlichen Ohr als Schall wahrgenommen werden.

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Driver Units – Verstärker für elektrostatische Kopfhörer

Driver Units für elektrostatische Kopfhörer liefern 5 Outputs je Steckbuchse, mit Hilfe derer entsprechende Kopfhörer elektrische Signale in akustische Signale umwandeln können. Zum einen wird die Bias-Spannung bereitgestellt, eine Gleichspannung, die das klangerzeugende Diaphragma lädt um eine elektromagnetische Interaktion mit den beiden Statoren je Treiber zu ermöglichen. Üblich sind dabei 2 Spannungsniveaus, einerseits 230V für den „Normal“-Ausgang und 580V für den „Pro“-Ausgang. Ohne die Bias-Versorgung läuft bei einem elektrostatischen Hörer nichts.

Das eigentliche Musiksignal wird, wie bei dieser Art Anwendung üblich, getrennt nach Links und Rechts ausgegeben. Da elektrostatische Hörer prinzipbedingt symmetrisch betrieben werden, werden pro Seite 2 Signale benötigt. Diese beiden Signale für Rechts – üblicherweise als R+ und R- bezeichnet – verhalten sich zueinander wie im Schaubild oben dargestellt. + und – sind zueinander invertiert bzw. um 180° phasenverschoben.

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CCS – constant current source – Konstantstromquelle

Eine Konstantstromquelle ist eine Schaltung, die im einfachsten Fall aus wenigen Bauteilen besteht und in der Lage ist, einen voreingestellten Strom zu liefern, unabhängig von den Spannungen an Ein- und Ausgang. In dem hier beschriebenen Anwendungsfall in STAX Röhrenverstärkern kommen je 4 Konstantstromquellen – zusammengefasst zu einem Modul – zum Einsatz, um den Anodenstrom für jede Sektion der Röhren zur Verfügung zu stellen. Dieses Modul ersetzt die 8 Anodenwiderstände, die diese Aufgabe im ursprünglichen Zustand der Schaltung übernehmen. Jede dieser CCS stellt im für Menschen hörbaren Bereich eine sehr große Impedanz dar, wodurch sie sich wesentlich von den rein ohm’schen Anodenwiderständen unterscheidet. Dadurch erhöht sich der nutzbare Outputpegel des Verstärkers signifikant, ca. auf das Niveau der Solid-State-Verstärker von STAX. Während der Headroom zunimmt, verringern sich die Verzerrungen. Durch den Einsatz der Konstantstromquellen stehen höhere Ströme für die Ladung der Statoren in den Earspeakern zur Verfügung, was über das gesamte Frequenzband, speziell aber im Hochtonbereich und insbesondere bei höheren Lautstärken für eine höhere Wiedergabetreue sorgt, während Verstärkern im Serienzustand längst die Puste ausgegangen ist.

Diese Konstantstromquellen basieren auf einem Schaltungsvorschlag von Jim Lin, der in der audioXpress, Ausgabe Juli 2017, unter dem Titel „Improving the Stax SRM-T1 Electrostatic Headphone Amplifier“ veröffentlicht wurde.