Mit Plasma Töne erzeugen

Konzeption und Bau eines Plasma-Lautsprechers


Konventionelle Lautsprecher haben Nachteile: Die schwingende Membran verursacht aufgrund ihrer Masse Verzerrungen und kann den Schall nur in einem gerichteten Kegel abgeben. Beim Plasma-Lautsprecher dagegen wird der Schall durch ein Plasma erzeugt, das durch richtig getaktetes Ein- und Ausschalten eine Membran simulieren kann – jedoch trägheitsfrei und deshalb ohne Verzerrungen.

1.1 Anforderungen an einen Lautsprecher

Jeder klassische Lautsprecher verfügt über eine sogenannte Membran, welche gesundbeweglich aufgehängt ist. Diese Membran wird durch einen Elektromagneten vor- und zurückgestoßen. Diese hinund- her-Bewegung überträgt sich auf die Luft, und die dabei entstehenden Schallwellen können wir mit unseren Ohren wahrnehmen.

So simpel der Aufbau sein mag, weist er doch Mängel auf. Insbesondere bei zwei Eigenschaften zeigt sich ein Plasma- Lautsprecher als viel näher an der idealen Schallquelle als ein klassischer Lautsprecher.

Beim Plasma-Lautsprecher wird mit einem Plasma (elektrischer Funken) die Umgebungsluft des Plasmas erhitzt und kühlt anschließend wieder ab. Durch die Volumenausdehnung der Luft kann die gleiche hin-und-her-Bewegung erzielt werden, wie sie bei einem herkömmlichen Lautsprecher mit einer Membran erzeugt wird. Diese Membran verursacht beim klassischen Lautsprecher jedoch Verzerrungen, da sie eine Masse aufweist und für jede Schwingung beschleunigt und abgebremst werden muss. Da beim Plasma- Lautsprecher Luft als Membran verwendet wird und diese nahezu keine Masse hat, kann dieses Konzept als ideal betrachtet werden.

Weiter strahlt eine ideale Schallquelle den Schall in alle Richtungen ab. Auch dieses Kriterium kann der Plasma-Lautsprecher erfüllen. Das Plasma ist sehr klein und kann den Schall in fast jede Richtung abstrahlen. Ein klassischer Lautsprecher hingegen ist nur in der Lage, einen gerichteten Schallkegel abzugeben. [1, 2, 3]

1.2 Nachteile des Plasma-Lautsprecher

Plasma-Lautsprecher erzeugen Ozon, was insbesondere für Zimmerpflanzen tödliche Folgen haben kann. Die Auswirkungen auf den Menschen sind nicht ganz so verheerend. Jedoch können erhöhte Ozon-Anteile in der Luft, welche über mehrere Stunden eingeatmet werden, Atemwegsprobleme, Hustenreiz und Kopfschmerzen verursachen.

Da unsere Version des Plasma-Lautsprechers allerdings nur ein „proof of concept“ und nicht für einen Dauerbetrieb ausgelegt ist, sind die gesundheitlichen Folgen aufgrund der kleinen Dosen vernachlässigbar. Für einen Dauerbetrieb müsste ein Katalysator verbaut werden.

Ein weiterer Nachteil ist, dass ein Plasma- Lautsprecher nur als Hochtöner eingesetzt werden kann. Der Grund liegt darin, dass für die Wiedergabe tiefer Frequenzen eine zu hohe Leistung erforderlich wäre. Für einen Einsatz in einer Stereoanlage müssten somit zusätzlich konventionelle Tieftöner eingesetzt werden. [3, 8]

1.3 Stand der Technik

Es ist möglich, Plasma-Lautsprecher für den professionellen HiFi-Einsatz zu kaufen. Für diese muss allerdings mit 5.000 bis 100.000 Franken (4400 – 88.000 Euro, Anm. d. Red.) gerechnet werden. Bekannte Hersteller sind zum Beispiel Magnat und Acapella.

Der Markt um die Plasma-Lautsprecher ist sehr mager. Zwar locken die Vorteile einer nahezu idealen Schallquelle, doch sind die genannten Nachteile große Bremsklötze. Wenn insbesondere die Ausstoßung des Ozons eingedämmt werden könnte, würden Plasma-Lautsprecher in Zukunft vielleicht vermehrt in Wohnzimmern anzutreffen sein. [1, 4, 3]

Plasma kommt häufiger vor, als es der Laie vermuten würde. Bekannte Beispiele sind Nordlichter oder auch Blitze, die bei einem Gewitter oder, im ganz kleinen Format, bei einem elektrischen Kurzschluss entstehen. Auch alle Sterne sind Plasmen. 99 % von allem, was im Universum als leuchtend wahrgenommen werden kann, befindet sich im Plasmazustand.

Auch im Alltag ist Plasma allgegenwärtig. So befindet sich das Gas in jeder Leuchtstoffröhre im Plasmazustand. Plasmabildschirme haben für jeden Pixel einzelne Gaskammern, welche gezündet werden können. Etwas, was nie in technischen Ausstellungen fehlt, sind Plasmaleuchten – die runden Glaskugeln, in welchen blaue Blitze tanzen. [6, 7]

2.1 Der Plasmazustand

Es gibt drei klassische Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Die Stoffe ändern diese in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck und der Temperatur. Es gibt in der Physik aber auch noch weitere, nicht klassische Zustände, zu welchen auch der Plasmazustand gehört.

Wenn Gase genügend stark erhitzt werden, werden Elektronen aus der Atomhülle geschlagen, es entstehen freie Elektronen. Ein Plasma ist also ein vollständig oder teilweise ionisiertes Gas. Durch die Ionisation wird ein Plasma zu einem stromleitenden Stoff und emittiert Licht. Auch eine Flamme ist in geringen Maßen im Plasmazustand und kann deshalb ein wenig Strom leiten.

Der Plasmazustand wird auch oft als vierter Aggregatzustand bezeichnet [6, 7].

2.2 Plasmaerzeugung

Prinzipiell ist nicht viel nötig, um ein Plasma zu erzeugen. Ein Gas muss genügend stark erhitzt werden, damit sich die Elektronen vom Atomrumpf trennen.

Im Weltall sind Plasmen langlebig, da kein Umgebungsdruck die Atome „zusammendrückt“. Auf der Erde herrscht ein größerer Umgebungsdruck, was die Atomkerne und Elektronen schneller wieder rekombinieren lässt. Ist jedoch die Ionisationsrate höher oder gleich der Rekombinationsrate, bleibt das Plasma bestehen. Im Hinblick auf den Plasma-Lautsprecher muss also die Luft genügend stark erhitzt werden, um das Plasma erhalten zu können.

Einer der gangbarsten Wege dafür ist es, einen Strom durch das Gas fließen zu lassen. Das einzige Problem dabei ist aber, dass Umgebungsluft ein guter Isolator ist. Um den hohen Ohm’schen Widerstand überwinden zu können, muss eine sehr hohe Spannung verwendet werden. Zur Überwindung von einer Strecke von 1 cm ist eine Spannung von mindestens 10 kV notwendig.

Damit die benötigte Leistung bereitgestellt werden kann, muss bei der hohen Spannung auch ein großer Strom fließen. Daher sind ein Spannungstransformer und ein Netzgerät mit großer Leistung erforderlich. Die zugeführte Energie gibt das Plasma in Form von Hitze und Licht wieder ab (siehe Abb. 1). [5, 6, 7]

Die Arbeit wurde in die Bereiche Elektronik und Mechanik unterteilt. Die Elektronik umfasst dabei die gesamte Schaltung, die nötig ist, um den Plasma Speaker (Eigenname unseres Plasma-Lautsprechers) zum Laufen zu bringen. Die Mechanik beschreibt vorwiegend den Aufbau des Gehäuses.

3.1 Elektronisches Konzept

Wie in Abb. 2 zu sehen ist, besteht das System aus zwei getrennten Elementen. Das erste ist die Audioquelle. Sie bestimmt, was abgespielt werden soll und überträgt die Musik per Bluetooth an das zweite Element – den eigentlichen Lautsprecher. Der darin verbaute Audioempfänger wandelt das empfangene Bluetooth-Signal in ein analoges Signal um. Dieses wird von der Signalaufbereitungs- Schaltung in ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) mit einer Grundfrequenz von ca. 40 kHz umgewandelt. Nachfolgend wird damit der Transformator angesteuert, welcher eine Spannung von ca. 15 kV generiert. Das Hochspanungssignal wiederum wird auf zwei Elektroden geführt, die sich mit einem Abstand von ca. 1 cm gegenüberstehen. Die hohe Spannung schlägt durch und bildet so in der Luft ein Plasma. Durch die entstehende Wärme dehnt sich die Luft aus. Wird das Plasma nun wiederholt mit sehr kurzen Abständen ein- und ausgeschaltet, wird die Luft in Schwingung versetzt. Diese erzeugt Schallwellen, welche der Mensch wahrnimmt. Mitdiesem Prinzip wird die Musik, die anfänglich nur aus digitalen Informationen besteht, hörbar. Die detaillierte Erklärung der elektronischen Schaltung befindet sich im Kapitel „Bauanleitung“.

3.2 Mechanischer Aufbau

Der ganze Lautsprecher wird von einem Gehäuse umschlossen – dies primär aus Sicherheitsgründen. Es treten Spannungen von ca. 15.000 Volt auf. Das Gehäuse umgibt die Elektronik und das Plasma. So wird ein rundum sicherer Berührschutz gewährleistet.

Ein Gehäuse bringt aber auch den Nachteil mit sich, dass sich darin Hitze anstauen kann. Um dem entgegenzuwirken, wurde ein Kühlsystem geschaffen, welches hinten am Gehäuse kalte Luft von unten einsaugt, diese durch den ganzen Aufbau leitet und schließlich weiter oben wieder ausstößt (siehe Abb. 3).

Der Platz im Gehäuse wird primär durch das Netzteil vorgegeben. Dieses und eine Trennwand teilen das Gehäuse in zwei Kammern.

Die Komponenten werden von einem geerdeten Aluminium-Rahmen umgeben, welcher eine zusätzliche Schutzmaßnahme ist. Wie in Abb. 4 dargestellt, sind vorne im unteren Bereich Bedienelemente und Bluetooth-Empfänger positioniert. Über zwei Taster lässt sich das Plasma starten und die Beleuchtung steuern. Der Bluetooth-Empfänger empfängt das vom Smartphone gesendete Audiosignal. Über den Bedienelementen ist die Plasma-Kammer mit den Elektroden platziert. Zwischen den Elektroden wird das Plasma gezündet. Ursprünglich war angedacht, dass die Elektroden durch Servos (kleine Motoren) zum Zünden zusammen- und während des Betriebs wieder auseinandergefahren werden können. Diese Funktion hat sich aber als unnötig herausgestellt. Das Plasma konnte auch ohne das Zusammenfahren der Elektroden gezündet werden. Deshalb werden die Servos in der aktuellen Software-Version auch nicht mehr angesteuert und in diesem Bericht nicht weiter erwähnt.

Hinter der Trennwand Abb. 4 sind der Hochspannungstransformator, der Print mit der gesamten Elektronik und ein Lüfter eingebaut. Es hat sich herausgestellt, dass der Platz für die Elektronik recht optimistisch geplant war, und dass bei einem Neu- bzw. Nachbau besser ein etwas größeres Gehäuse ausgewählt werden sollte.

Um den Aluminium-Rahmen ist das eigentliche Gehäuse aus Acrylglas verbaut. Dieses Gehäuse verleiht dem Lautsprecher sein Aussehen. Auf der Innenseite des Acrylglases sind RGBLED- Strips angeklebt, die in verschiedenen Farben leuchten können. Wie in Abb. 5 zu sehen ist, wurde das Plexiglas von außen bis auf einige dünne Schlitze mit schwarzer Farbe lackiert. Dadurch kann das Licht, welches vom Alu-Rahmen reflektiert wird, nur durch diese Schlitze schimmern, was dem Würfel sein technisches Aussehen verleiht.

In diesem Kapitel befindet sich alles, was benötigt wird, um einen eigenen Plasma Speaker zu bauen. Abb. 6 zeigt das Blockschaltbild. Im Folgenden werden die Funktionen der einzelnen Schema- Blöcke erklärt.

4.1 Eingangsfilter und Verstärkung

In diesem Block wird das Audiosignal zum ersten Mal verändert. Tiefe Frequenzen werden herausgefiltert, damit der Hochspannungstransformator nicht überlastet wird. Anschließend wird das Signal verstärkt.

In der Teilschaltung A (siehe Abb. 7) wird das Audiosignal auf den Print geführt. Das CR-Glied (C1 & R1) wirkt als Hochpassfilter. Mit den verbauten Widerstands- bzw. Kondensatorwerten werden Frequenzen unter 2 kHz herausgefiltert.

Siehe Formel (1)

Das Audiosignal wird in der Teilschaltung B (siehe Abb. 7) verstärkt. Durch das Potentiometer R10 kann der Verstärkungsfaktor V angepasst werden.

Potentiometer auf 100 kΩ

Siehe Formel (2)  

Potentiometer auf 0 kΩ

Siehe Formel (3)

Die Verstärkung (siehe Abb. 8) ist zwischen 1,42 und 4,92 frei wählbar. Durch die Justiermöglichkeit kann die optimale Verstärkung des Audiosignals eingestellt werden, wenn der Lautsprecher in Betrieb genommen wird. Dies ist vor allem für die Verwendung verschiedener Transformatoren von Vorteil. So kann das nachfolgend generierte PWM-Signal und somit die Lautstärke gezielt beeinflusst werden.

4.2 Offset-Anpassung

Dieses Modul schiebt die gesamte Audiokurve in den positiven Spannungsbereich (siehe Abb. 9).

Abb. 10 zeigt den Schaltplan der Offset- Anpassung. In Teilschaltung A lässt der Kondensator C4 nur den Wechselspannungsanteil des Signals passieren. In Teilschaltung B bilden die Widerstände R6, R7 und das Potentiometer R11 gemeinsam einen Spannungsteiler. Mit dem Potentiometer kann die Gleichspannung im Bereich von 8,3 % und 91,6 % der angelegten Spannung von 5 V eingestellt werden. Das heißt, dass die Gleichspannung und damit der Offset mindestens 0,42 V und maximal 4,58 V beträgt. R6 und R7 schützen den Operationsverstärker des Blocks „Eingangsfilter und Verstärkung“, sodass dessen Ausgang, bei falscher Einstellung des Potentiometers R11, nicht über den Kondensator C4 gegen +5 V oder GND kurzgeschlossen wird.

Es muss beachtet werden, dass der Spannungsteiler und der Kondensator C4 gemeinsam einen Frequenzfilter bilden. Wenn bei einem Nachbau die Widerstände verändert werden, muss zwingend auch der Kondensator angepasst werden. Sonst könnte die Grenzfrequenz des Tiefpasses zu hoch sein.

Potentiometer auf 100 kΩ

Siehe Formel (4)

Potentiometer auf 0 kΩ

Siehe Formel (5)

4.3 Dreieck-Generator

Dieser Schaltungsteil generiert unabhängig vom Audiosignal eine Dreieckspannung (siehe Abb. 11).

Der rechte Operationsverstärker in Abb. 12 (kurz: OP) wirkt als Integrator. Das Eingangssignal dieses Operationsverstärkers ist eine Rechteckspannung. Mithilfe des Kondensators C19 wird aus der Rechteckspannung eine Dreiecksspannung generiert. Der linke Operationsverstärker wiederum generiert aus dem Dreiecksignal das Rechtecksignal, das dann vom rechten OP als Grundlage für das Dreiecksignal verwendet wird.

Durch diese Beschaltung wird eine Endlosschleife gebildet, die das Dreiecksignal generiert. Die Frequenz des Dreiecks bestimmt zugleich die Grundfrequenz des später generierten PWMs. Für den von uns verwendeten Zeilentransformator liegt die Nominalfrequenz bei ca. 20 kHz. Da das System dabei aber nicht effizient arbeitete und ein Pfeifen wahrnehmbar war, haben wir uns für eine Verdoppelung der Frequenz auf 40 kHz entschieden. Diese Auslegung sollte jedoch für jeden Zeilentransformator separat angepasst werden.

4.4 Komparator und PWM-Generator

Das erzeugte Dreiecksignal wird in diesem Block mit dem bearbeiteten Audiosignal zusammengeführt und daraus ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) generiert (siehe Abb. 13).

Der Operationsverstärker (IC3P) (siehe Abb. 14) arbeitet als Komparator. Er vergleicht die zwei Eingangsspannungen. Ist die Spannung des Audiosignals höher als die Spannung des Dreiecksignals, wird der Ausgang auf High (+5 V) geschaltet. Wenn das Dreiecksignal höher ist als die Audiosignal-Spannung, wird der Ausgang auf Low (0 V) geschaltet.

Das eben erzeugte Signal wird als pulsweitenmoduliertes Signal bezeichnet. Das Signal besteht nur noch aus zwei verschiedenen Zuständen, welche mit der Frequenz des Dreiecks alternieren. Das Verhältnis zwischen Low und High repräsentiert die Amplitude des Audiosignals.

Die Umwandlung in ein PWM ist nötig, damit der Ausgangstreiber, der den Zeilentransformator ansteuert, verlustarmer schalten kann.

4.5 FET-Treiber

Da der Feld-Effekt-Transistor durch seine Schalteigenschaften kurzzeitig viel Strom aufnimmt, muss ein FET-Treiber eingebaut werden (Abb. 15), der ihn ansteuert. Dieser verändert das eigentliche Signal zwar nicht, kann aber deutlich mehr Strom treiben als der Komparator. Um den FET-Treiber zu schützen, wird der Stromfluss durch die zwei 5-Ω-Widerstände R24 und R25 begrenzt.

4.6 FET und Transformator

Der FET schaltet den Transformator gegen Masse (GND), wenn eine Spannung von über 2 V am Gate des FET liegt. Ist das der Fall, fließt Strom durch die Primär-Spule. Dies wiederum induziert eine Spannung an der Sekundärseite des Transformators. Diese Spannung beträgt ungefähr 15.000 V und hat die Form des PWMs. Nachfolgend wird sie auf zwei Elektroden geführt, die sich mit einem Abstand von 1 cm gegenüberstehen. Die hohe Spannung führt zu einem Durchschlag durch die Luft. Dieser entstehende Funken erwärmt die Luft. Da der PWM die durchschnittliche Einschaltdauer regelt, kann er bestimmen, wie stark sich die Luft ausdehnt und damit Schall erzeugen.

Die Diode D5 (siehe Abb. 16) ist als Freilaufdiode verschaltet und schützt den FET vor Überspannungen beim Ausschalten des Transformators.

4.7 Mikrocontroller

Der Mikrocontroller steuert die LEDs an, gibt die Musikwiedergabe frei und liest Taster zur Steuerung des Lautsprechers ein. Der verwendete Controller ist ein PIC18F2520 der Marke Microchip und kann über die Programmierschnittstelle SV6 programmiert werden.

Die beiden Taster für die Farbwahl der RGB-LEDs sowie für das Starten des Plasmas werden auf die Eingänge des Mikrocontrollers geführt (siehe Abb. 17).

Über die Ausgänge steuert der Mikrocontroller zum einen drei FETs für die RBG-LEDs (rot/grün/blau) an. Zum andern aktiviert oder deaktiviert er das Plasma (siehe Abb. 17).

Die Eingänge RA0 und RA1 sowie die Ausgänge RA3 und RA4 wurden für die Servos gebraucht, welche jedoch bei der aktuellen Version keine Verwendung mehr gefunden haben.

Der Mikrocontroller PIC18F2520 stellt nur 2 PWM-Module zur Verfügung. Für die komfortable Ansteuerung aller Farbkanäle der LEDs wären aber mindestens 3 notwendig.

4.8 Beleuchtung

Das Gehäuse wird über RGB-LEDStrips beleuchtet. Die LEDs bestehen intern aus einer roten, einer grünen und einer blauen Leuchtdiode. Jede Farbe wird separat angesteuert.

Der Schaltplan (siehe Abb. 18) zeigt exemplarisch die Beschaltung der roten LED. Die Anoden der LEDs sind an +12 V angeschlossen. Die Kathoden werden über einen Widerstand am FET (hier Q1) angeschlossen. Bei einem High-Puls vom Mikrocontroller (+5 V) leitet der FET. Die LED ist dann mit GND verbunden und leuchtet. Bei einem Low-Puls (0 V) sperrt der FET. Die LED ist somit von GND getrennt und es fließt kein Strom mehr, weshalb sie erlischt. Damit der Strom durch die LED nicht zu groß wird, sind Begrenzungswiderstände im RBG-Strip eingebaut.

4.9 Farbsteuerung durch PWM

Das Signal, welches auf die LEDs gegeben wird, ist ein PWM-Signal. Die Gesamtdauer T der Periode ist konstant. Das Verhältnis vom eingeschalteten Zustand (ti) und vom ausgeschalteten Zustand (ta) variiert jedoch (siehe Abb. 19).

Wie ebenfalls in Abb. 19 zu erkennen ist, werden die LEDs durch das PWM-Signal immer wieder an- und ausgeschaltet. Sie blinken also. Das menschliche Auge nimmt jedoch nur beschränkt viele Bilder pro Sekunde wahr und ist deswegen nur imstande, ein langsames Blinken als ein solches zu erkennen. Blinken die LEDs nun mit einer genügend hohen Frequenz, so bildet das Gehirn einen Mittelwert der Helligkeit.

Wenn also beispielsweise eine LED nur während der Hälfte der Periodendauer (T) eingeschaltet ist, dann nimmt der Mensch die Lichtintensität als halb so stark wahr. Je größer die Pulsdauer (ti) ist, desto heller wirkt die LED.

Siehe Formel (6)

Um verschiedene Farben zu erzeugen, werden drei LEDs mit den Farben rot, grün und blau benötigt. Können nun gealle mittels eines PWMs gedimmt werden, so kann anhand der jeweiligen Farbintensität gezielt eine Farbe gemischt werden.

Der Programmcode des Plasma Speakers erlaubt es, jede LED (rot, grün, blau) mit einer Helligkeitsstufe von 0 bis 99 anzusteuern. Insgesamt können dadurch eine Million verschiedene Farben erzeugt werden.

5.1 Elektrodenabstand

Der Abstand zwischen den beiden Elektroden entscheidet über die erreichbare Tonqualität. Ist der Abstand zu groß, reißt der Funke – das Plasma – immer wieder ab, muss neu gezündet werden und verursacht ein lautes Surren. Mit kleiner werdendem Abstand nimmt die Lautstärke ab. Es muss also eine Position gefunden werden, in der die Elektroden möglichst weit voneinander entfernt sind, das Plasma aber nicht abreißt.

Während des Aufbaus des Plasma Speakers wurde der ideale Elektrodenabstand experimentell ermittelt. Dieser hängt von der Ausgangsspannung des verwendeten Hochspannungstransformators ab und muss für jeden Typ neu ermittelt werden.

Da der Abstand zum Zünden des Plasmas genügend klein gewählt werden muss, war ursprünglich eine dynamische Verstellung der Elektroden geGehäuplant. Weil aber der ideale Elektrodenabstand beim Plasma Speaker bereits zum Zünden ausreicht, wurde auf diese Funktion verzichtet.

5.2 Frequenzgang

Um herauszufinden, wie sich der Plasma Speaker über den gesamten Frequenzbereich verhält, wurden Messungen mit einem Spectrum-Analyzer durchgeführt. Die Messresultate sind in Abb. 20 dargestellt.

Der Messaufbau bestand aus einem Computer, der den Plasma-Lautsprecher ansteuerte, einem speziell für Frequenzgangmessungen geeigneten Mikrofon und dem Plasma Speaker. Es wurde ein Frequenz-Sweep (ein Sinus mit konstanter Amplitude, dessen Frequenz einen bestimmten Bereich durchläuft) abgespielt und dieser gleichzeitig mit dem Mikrofon gemessen.

Das Mikrofon wurde einen Meter vom Plasma Speaker entfernt aufgestellt. Die für die Messung verwendete Software heisst AUDIONET CARMA. Die Software wird vor allem im professionellen Bereich zur Frequenzgangmessung von Räumen und HiFi-Anlagen eingesetzt.

Aus der Messung des Plasma Speakers können folgende Eigenschaften gelesen werden: Bei Frequenzen kleiner als etwa 1,5 kHz gibt das Plasma fast keinen Schall ab. Dies liegt zum einen an der Tatsache, dass ein Plasma-Lautsprecher nicht für tiefe Frequenzen geeignet ist, auf der anderen Seite filtert der Eingangsfilter Frequenzen kleiner 2 kHz heraus. Den größten Anteil der gemessenen Lautstärke im niedrigen Frequenzbereich machen die Lüftung des Plasma Speakers sowie das Grundrauschen der gesamten Messung aus.

Oberhalb 1,5 kHz steigt die Lautstärke langsam mit steigender Frequenz an. Der Plasma Speaker gibt die Töne des Audiosignals bis etwa 20 kHz wieder. Die Kennlinie ist nicht ganz konstant. Im Bereich um 3 kHz und zwischen 10 kHz und 20 kHz ist der Pegel etwas tiefer. Insgesamt betragen die Schwankungen ungefähr ±5 dB.

Mit dem aktuellen Stand des Plasma Speakers ist es möglich, Musik wiederzugeben. Die Tonqualität entspricht etwa der eines Handylautsprechers. Der Aufbau gewährleistet einen guten Berührschutz vor der Hochspannung. Das Acrylglas-Gehäuse trägt zwar nicht zur Funktionsweise bei, ist aber aufgrund der eingebauten RGB-LEDs und der erzeugten Lichteffekte ein Hingucker.

Wegen des verwendeten Hochspannungstransformators musste die Wiedergabezeit softwaretechnisch auf zehn Sekunden begrenzt werden. Die automatische Abschaltung des Plasmas ist nötig, um den Hochspannungstransformator vor Überhitzung zu schützen. Denn dieser ist nicht für den jetzigen Einsatz ausgelegt. Da der Fokus bei der Entwicklung des Plasma-Lautsprechers in einem ersten Schritt vor allem in der Entwicklung der Steuerplatine lag, wurde ein vorgefertigter Transformator eingesetzt. Dieser stammt aus einem Röhrenfernseher und ist deswegen nicht für die Ströme im Lautsprecher ausgelegt. Falls wir eine zweite Version des Lautsprechers bauen, würden wir selbst einen für diese Anwendung optimierten Transformer entwickeln.

Weiter kann die verbaute Elektronik in der Steuerplatine miniaturisiert werden. Einzelne Baugruppen könnten durch besser integrierte Bausteine ersetzt werden.

Bei dem aktuellen Prototypen wurde vor allem Wert auf die Berührungssicherheit gelegt. Die erhöhte Sicherheit geht aber mit einer Einschränkung der eigentlichen Vorteile einer idealen Schallquelle einher. Der Lautsprecher ist nicht mehr in der Lage, den Schall in alle Richtungen abzustrahlen. In einer zweiten Version könnte ein Gehäuse entwickelt werden, das den Ansprüchen eines idealen Lautsprechers besser gerecht wird.

Eventuell könnte auch ein Katalysator – zum Beispiel ein Aktivkohlefilter – eingebaut werden, welcher den Nutzer vor dem entstehenden Ozon schützt.

  1. „Lansche Audio,“ [Online]. URL: https://www. lansche-audio.com/produkte/plasmahochtöner/ (Letzter Zugriff: 21.02.2016)
  2. „Wikipedia Lautsprecher,“ [Online]. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Lautsprecher# Membran (Letzter Zugriff: 21.02.2016)
  3. „Plasma tweeter,“ [Online]. URL: http://www. plasmatweeter.de/magnat.htm (Letzter Zugriff: 21.02.2016)
  4. „Acapella,“ [Online]. URL: http://www.acapella. de/de/ (Letzter Zugriff: 21.02.2016)
  5. „Madgyver,“ [Online]. URL: http://madgyver. de/de/plasma-generator/ (Letzter Zugriff: 26.02.2016)
  6. „Wikipedia Aggregatszustand,“ [Online]. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Aggregatzustand (Letzter Zugriff: 15.06.2016)
  7. „Uni München,“ [Online]. URL: http://www.usm.uni-muenchen.de/people/lesch/deumas.html (Letzter Zugriff: 15.06.2016)
  8. „Apotheken-Umschau Ozon,“ [Online]. URL: http://www.apotheken-umschau.de/Umwelt/Wie-Ozon-der-Gesundheit-schadet-228999.html (Letzter Zugriff: 26.02.2016)