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プラズマスピーカーまたはイオノフォンは、固体振動板の代わりに電気プラズマによって空気圧を変化させるスピーカーの一種です。プラズマアークが周囲の空気を加熱し、膨張させます。プラズマを駆動する電気信号を変化させ、オーディオアンプの出力に接続することで、プラズマのサイズが変化し、それによって周囲の空気の膨張が変化し、音波が発生します。[ 1 ]
プラズマは通常グロー放電の形をとり、質量のない放射性要素として作用します。この技術は、 1900年にウィリアム・ダデルが実証した「歌うアーク」[ 2 ]によって示された物理原理のずっと後の発展であり、ヘルマン・テオドール・シモンは1898年に同じ現象を発表しました。[ 3 ]
イオノフォンという用語は、1940年代後半から1950年代にかけて、デュケイン社がイオノバック、フェーン・アコースティクス社がイオノファンとして商業生産のライセンスを取得したプラズマツイーターを開発したジークフリート・クライン博士によって使用されました。[ 4 ]
この効果はいくつかの物理原理を利用しています。[ 5 ]第一に、ガスの電離によって、交流電場と磁場に反応する高伝導性プラズマが生成されます。第二に、この低密度プラズマは質量が無視できるほど小さいです。そのため、空気は実質的に質量のないプラズマと機械的に結合したままになり、電場または磁場がオーディオ信号で変調されると、音源のほぼ理想的な再現を放射することができます。
従来のスピーカーのトランスデューサー設計では、入力された電気的なオーディオ周波数信号を使用して、大きな質量を振動させます。ダイナミックスピーカーでは、このドライバーは、オーディオ周波数で空気を押し出す振動板である、硬いスピーカーコーンに結合されています。しかし、その質量に固有の慣性により、加速やコーンの位置の変化が妨げられます。さらに、スピーカーコーンは、音響振動の繰り返しの揺れによって、最終的には引張疲労を起こします。[ 6 ]
このように、従来のスピーカーの出力、すなわちデバイスの忠実度は、その設計に内在する物理的な制約によって歪められます。これらの歪みは、強力な高周波を商業的に再生する際の長年の制約要因となってきました。程度は低いものの、矩形波の特性も問題となります。矩形波の再生は、スピーカーのコーンに最も大きな負荷をかけるからです。
プラズマスピーカーは、質量のないスピーカーの一種であるため、これらの制限は存在しません。低慣性ドライバーは、他の設計と比較して優れた過渡応答を示します。[ 7 ]その結果、人間の可聴範囲を超える高周波数でも正確な均一な出力が得られます。[ 8 ]このようなスピーカーは、正確さと明瞭さで知られていますが、プラズマは微小な分子で構成されており、質量が非常に小さいため、プラズマの数が多くない限り、大量の空気を動かすことができないため、低周波数ではそうではありません。したがって、これらの設計はツイーターとしてより効果的です。[ 9 ]
プラズマスピーカーは、窒素と酸素を含む周囲の空気をイオン化します。強い電場下では、これらのガスは反応性の副生成物を生成する可能性があり、密閉された部屋では危険なレベルに達することがあります。生成される主なガスは、オゾンと二酸化窒素です。
プラズマトロニクス社は、イオン化ガスを供給するためにヘリウムタンクを使用する市販のプラズマスピーカーを製造した。1978年、ニューメキシコ州アルバカーキの空軍兵器研究所のアラン・E・ヒルは、市販のヘリウムプラズマツイーターであるプラズマトロニクス・ヒル・タイプIを設計した。 [ 10 ]これにより、以前の世代のプラズマツイーターで空気の高周波分解によって生成されるオゾンと窒素酸化物が回避された。しかし、このようなスピーカーの動作には、ヘリウムの継続的な供給が必要である。
1950年代、先駆的なデュケイン社は、空気イオン化装置「イオノバック」を開発し、英国では「イオノフォン」として販売した。現在でも、ドイツにはこの設計を採用しているメーカーがいくつかあり、インターネット上には多くの自作設計図も公開されている。
プラズマスピーカーをより広く普及させるため、シアトルに拠点を置くExcelPhysics社とニューヨークに拠点を置くImages Scientific Instruments社は、それぞれ独自のプラズマスピーカーのDIYキットを提供した。ExcelPhysics社のキットは、電圧を昇圧するためにフライバックトランス、変調と44kHzの搬送波信号を提供するために555タイミングチップ、そしてオーディオアンプを使用していた。このキットは現在販売されていない。[ 11 ]
炎スピーカーは、変調された炎をドライバーとして使用しており、プラズマスピーカーと関連があると考えられます。これは、天然ガスやろうそくの燃焼によってプラズマを生成し、そこに電流を流すことで研究されました。[ 12 ]これらの燃焼設計では、プラズマ場を生成するために高電圧は必要ありませんが、これらを使用した市販製品はありません。
同様の現象は、高出力振幅変調無線送信機の近傍で、送信アンテナから（意図せず）コロナ放電が発生した場合にも時折観測される。この場合、数万ボルトもの電圧が関与する。電離した空気は、変調信号に直接比例して、広範囲にわたって驚くほど高い忠実度で加熱される。この（自己持続的な）放電は破壊的な影響を及ぼすため、継続させることはできず、自動システムが数秒以内に送信を一時的に停止して「炎」を消火する。
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