Re: DIY casque électrostatique

[Philippe_H]

Voici le schéma du "Circuit A" de Stax (début des années 1960):

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Les valeurs sont celles du circuit d'origine. Les résistances de 50k et 500k peuvent être remplacées par des 47k et 470k. Idem pour les condensateurs 50 nF => 47 nF et 220k log pour le potentiomètre d'entrée.

Le circuit de polarisation du diaphragme ne figure pas sur ce schéma.
Il faut + 200 V continus pour le "Normal Bias" (casques Stax à 6 broches) ou + 580 V continus pour le "Pro-bias" (casques à 5 broches Stax).
Le 200 volts continus peut s'obtenir à partir du + 520 volts de la HT. Il faut juste un pont diviseur.
La liaison au casque se fait avec une résistance de 4,7 à 10 M.
Plusieurs schémas sont possibles pour le circuit de polarisation. Le courant est extrêmement faible.

Philippe H.

[jlo]

n'est-ce pas Jean-Louis Haul (je ne suis pas sûr de l'orthographe). Je l'ai connu dans les années 70, c'était un passionné de l'électrostatique.

Bonjour Philippe, c'était peut-être moi à cette époque (Ohl et non pas Haul): on avait effectivement eu des contacts alors qu'au CNRS, je préparais un mémoire sur des hp électrostatiques à directivité imposée. Et il m'arrivait de fabriquer aussi des casques électrostatiques, mais je suis surtout resté sur les éléments théoriques sans les détails et la précision des réalisations de Philippe.
C'est amusant de tomber sur cette conversation mais quand il s'agit d'électrostatiques, je reste toujours curieux

[Philippe_H]

Bonjour Jean-Louis, bonjour à tous,

Les années ont passé mais l'électrostatique n'est pas mort et il y aura toujours des passionnés !

Je regrette de ne pas y avoir consacré davantage de temps.

Amicalement,

Philippe Hiraga.

[cfe69]

Bonjour Philippe,

JLH69 ? Je n'ai pas le souvenir du schéma.

Non JLH 69 c'est pour John Linsley-Hood 1969 il existe aussi une version 2005.

C'est un [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] pour enceintes à haut rendement qui fonctionne bien si l'alim et des dissipateurs sont bien calibrés...

Pas pour de l'électrostatique ni dédié à du STAX c'est pour cela que j'utilise un "energizer srd-7 mkII".
J'avais abandonné l'électrostatique en me séparant des EL63 car elles étaient jugées dangereuses pour des petites mains et j'y reviens car j'ai retrouvé la finesse de l'écoute à faible volume et des médiums naturels.

Dans le schéma Classe A de Stax que vous mettez en référence, je ne vois pas la lampe 6SN7 dont vous parlez dans votre post.
 
Je connais plus les amplificateurs OTL pour casque dynamique >300 Ω que ceux pour casque électroacoustique...

[Philippe_H]

Bonjour cfe69, bonjour à tous,

Dans le schéma Classe A de Stax que vous mettez en référence, je ne vois pas la lampe 6SN7 dont vous parlez dans votre post.

Il doit y avoir une confusion quelque part... Les deux circuits Stax dont j'ai donnés les schémas utilisent des 12AU7 comme tubes de sortie pour le "Circuit A" et des 6CG7/6FQ7 pour le "Circuit B". Il n'y a pas de 6SN7. Ils fonctionnent en classe A, la classe B étant inutilisable.

C'est dans une nouvelle version de mon ampli que j'utilise des 6SN7 mais le schéma n'est pas de chez Stax, c'est un schéma "maison" identique à mon ampli à EL34.

A propos de JLH69 :

Oui, John Linsley Hood c'était dans Wireless World, repris ensuite par Rémy Lafaurie dans la Revue du Son. C'était le début de la vogue de la Classe A.

Bien cordialement,

Philippe.

[cfe69]

Il doit y avoir une confusion quelque part... Les deux circuits Stax dont j'ai donnés les schémas utilisent des 12AU7 comme tubes de sortie pour le "Circuit A" et des 6CG7/6FQ7 pour le "Circuit B". Il n'y a pas de 6SN7. Ils fonctionnent en classe A, la classe B étant inutilisable.

C'est dans une nouvelle version de mon ampli que j'utilise des 6SN7 mais le schéma n'est pas de chez Stax, c'est un schéma "maison" identique à mon ampli à EL34.

Mon commentaire portait justement sur votre ampli EL34 ave 6SN7 en sortie. Je voudrai savoir si-il existe des schema travaillant avec tes tensions < 250V sauf pour le circuit HT de polarisation ?
Cordialement
Christophe

[Philippe_H]

Mon commentaire portait justement sur votre ampli EL34 ave 6SN7 en sortie. Je voudrai savoir si-il existe des schema travaillant avec tes tensions < 250V sauf pour le circuit HT de polarisation ?
Cordialement
Christophe

Bonjour Christophe, bonjour à tous,

A mon avis, ça n'existe pas pour la simple raison que le niveau au d'écoute maximal serait beaucoup trop faible.

Je m'explique :

Avec un casque comme votre Stax SR-X, il faut des tensions de modulation de plusieurs centaines de volts efficaces pour avoir un niveau d'écoute confortable. Il suffit de mesurer la tension de modulation au niveau de la prise. Avec un niveau d'écoute moyen, on mesure une tension efficace de 100, 200 volts voire beaucoup plus quand il y a du grave.

250 volts d'alimentation permettraient d'obtenir un signal maximal de sortie aux alentours de 150 volts crête à crête. Ce qui fait une cinquantaine de volts efficaces seulement donc très insuffisant.

Le circuit que j'ai utilisé pour mon article de l'Audiophile a des tensions d'alimentation de +250 et -350 volts soit 700 volts. Ça permet d'obtenir 135 volts efficaces par sortie (382 volts crête à crête) donc on a le double entre les électrodes de la cellule électrostatique puisque les 2 signaux sont opposés en phase. C'est le minimum pour une écoute confortable (à mon avis).

L'électrostatique a toujours été un peu compliqué...

Bien cordialement,

Philippe.

[cfe69]

Merci Philippe, et bonne Pâque à tous

Il faut donc si je ne veux pas de tension trop élevée dans l'amplificateur utiliser un transformateur de sortie (branché à l'envers) et une tension de polarisation HT de 580V pour les stax modernes. Il faut donc l'équivalent de l'energizer srd-7 à l'intérieur de l'ampli si on ne désire pas s'aventure dans le HT. La petite différence sera donc simplement le choix du bon transformateur x2 au lieu de x12...

Il est en effet plus audiophile de vouloir un montage directement sur la sortie des lampes comme un TOTL pour les casques dynamiques. Merci pour vos explications !

Les montages HT me font un peu peur ! Problèmes d'arc, appareil et modalité de mesure demandant un soin particulier, pcb avec des distance inter piste critique...

Comme vous le soulignez, l'électrostatique n'est pas si simple même si à l'écoute c'est si plaisant !

[Philippe_H]

Merci Philippe, et bonne Pâque à tous

Il faut donc si je ne veux pas de tension trop élevée dans l'amplificateur utiliser un transformateur de sortie (branché à l'envers) et une tension de polarisation HT de 580V pour les stax modernes. Il faut donc l'équivalent de l'energizer srd-7 à l'intérieur de l'ampli si on ne désire pas s'aventure dans le HT. La petite différence sera donc simplement le choix du bon transformateur x2 au lieu de x12...

Il est en effet plus audiophile de vouloir un montage directement sur la sortie des lampes comme un TOTL pour les casques dynamiques. Merci pour vos explications !

Les montages HT me font un peu peur ! Problèmes d'arc, appareil et modalité de mesure demandant un soin particulier, pcb avec des distance inter piste critique...

Comme vous le soulignez, l'électrostatique n'est pas si simple même si à l'écoute c'est si plaisant !

Bonjour cfe69, bonjour à tous,

Avec un transformateur de rapport 1/60 (comme le SRD-7 Stax), on a au maximum 480 volts efficaces soit 1360 volts crête à crête entre les électrodes si ce transfo est raccordé à un ampli de 8W/8 ohms.
Si l'ampli fait 20W/8 ohms, on a un maximum de 2150 volts crête à crête.
Si l'ampli fait 50W/8 ohms, on a 3400 volts crête à crête maximum… Ça fait beaucoup…
L'adaptateur à transfos de modulation, c'est la mort des cellules électrostatiques à plus ou moins brève échéance surtout si l'ampli fait plus de 15/20 W, car la tension qu'il peut fournir n'est limitée que par la tension maximale de sortie de l'ampli.

Avec un ampli OTL, la tension maximale est limitée. Il n'y aura jamais d'arc électrique, jamais. L'ampli "Circuit B" de Stax sort 270 volts efficaces soit 750 volts crête à crête maximum.

Ça n'a rien à voir avec l'audiophilie, c'est une question de fiabilité et de sécurité.

Pour ce qui est de la HT dans l'ampli, je pense qu'on n'a pas à aventurer ses doigts dans un circuit sous tension. Pourquoi faire ? Pour la mesure, il faut prendre les précautions habituelles avec les sondes. Et les tensions ne sont pas plus élevées que dans les amplis/préamplis à tubes ordinaires.

Bien cordialement,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

J'ai restauré la plupart des liens morts dans mes posts de mars et avril 2023.

Cordialement à tous.

Philippe Hiraga

[cfe69]

A propos du boîtier SRD-7 de Stax :
Le schéma du boîtier à transfos SRD-7 de Stax posté le 7 avril 2023 a également disparu. Ces boîtiers, qui datent de bientôt 50 ans, souffrent tous d'un même mal qui touche la zener Z1082. La tension de polarisation du diaphragme tombe à moins de 100 volts et le casque fonctionne très mal. Ce n'est pas le casque qui est en cause mais la zener Z1082. Voir mon post du 7 avril 2023 à ce sujet.

Voici des liens (en anglais) au sujet du SRD-7 / mk2 ou equivalent.
Optimisation srd-7
Version avec transformateur lundahl
- Schema SRD-7
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- Schema SRD-7mk2
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Pour info, et concernant les boîtiers adaptateurs à transfos pour casques électrostatiques,voici celui du casque Audiotec CES.

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Par la suite, Audiotec remplaça sa cellule électrostatique par une cellule à électrets du japonais Audio-Technica. Le boîtier n'avait plus besoin d'une alimentation secteur.

Philippe

[œdicnème]

JLH

John Linsley-Hood.
Auteur en 1969 d'un amplificateur class A
de 10 W 8 Ohm à 4 transistors...
auquel il faut un alimentation régulée.

[Philippe_H]

JLH

John Linsley-Hood.
Auteur en 1969 d'un amplificateur class A
de 10 W 8 Ohm à 4 transistors...
auquel il faut un alimentation régulée.

Voir les vidéos du JLH sur youtube !

Lien vers l'article original de Wireless World : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Intéressant mais hors sujet...

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

On trouve aujourd'hui sur le net plusieurs réalisations de casques électrostatiques. Par exemple, il y a celle d'Andrew Radford sur headwise (c'est en anglais et daté de 2000):

Vue en éclaté de la cellule Radford :

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La construction est relativement facile. Les électrodes, rondes, d'un diamètre de 95 mm, sont découpées dans de la tôle perforée en acier inox.

Sur ces électrodes, sont collés les "spacers" (que j'appelle cales d'espacement). C'est un isolant en plastique (époxy, polycarbonate,...). La largeur des "spacers" est de l'ordre du centimètre. L'épaisseur n'est pas précisée mais elle doit être de l'ordre du demi-millimètre. Les électrodes sont donc espacées d'un millimètre environ.

Le diaphragme en Mylar est tendu sur un cadre en bois puis collé à l'un des "spacers" avec de la colle époxy. On ne donne pas plus de précisions, c'est tendu au jugé.

Le diaphragme est rendu conducteur par application d'une fine couche de poudre de graphite.

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La modulation fait appel à un circuit à transformateurs et aussi à un amplificateur OTL (le circuit se trouve dans le site tubecad).

Le lien ne donne ni courbe de réponse ni oscillogrammes.

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

La quasi totalité des casques électrostatiques DIY sont réalisés comme celui d'Andrew Radford.
Je voudrais faire 3 remarques (constructives je l'espère !) à ce sujet car les solutions employées sont très loin d'être parfaites.

1 - Les électrodes :
Il emploie de la tôle perforée. c'est simple et facile à trouver. Mais en faire des électrodes parfaitement planes c'est une autre histoire… Les électrodes sont fixées sur un support isolant en plastique, si les électrodes sont un peu vrillées, le diaphragme le sera aussi. On le constatera après le montage final.
Certes, des constructeurs comme Stax utilisent de la tôle perforée mais c'est une fabrication spéciale.

2 - Les "spacers"en matière isolante :
Leur rôle est de maintenir le diaphragme à équidistance des électrodes. Dans le cas de la cellule d'Arthur Radford, ces spacers sont collés sur les électrodes. Le diaphragme est collé à l'un des deux spacers. C'est aussi simple et facile à faire.
Mais ça présente un sérieux défaut, je m'explique :
Les électrodes de cette cellule ayant un diamètre de 9,5 cm, leur surface est de 70,88 cm².
On propose un écartements de 0,4 à 0,8 mm entre électrodes, j'ai choisi 0,8 mm (donc 0,4 mm entre électrodes et diaphragme).
La constante diélectrique de l'air étant de 1, la capacité calculée formée par les électrodes de 70,88 cm² espacées de 0,8 mm est de 78 pF.
Mais il y a deux spacers d'une largeur de 1 cm collés sur les électrodes. Leur surface est de 26,70 cm². La surface libre d'une électrode, qui est aussi celle de la partie libre du diaphragme, se réduit donc à 70,88 – 26,70  = 44,18 cm² et la capacité à 49 pF.
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La constante diélectrique du plastique étant beaucoup plus élevée que 1, si je choisis 5, la capacité créée par les spacers est de 148 pF.
La capacité totale de la cellule d'Andrew Radford est donc de 49 pF + 148 pF =  197 pF.
La capacité augmente donc la force motrice électrostatique aussi mais, à cause des spacers collés aux électrodes, 75% de cette force est totalement inutilisée. Ça ne produit aucun son, ça parasite le circuit en atténuant les fréquences élevées et le niveau général et le diélectrique peut se décharger brutalement par un flashage qui va perforer le diaphragme le long des spacers.

Bref, ça n'empêchera pas cette cellule électrostatique de fonctionner mais les spacers collés sur les électrodes sont à bannir, (c'est un avis personnel).

Il faut remarquer que le premier casque Stax commercialisé en 1960 n'utilisait pas de spacers. Stax n'a jamais utilisé de spacers entre électrodes et diaphragme.

3 –  Le traitement conducteur du diaphragme :

L'usage de la poudre de graphite est généralisé chez les DIYeurs de l'électrostatique et c'est ce qu'emploie Andrew Radford.

Mais comment tient la poudre de graphite sur le Mylar ?
On me dira que le graphite de la mine de crayon tient très bien sur une feuille de papier. Oui, mais la surface du papier n'est pas lisse comme le Mylar.

Le graphite ne tient pas très longtemps sur le Mylar. Avec les mouvements du diaphragme plus le champ électrostatique qui agit comme un système de dépoussiérage, la poudre de graphite se détache et pollue l'intérieur de la cellule. Après quelques jours ou semaines, c'est la panne. Avis personnel : le graphite est à bannir.

Tôle perforée, spacers, graphite, etc… il y a d'autres solutions bien plus efficaces qui ne sont ni plus coûteuses ni plus compliquées à mettre en œuvre pour réaliser un excellent casque électrostatique DIY.
Je vais reprendre tout ça dans mes prochains posts en commençant par les électrodes perforées sans spacers.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Ma cellule électrostatique fonctionne selon le principe du "push-pull à charge constante".
Qu'il s'agisse de casques ou de haut-parleurs, c'est le principe le plus utilisé.
On parle parfois de "condensateur musical, chantant ou vibrant".
Voir les articles de Jacky Mas "Transducteurs électrostatiques ou le chant des condensateurs" dans les n°20, 21 et 22  de L'Audiophile d'avril, juin et octobre 1992 :
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Lien vers la vue en éclaté de la cellule : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
"interne" ou " externe" c'est par rapport à la position du diaphragme.
"interne" ce sont les éléments placés entre le diaphragme et l'oreille
"externe" ce sont les éléments placés entre le diaphragme et l'extérieur
C'est compliqué parce qu'il n'y a pas de "spacers" collés sur les électrodes.

Le matériau :

J'avais commencé avec de la bakélite. Ça se travaille et se perce facilement avec un forêt ordinaire, mais j'ai constaté qu'en touchant une cellule en fonctionnement avec une luciole néon, celle-ci peut s'allumer même lorsque le signal électrique est relativement faible.
De plus, lorsqu'une pièce est quasiment terminée, elle est plus fragile, et c'est là qu'elle va casser, évidemment… Il faut un matériau robuste qui soit aussi bon isolant électrique, la bakélite ordinaire est donc exclue.

La cellule est construite en stratifié époxy 8/10 et 16/10, cuivré sur une face, qui sert ordinairement à la fabrication de circuits imprimés.
Il faut trouver du stratifié époxy qui soit bien plan. Il faudra vérifier qu'il reste plan après perçage.

Les dimensions extérieures maximales des éléments sont : 105 mm x 80 mm
En 16/10, pour 2 cellules, il faut :
8 fois 105 x 80 pour les supports d'électrodes et les supports de diaphragme
4 fois 85 x 60 pour les électrodes perforées

Pour la réalisation de 2 cellules, il faudrait donc :
En 16/10 : 2 plaques de 400 x 200 mm soit 16 dm²
En 8/10 : 1 plaque de 400 x 200 mm en soit 8 dm²

Pour le traçage sur l'époxy, j'ai utilisé un compas de traçage, une pointe à tracer (bien affutés... ) et un réglet.
On commence par marquer 2 points espacés de 25 mm.
A partir de ces 2 points on trace des demi-cercles de :

30 mm de rayon pour les électrodes perforées, (4 pièces en 16/10).
28 et 40 mm de rayon pour les supports d'électrodes internes et externes, (4 pièces en 16/10). Plus un traçage à 37,5 mm pour l'emplacement des trous de vis sur l'électrode interne. A partir de ce tracé en courbe, on pourra marquer l'emplacement des 10 vis de l'assemblage.
32,5 et 40 mm pour les supports de diaphragme, (4 pièces en 16/10).
32,5 et 40 mm pour les cales d'espacement, (4 pièces en 8/10).
28 et 40 mm pour le support d'écran d'étanchéité, (2 pièces en 8/10).
Ensuite, on relie ces demi-cercles par une trace de 25 mm de long.

Y'a plus qu'à découper en suivant le tracé...
J'ai utilisé une scie sauteuse avec une lame diamantée pour la fabrication des dernières cellules. Aux débuts, c'était la scie à métaux !
Les bords extérieurs sont finis avec un disque sur table à poncer, façon lapidaire. Les dimensions sont contrôlées au pied à coulisse, bien entendu.

A suivre, la réalisation des électrodes perforées et leur connexion. C'est la pièce la plus compliquée à réaliser. En réalité, il n'y a rien de compliqué, il faut juste de la patience.

Croquis coté d'une électrode perforée :
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Photo de deux électrodes perforées, côté isolant et côté cuivre :
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Bien cordialement à tous.

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite de la fabrication du casque électrostatique.

Les électrodes perforées :

Il y en a 2 par cellule, il en faut donc 4 pour un casque stéréophonique.

C'est découpé dans du stratifié époxy 16/10 mm, cuivré sur une face.

Le perçage est effectué du côté isolant. J'ai utilisé un forêt diamant et une perceuse à colonne. La vitesse de rotation est de 1800 t/mn (environ…). Ça ne fait pas de bavures.

Une plaquette Veroboard sert de gabarit de perçage. On a donc un écartement de 2,54 mm entre les trous. Il y a 531 trous de Ø 2 mm par électrode. Pour 1 casque, ça fait… 2124 trous !

Photo du gabarit Veroboard :
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A propos de la capacité entre électrodes :

La surface brute d'une électrode est de 43,3 cm². Avec un écartement de 1,6mm, la capacité théorique est de 24 pF.
Les 531 trous occupent une surface de 18,4 cm² (43 % de la surface de l'électrode) et réduisent la surface active à 24,9 cm² ce qui donne, théoriquement, une capacité de 14 pF.
Or le capacimètre affiche 32 pF…
Erreur de mesure due aux capacités parasites ? A priori non car le capacimètre affiche bien les valeurs des condensateurs mica 5% utilisés comme étalons.
La théorie selon laquelle la surface active est la surface brute moins celle des trous n'est donc pas vérifiée. La différence est encore plus grande avec les électrodes à fils.

La connexion électrique des électrodes :

Les faces cuivrées sont connectées vers l'extérieur avec un fil de cuivre rigide. Le stratifié époxy est percé côté isolant avec un forêt HSS de Ø 1mm, un peu usé, afin de faire un maximum de bavures de cuivre. Ces bavures sont ensuite repoussées à l'intérieur du trou avec un outil pointu. On peut alors y passer un fil de cuivre rigide de Ø 0,5mm et le souder à la surface de l'électrode. Du côté opposé, on soude le fil de cuivre à un ruban de cuivre adhésif. Prévoir une longueur de 4 à 5 cm pour ce ruban de cuivre adhésif.
Le fil est ensuite coupé au ras de l'électrode et le surplus de soudure est éliminé par ponçage. Voir la photo coté électrode :
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Et la vue en coupe de la connexion :
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Il est indispensable d'effectuer plusieurs essais au préalable.

Le pourtour des électrodes est fini sur la table de ponçage/lapidaire. Les électrodes sont ensuite étamées dans un bain d'étamage à froid. Il n'y a pas de vernis isolant.

Les électrodes perforées seront ensuite collées sur leurs supports respectifs simultanément, j'expliquerai pourquoi.

A suivre : les supports d'électrodes.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Jef]

Bonjour

Merci pour ce pas à pas très précis et pour le partage de votre expérience.

Bien à vous

[Philippe_H]

Merci Jef !

Bonjour à tous,

Suite de la construction du casque électrostatique DIY avec les supports d'électrodes perforées :

Il y en a 2 par cellule, il en faut donc 4 pour un casque stéréophonique. Les 4 pièces ont les mêmes dimensions mais les trous des vis d'assemblage des supports internes ont un fraisage parce que l'écran d'étanchéité vient s'appliquer contre ce côté.
Dans une version précédente de cellule, il y avait des vis à tête ronde ou hexagonale et le support d'écran d'étanchéité faisait 3 à 4 mm d'épaisseur, ce qui augmentait d'autant la distance et le volume d'air entre le diaphragme et l'oreille, ce qui n'est pas souhaitable acoustiquement parlant. Sur les versions suivantes, j'ai donc réduit cette épaisseur à 0,75 mm.
Il est indispensable de rendre la cellule étanche du côté oreille sinon la condensation de l'humidité produite par l'oreille va perturber le fonctionnement de la cellule électrostatique.

Ces 4 éléments sont découpés dans du stratifié époxy 16/10 mm. On n'a pas besoin du cuivre donc je l'ai retiré dans un bain de perchlorure après la découpe. Le stratifié époxy non cuivré ça existe, mais celui que j'avais trouvé était plus cher !

Croquis coté des supports d'électrodes internes avec le fraisage pour les têtes de vis. Il y a une entaille de quelques dixièmes de mm de profondeur pour le passage du ruban de connexion mais ce n'est pas indispensable :
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Croquis coté des supports d'électrodes externes. Du côté opposé à l'électrode sera tendue et collée une fine toile de nylon n°75. Son rôle est de maintenir en place l'amortissement et de protéger des poussières l'intérieur de la cellule :
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Photo des supports d'électrodes externe et interne :
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A suivre : les supports de diaphragmes, les cales d'espacement et les supports d'écran d'étanchéité et ce sera tout pour les pièces en stratifié époxy.
Ensuite, le collage des électrodes puis celui du diaphragme.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec les supports de diaphragme :

Il y en a 2 par cellule donc 4 pour un casque. Les 4 pièces ont les mêmes dimensions.
C'est du stratifié époxy 16/10 mm cuivré sur une face.

Croquis coté du support de diaphragme externe, vu côté époxy :
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Le diaphragme sera collé sur cet élément du côté cuivre, donc sur la face opposée.
Le trou de Ø 2 mm en haut c'est pour la vis de connexion au circuit de polarisation du diaphragme. Il y aura une tension continue de + 750 volts sur cette vis, c'est "monstrueux"   , mais le courant est quasi nul, quelques nanoampères dus aux fuites électriques inévitables.

Croquis coté du support de diaphragme interne, vue côté époxy :
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Il est cuivré sur la face opposée. Le trou de Ø 4 mm en haut, c'est pour la tête de vis de la connexion électrique (qui est donc vissée sur l'autre support). La couche de cuivre est conservée pour une question de centrage du diaphragme. Ces 2 pièces étant montées l'une contre l'autre et le diaphragme se trouvant entre les deux, il faut que ces 2 pièces aient la même épaisseur pour que le diaphragme soit à équidistance des 2 électrodes.

Photo des supports de diaphragme externes et internes :
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A gauche, le support de diaphragme externe vu du côté époxy. Le diaphragme sera collé sur le cuivre du côté opposé. En haut de la pièce, le trou de Ø 2 mm pour la vis de connexion électrique.
A droite, le support de diaphragme interne, vu du côté cuivre. Je dis "support" mais il ne supporte rien... Il sert juste de cale d'épaisseur.  

A suivre : les cales d'espacement, puis l'écran d'étanchéité, puis le collage des électrodes, puis le montage et le traitement du diaphragme, etc...  

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec les cales d'espacement :

Il y a 2 cales d'espacement par cellule, il y en a donc 4 pour un casque.
C'est du stratifié époxy 8/10 mm dont j'ai retiré la couche de cuivre après découpe.

Ces cales d'espacement fixent l'écartement entre les électrodes sans utilisation de "spacers".
Les "spacers" sont des éléments en matière isolante (donc de constante diélectrique élevée), collés aux électrodes et au diaphragme. Ils maintiennent le diaphragme tendu et à égale distance des électrodes.
Le diélectrique des "spacers" et la partie des électrodes sur laquelle ils sont collés forment un condensateur qui shunte le signal de modulation. Le rendement est fortement affecté, on a une perte de niveau, une atténuation des aigus et une augmentation du risque de flashage.
Ici, il n'y a pas de "spacers".

Le système de cales d'espacement rend la cellule démontable et remontable en quelques minutes. Les électrodes sont facilement accessibles, tout comme les 2 faces du diaphragme, pour un éventuel dépoussiérage ou un examen, sans rien décoller.
Les cales d'espacement peuvent être de différentes épaisseurs, permettant ainsi de tester différentes tensions de polarisation sans qu'il soit nécessaire de coller un nouveau diaphragme. Ici, les cales font 0,8 mm d'épaisseur pour une tension est de +750 volts. Avec une épaisseur de 0,5 mm, la tension de polarisation pourrait être de +500 volts, par exemple.

Croquis coté de la cale d'espacement interne :
Il y a, en haut, le trou de Ø 4mm pour la tête de vis de polarisation du diaphragme, car cette tête fait 3 mm de hauteur. La connexion électrique au diaphragme est assez critique, il peut y avoir des fuites électriques à ce niveau, on verra plus tard.
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Croquis coté de la cale d'espacement externe:
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Photo des cales d'espacement internes et externes :
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A suivre : l'écran d'étanchéité.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec le support d'écran d'étanchéité.

La pièce en stratifié époxy a les mêmes dimensions que les supports d'électrodes mais son épaisseur est de 8/10. La couche de cuivre a été retirée après découpe.
Il y en a 1 par cellule. Il en faut donc 2 pour un casque.

Son rôle est d'assurer l'étanchéité de la cellule électrostatique côté oreille. Sans cette protection, l'humidité produite par l'oreille va se condenser à l'intérieur de la cellule et celle-ci va cesser de fonctionner après quelques minutes. Il protège également des poussières car le champ électrostatique à tendance à les attirer.
Le Mylar est collé sur le support sans être tendu afin qu'il n'y ait pas de fréquence de résonance.
L'écran d'étanchéité est simplement appliqué contre le support d'électrode intérieur. On peut aussi le fixer à la colle néoprène, ce qui assure une meilleure étanchéité tout en permettant un démontage facile.

Croquis coté du support d'écran d'étanchéité :
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Et photo de l'écran d'étanchéité avec sa feuille de Mylar 3,5 µm non tendu afin qu'il ne résonne pas :
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Les 9 pièces en stratifié époxy ayant été décrites, voici une vue en coupe latérale montrant leur disposition :
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La disposition des éléments forme une gorge autour de l'électrode perforée. Le but d'allonger la "ligne de fuite" électrique, c'est à dire la plus courte distance entre deux parties conductrices en suivant la surface. Ici, la construction a permis de tripler la distance entre les parties cuivrées de l'électrode et du support de diaphragme. Les fuites électriques sont ainsi réduites. Cette technique est celle des isolateurs électriques des lignes à haute tension.

A suivre…

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite de la construction de la cellule de casque électrostatique avec l'amortissement.

La nécessité de maintenir le diaphragme assez fortement tendu
a une conséquence, il résonne ici un peu au-dessus de 400 Hz.
J'ai choisi de mettre un amortissement pour faire disparaître cette résonance, même si elle est faible, mais je trouve désagréable la coloration en "son de tambour" de certains électrostatiques non amortis.
Le diaphragme ayant une très faible masse, cette résonance disparaît avec une pièce de 1/3 de gramme de laine de verre de même forme que le diaphragme mais de dimensions réduites à 65 x 40 mm. Cette pièce de laine de verre est maintenue en place à 4 mm du diaphragme par deux points de colle sur une toile de nylon. Cette toile de nylon n°75 aura été tendue puis collée au préalable à la face externe de la cellule, laissant une largeur de 5 mm sur le  bord pour les écrous de la visserie.
La cellule électrostatique ne laisse plus passer la lumière mais quelle importance ?
La toile de nylon n°75 est utilisée pour les écrans de sérigraphie.

Croquis coté de la toile de nylon sur laquelle est collé l'amortissement en laine de verre :
Cette toile de nylon est collée après le collage de l'électrode perforée sur ce même support mais du côté opposé. Il faut tendre la toile, la coller puis la découper, on verra le moment venu.

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Croquis coté de l'amortissement en laine de verre. Épaisseur entre 5 et 10 mm :

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Vue du côté extérieur de la cellule, donc du support d'électrode externe avec l'amortissement :

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Je vais revenir ensuite sur le traçage et la découpe des éléments, je crois que c'est nécessaire.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Schéma de traçage de toutes les pièces :
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Il faut un compas de traçage, une pointe à tracer et un réglet. Une équerre d'ajustage sans chapeau est aussi utile. Le traçage se fait côté époxy.

Au compas à tracer, on marque les points A et B espacés de 25 mm sur chacun des 18 éléments.
Ensuite, on trace au compas, selon les éléments, 2 demi-cercles de 40, 32,5, 30 et 28 mm de rayon à partir du point A puis du point B. On joint ensuite ces demi-cercles par 2 traçages de 25 mm de long à la pointe à tracer. Détails :

Rayons à utiliser pour le compas de traçage :

30 mm pour 4 électrodes perforées en 16/10

40 et 28 mm pour 4 supports d'électrodes perforées en 16/10
Sur 2 de ces 4 pièces, on ajoute un traçage à 37,5 mm qui servira à positionner les 11 trous de vis.

40 et 32,5 mm pour les 4 supports de diaphragme en 16/10

40 et 32,5 mm pour les 4 cales d'espacement en 8/10

40 et 28 mm pour les 2 supports d'écran d'étanchéité en 8/10

Le réglage précis du compas à tracer étant parfois un peu délicat, on a intérêt à tracer à la suite tous les demi-cercles de même rayon. On a :

28 traçages en 40 mm (bords extérieurs des supports d'électrodes, de diaphragme, des cales d'espacement, de l'écran d'étanchéité)

4 traçages en 37,5 mm (uniquement sur supports d'électrodes externes pour la position des trous pour la visserie)

16 traçages en 32,5 mm (bords intérieurs des supports de diaphragme et des cales d'espacement)

8 traçages en 30 mm (bords extérieurs des électrodes perforées)

12 traçages en 28 mm (bords intérieurs des supports d'électrodes, bords intérieurs de l'écran d'étanchéité)

Le traçage des trous :

Le support d'électrode externe servira de gabarit de perçage pour les autres éléments.
Le croquis coté suivant donne la position des 11 trous de vis :
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A partir des 2 points d'intersection C et D de la ligne médiane verticale et du demi-cercle de 37,5 mm, on marque la position des 10 trous à 14, 40 et 63 mm de part et d'autre des points C et D. La position des trous est symétrique.

Le trou de la vis de connexion électrique au diaphragme se trouve au point C. Il n'y a pas besoin de perçage au point D puisqu'il n'y a qu'une seule vis pour la connexion électrique.

A suivre, le perçage des 11 trous pour les 10 vis de montage et celui de la connexion électrique.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Le découpage des pièces :
La longueur totale de verre époxy à découper pour deux cellules est de 8,56 mètres… Et c'est surtout en courbes !

Des forets diamantés, une scie sauteuse à lame diamantée qui permet de suivre les contours avec précision, une lime demi-ronde au carbure de tungstène font très bien l'affaire.
On ajuste les dimensions extérieures des pièces à 105 x 80 mm. La table à disque abrasif permet d'obtenir des contours précis.

Le perçage :
Il est nécessaire de procéder au perçage avec le plus grand soin afin que les trous soient alignés, sinon le résultat risque d'être aléatoire, rendant compliqué voire impossible l'assemblage final.
Une bonne précision est obtenue avec l'utilisation d'un gabarit et en perçant simultanément les éléments d'une même cellule en les superposant.
Les éléments à percer sont calés entre 4 profilés aluminium en L, espacés aux dimensions de la cellule soit 105 x 80 mm, et vissés sur un socle en contreplaqué en 15 mm de 20 cm x 15 cm.
Vue de dessus du gabarit :
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Les supports d'électrodes externes sont d'abord percés d'avant-trous en Ø 1 mm et, après vérification de leur position, ils sont agrandis en Ø 2 mm. Ils serviront de gabarit de perçage pour les autres pièces.
Les 6 éléments de chaque cellule sont empilés dans le gabarit dans l'ordre où ils seront assemblés par la suite. Le support d'électrode externe sur le dessus servant de gabarit aux 5 autres éléments placés dessous.
Schéma de perçage :
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De très petits écarts peuvent subsister entre les pièces. Pour éviter de les mélanger lors de l'assemblage final, elles sont marquées au feutre indélébile.
Les éléments se montent alors sans aucune difficulté malgré l'utilisation d'une perceuse à colonne ordinaire.
Ce gabarit servira aussi au collage des électrodes sur leurs supports et à l'assemblage final.

Les vis d'assemblage sont des DIN963 M2x10 en laiton à tête fraisée. Celles-ci devant affleurer la surface des supports d'électrodes internes, il faut un fraisage conique de ces 20 trous de vis.

Dans les supports de diaphragme internes on agrandit avec précautions à 4 mm le trou pour la tête de vis de connexion électrique qui fait 3,8 mm de diamètre. Si la tête de vis fait plus de 1,6 mm de hauteur, il faudra aussi agrandir à 4 mm le trou dans les cales d'espacement. Ici, la vis de connexion électrique est une DIN 84 M2x10 à tête cylindrique en laiton.
On retire le cuivre autour des trous des supports de diaphragme internes et externes sur une largeur de 1 mm, afin que les 10 vis d'assemblage ne soient pas en contact électrique avec le circuit de polarisation du diaphragme. Un contact électrique avec les vis en laiton ne présenterait pas de danger mais il s'agit d'éviter toutes les fuites électriques. On peut aussi chanfreiner les bords cuivrés extérieurs et intérieurs de ces mêmes supports.

Vue en coupe au niveau de la vis de connexion électrique au diaphragme. Ici, la cellule est assemblée :
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Le cuivre des supports d'électrodes internes et externes, des cales d'espacement et des supports d'écran d'étanchéité est éliminé au perchlorure de fer. Le cuivre n'est conservé que sur les supports de diaphragme et les électrodes perforées.

A suivre avec le collage des électrodes.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Collage des électrodes perforées sur leurs supports :
La colle est de la Loctite époxy à 2 composants à prise lente.

Un écran de sérigraphie à toile de nylon n°75 est utilisé pour appliquer une très fine et très régulière couche de colle époxy sur une largeur de 2 mm sur le pourtour des électrodes perforées.
Après collage des électrodes sur leurs supports, la cellule est assemblée dans le gabarit avec ses 10 vis de montage, sans les écrous ni les cales d'espacement. Les faces cuivrées des électrodes perforées étant appliquées l'une contre l'autre. Les électrodes perforées doivent être centrées dans l'ouverture des supports d'électrodes et les trous des électrodes perforées doivent, normalement, être alignés. On pose puis on serre alors les 10 écrous des vis.
La polymérisation de la colle demande plusieurs heures ce qui donne suffisamment de temps pour ajuster tout ça.
On aura ainsi la certitude que les électrodes sont parfaitement parallèles et que l'écart entre celles-ci sera exactement celui des deux cales d'espacement.

Schéma du collage des électrodes :
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L'écran de sérigraphie :
La photo ici, c'est lors de l'application de la colle sur un support de diaphragme.
Après usage, le nettoyage de la colle s'avère compliqué. Il faudrait trouver un solvant qui puisse dissoudre et éliminer parfaitement la colle époxy avant qu'elle soit polymérisée, sinon le nylon assez coûteux ne sert qu'une fois.
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A suivre, collage du diaphragme et traitement de sa surface pour le rendre conducteur.

Bien cordialement à tous,

Philippe H.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Le collage du diaphragme sur son support :
Voir mes publications des 25, 26, 27 et 28 mars, au milieu de la page 1. Les liens morts vers les images ont été restaurés.

Rappel des deux points essentiels : Le diaphragme est fortement tendu puis collé sur son support avec une très fine couche de colle.
Les 8 poids en plomb ont une masse totale de 1,08 kg.

La colle époxy est appliquée avec l'écran de sérigraphie et une spatule sur la partie cuivrée, sur une largeur de 4 à 5 mm à partir du bord intérieur du support. Ça laisse une largeur de 3 à 4 mm de cuivre à nu.
L'épaisseur de la couche de colle est difficile à mesurer car elle est inférieure à 1/100ème de mm.
La colle est toujours de la Loctite époxy à 2 composants à prise lente. Je laisse polymériser 24 heures.

On obtient des diaphragmes résonnant à la même fréquence, vers 440 Hz fréquence du la 3, qu'on vérifie avec un accordeur de guitare. Les courbes de réponse et la sensibilité seront identiques pour les canaux droite et gauche. C'est un point très important car, à l'écoute au casque, on supporte mal les différences dans la courbe de réponse.
Collé sur un support indéformable avec une épaisseur de colle extrêmement fine, le Mylar ne se détendra jamais.

Le diaphragme collé sur son support, avant sa découpe. On peut voir le fraisage des 10 trous de vis qui a pour but d'éliminer tout contact électrique entre les vis de montage en laiton et le circuit de polarisation du diaphragme. Le trou de la vis de connexion électrique au diaphragme est à gauche, non fraisé évidemment. L'encoche à gauche permet le passage du ruban en cuivre de connexion vers l'électrode intérieure :
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Le Mylar est découpé avec un couteau X-Acto, à la limite de la partie collée, en prenant soin de ne pas endommager la couche de cuivre, ni le diaphragme extrêmement fragile !

A suivre, le traitement du diaphragme pour le rendre faiblement conducteur.

Cordialement à tous

Philippe H.

[paskwalito]

Un vrai travail d'horloger Philippe, Bravo [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
As-tu une idée du temps déja passé et de celui nécessaire pour terminer ?

[Philippe_H]

Bonsoir,

Merci !

Oui, ça demande de la précision si on veut que ça marche, comme l'horlogerie...

Le temps ? Depuis 1989, j'ai refait plusieurs autres casques à l'identique. Il faut de douze à quinze heures pour faire 2 cellules électrostatiques (à la main!). C'est le découpage et le perçage qui demandent le plus de temps.

Philippe H.

[paskwalito]

Merci
2124 trous par casque (si j'ai bien suivi) ça commence à faire
et 15 heures pour tout faire: tu as le coup de main [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

[Philippe_H]

Bonjour paskwalito, bonjour à tous,

Il faut 30 à 40 minutes pour percer les 500 trous d'une électrode.
Avec un foret diamanté, ça perce facilement. Il ne faut pas aller trop vite non plus pour ne pas rater un perçage !

Philippe H

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec le traitement du diaphragme pour le rendre conducteur en surface.
C'est un vaste sujet qui présente une réelle difficulté pour le DIYeur.

Jacky Mas écrivait : "La nature de cet enduit est gardée jalousement secrète" et "la texture exacte de l'enduit recouvrant les diaphragmes n'est pas habituellement divulguée".
Dans un reportage sur l'usine QUAD d'Huntington en GB, le magazine "The Audio Amateur" parle de la "mysterious goo" (gelée mystérieuse) qu'on étale à la surface des diaphragmes des ESL57. L'enduit chez Quad est appelé Calaton mais il y a aussi le Licron Crystal ESD, l'Elvamide, le Staticide, le Polycoat, etc…
- L'Elvamide, semblable au Calaton : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
- Le Licron Crystal ESD. Revêtement antistatique : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
- Le Staticide, produit antistatique industriel : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
- L'Élecolit, colle conductrice  à base d'argent qu'on étale au pinceau. Ce produit est employé dans la réparation des pistes des circuits imprimés ou du circuit de désembuage de la lunette arrière des automobiles. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
Exemple d'utilisation d'un produit de ce type dans les casques électrostatiques ESP6/ESP9 des années 70 du constructeur américain Koss. La couche est relativement épaisse et irrégulière, au point de rendre le diaphragme opaque à la lumière par endroits, les traces de pinceau sont visibles :

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

A partir de la classification internationale H04R19/02 des brevets, on peut obtenir des informations, mais elles sont difficilement exploitables par le DIYeur. Jacky Mas a raison… Par exemple dans ce brevet de 1994 sur un enduit high-tech de Sony : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Plus rustique et beaucoup moins high-tech, il y a la colle à papier peint additionnée de savon de Marseille, la graisse de poisson saponifiée, etc…
Associés à un vernis acrylique à l'eau, ces produits peuvent donner de très bons résultats.

Mais le DIYeur emploie souvent du graphite en poudre (c'est le cas de A. Radford, en page 2 le 21 avril). Les défauts sont multiples :
- Appliquer du graphite en poudre en frottant un Mylar de quelques microns d'épaisseur risque fort de l'endommager
- La poudre de graphite adhère très mal au Mylar.
- Sous l'action conjuguée du champ électrique et des vibrations, la poudre de graphite se détache du diaphragme et se répand à l'intérieur de la cellule. Ça crée des fuites électriques audibles, semblables au bruit que font les lignes THT par temps humide, fuites qui iront en s'amplifiant et la cellule cessera petit à petit de fonctionner. Bref, le graphite en poudre est limite inutilisable, c'est vraiment un truc de bricolo. Idem avec le graphite colloÏdal, c'est pas vraiment mieux.
Il faut remarquer qu'aucun constructeur n'utilise de graphite…

Traitement conducteur avec un enduit maison :
Il existe des vernis acryliques très performants destinés à protéger les dessins ou les aquarelles. On peut en dissoudre dans de l'eau et y ajouter un produit conducteur, lui-même soluble.

Le carbone pyrolytique a les mêmes propriétés que le graphite mais on peut le rendre en partie plus ou moins soluble dans l'eau au cours de sa fabrication. D'où l'idée d'en diluer dans une solution de vernis acrylique.

Le carbone pyrolytique est obtenu par pyrolyse de sucre blanc en poudre. Le sucre est une matière première pour la fabrication de toutes sortes d'objets en carbone, de la fibre de carbone aux diamants artificiels. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

L'enduit est donc une solution de vernis acrylique Lefranc-Bourgeois dans de l'eau, plus une solution de carbone pyrolytique additionnée d'agent mouillant Kodak Photo-Flo.
La couche conductrice sèche totalement et adhère parfaitement au Mylar. Elle est peu sensible à l'humidité. Son épaisseur mesurée par interférométrie laser est très inférieure au micron. J'utilise cet enduit depuis les années 70 et les cellules datant de cette époque fonctionnent toujours parfaitement.
La pyrolyse s'effectue à une température de 190 à 210°C. On ajoute de l'eau au fur et à mesure mais pas trop. Ça doit fumer mais pas trop non plus… Il faut de la patience et une bonne demi-heure pour obtenir quelque chose d'utilisable.
L'agent mouillant Kodak Photo-Flo joue un rôle important en donnant une homogénéité au mélange et évitera la formation de micro gouttelettes lors de l'application sur le Mylar.
Le magazine L'Audiophile m'avait opposé un refus, prétextant que "L'Audiophile est un magazine sérieux, on ne peux pas proposer un truc pareil" . Du coup, à la place du "caramel", j'avais une solution de rechange, il s'agit d'un produit de nettoyage pour microsillons qu'on trouvait alors chez Tandy. De référence N° Cat 42-9363 et fabriqué en Allemagne (de l'Ouest à l'époque ! ), il est introuvable aujourd'hui. Le produit est dissous à quelques % dans l'eau et étalé sur le diaphragme. Ça donne de bons résultats mais il y a une perte d'efficacité après deux à trois ans. Peut être faut-il l'associer à un vernis acrylique pour assurer sa stabilité dans le temps.

Application :
L'enduit au carbone a l'aspect d'une eau laiteuse. Il est étalé en couche très fine à l'aide d'un pinceau de maquillage sur la surface en Mylar. Ensuite, avec un pinceau pointu et plus dur, on assure une continuité entre le Mylar et la partie cuivrée du support de diaphragme, en laissant une largeur de 2 mm autour des 10 trous.
L'enduit ne doit pas couler sur les bords du support ni dans les trous. Au cas où ça se produirait, il faut laver le tout à l'eau tiède puis recommencer après séchage.

Pour le séchage, le diaphragme est maintenu à l'horizontale à l'aide de 4 pinces à dessin en plastique fixées sur le support, couche d'enduit en-dessous pour éviter le dépôt de poussières sur la couche conductrice. L'enduit est totalement sec après quelques heures.
Éclairée à la lumière blanche, la couche conductrice produit des interférences lumineuses, à la manière des bulles de savon. Son épaisseur est inférieure au micron.

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Avant le montage, il est indispensable de tester électriquement la couche conductrice, ce sera la prochaine étape.

J'espère avoir l'occasion de revenir sur ce sujet avec des essais d'enduits divers, plutôt low-tech avec tests électriques.

Bien cordialement à tous.

Philippe Hiraga.

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec les tests électriques de la cellule et du diaphragme.
Ce n'est rien d'autre qu'un contrôle qualité qui ne demande que quelques minutes.

La bakélite est facile à travailler et peu coûteuse. Dans les années 50 à 70, on a largement utilisé la bakélite dans la construction de transducteurs électrostatiques. Exemple avec le tweeter de l'enceinte DM70 de B&W ou la cellule électrostatique du casque CES d'Audiotec ou encore pour le haut-parleur DIY de Rolf Rennwald publié dans le magazine américain Audio de juin 1963.

C'est par hasard, en touchant avec un tournevis pique-phase la bakélite d'une cellule électrostatique DIY en fonctionnement que j'ai constaté que sa luciole néon s'allumait. La bakélite utilisée était conductrice, faiblement, mais elle était conductrice !
J'ai testé alors un tweeter électrostatique Audax S8C dont les électrodes sont fixées sur un support en bakélite. Lorsque ce tweeter est câblé "en l'air", le signal de modulation et la tension HT de polarisation allumaient aussi la luciole néon au contact de la bakélite ! Le support en bakélite de ce tweeter se fixant à la masse et on ne constatait rien lorsqu'il fonctionnait, évidemment.

L'utilisation d'éléments apparemment isolants mais en réalité faiblement conducteurs provoque des fuites électriques permanentes, affecte l'impédance de la cellule et a pour conséquence une baisse du rendement, une altération du signal et de la bande passante.

Il faut impérativement utiliser des matériaux bien isolants, ayant une résistivité électrique la plus élevée possible. En pratique, les matériaux adéquats sont ceux qui, lorsqu'on les travaille, ont une fâcheuse tendance à produire des poussières qui se collent partout par effet électrostatique.

La bakélite étant bannie, l'idée est restée d'utiliser une luciole néon pour tester les propriétés diélectriques des matériaux utilisés mais aussi pour vérifier la conductivité électrique de l'enduit du diaphragme. C'est simple à mettre en œuvre et efficace.

Pour réaliser les tests, il faut disposer d'une alimentation HT dédiée.
C'est une alimentation secteur 230V à transformateur, suivie d'un multiplicateur de tension qui permet d'obtenir plusieurs kV continus en sortie. L'utilisation sur l'entrée secteur d'un auto-transformateur variable de 0 à 250 volts permettra de faire varier cette HT continue.

En plus de la difficulté pour trouver un bobineur, un transfo HT sur mesure peut coûter relativement cher.
Ici, un schéma où sont associés 2 transfos de récupe de chargeurs de téléphones portables. Leurs secondaires ayant le même voltage, la tension en sortie du second transfo est donc limitée à 230 volts. Ces transfos ont trouvé une utilité… .

Un multiplicateur de tension en cascade série à 4 doubleurs en série permet de multiplier par 8 la tension crête du secondaire (donc 230 x 1,41 soit 324 volts) et d'obtenir environ 2,6 kV continus.
Un lien vers un site remarquable traitant, entre autres, des multiplicateurs de tension : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

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Les diodes sont des BY255, les condensateurs sont des Mylar 0,1 µF 2kV.
La résistance R1 peut faire 4,7, 10, 20 Mohms avec une puissance de 2 ou 3 W afin de respecter la règle de la tension maximale admissible : sqrt( P * R) ou racine carrée de la puissance multipliée par la résistance. A l'instant où la luciole néon s'allume, la tension maximale est atteinte un court instant.

Pour la sécurité, les tests s'effectuent avec le fil conducteur de la luciole maintenu par un grip-fil. J'ajoute que les fils des lucioles néon sont très fragiles, avec une fâcheuse tendance à casser au raz de l'ampoule de verre . Un petit fil de cuivre ou une petite résistance soudée à un fil de la luciole évitera de la manipuler directement.

Pour la mesure des tensions élevées, une sonde THT est indispensable. Celle de Heathkit IMF-100-11 divise par 100 la tension mesurée avec un voltmètre ayant une impédance d'entrée de 11 Mohms. Cette sonde emploie une résistance spéciale de 1090 Mohms de marque Victoreen, un spécialiste des résistances de valeurs élevées. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

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L'impédance interne du multiplicateur de tension étant relativement élevée, la mesure avec la sonde THT provoque une chute de tension plus ou moins importante dont il faut tenir compte. Ainsi, avec 10 doubleurs en série, on mesure 4,5 kV avec la sonde. Dans le cas présent, on n'a pas besoin de connaître avec précision la valeur de la haute tension.
Une sonde THT est un outil indispensable pour le DIYeur de casques et haut-parleurs électrostatiques.

Test d'isolation de la cellule :
Un montage provisoire de la cellule électrostatique est effectué, puis l'alimentation HT est connectée entre les 2 électrodes perforées et le diaphragme.
On élève la tension jusqu'à ce que se produisent des fuites électriques. Le bruit est semblable à celui des lignes électriques THT par temps humide. Les fuites électriques sont visibles dans l'obscurité ce qui permet de les localiser et de les éliminer. Il s'agit souvent de micro bavures de cuivre au niveau des trous des électrodes ou au bord de celles-ci. Il se crée un "effet de pointe" comme les paratonnerres.
Moins il y aura de fuites électriques, plus la cellule supportera les tensions de modulation élevées sans flashage et meilleures seront les performances.
Si la cellule est construite avec soin, il n'y a aucune fuite électrique en-dessous de 1,5 kV.

Test de conductivité du diaphragme :
La masse de l'alimentation HT est connectée au cuivre du support de diaphragme et la luciole néon, maintenue avec un grip-fil, est mise en contact avec la surface du diaphragme.
La luciole néon doit s'allumer avec la même intensité quel que soit l'endroit où la mousse électro-conductrice touche le diaphragme.
On peut se passer de la mousse électro-conductrice en recourbant l'extrémité du fil de la luciole néon mais en veillant à ne pas perforer le diaphragme ! Le fil de la luciole néon ne doit pas entrer en contact avec le cuivre du support car il y a un risque de la détériorer par surtension.

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La mesure du courant et de la tension permettent d'évaluer la résistance en surface du diaphragme. C'est de l'ordre de quelques dizaines de Gohms.

A suivre : les coussins d'oreilles, le cordon de liaison et son connecteur, etc … .

Bien cordialement à tous

Philippe Hiraga

[Philippe_H]

Bonjour à tous,

Suite avec le cordon de liaison et le connecteur.

Le cordon de liaison d'un casque électrostatique présente une véritable difficulté dans sa réalisation, autant pour les constructeurs que pour les DIYeurs. Le classique cordon spiralé à 3 conducteurs des casques électrodynamiques stéréo n'est pas utilisable.

On a 2 signaux symétriques pour chaque canal plus la tension de polarisation pour chaque diaphragme ce qui nécessite un cordon à 6 conducteurs (les casques électrostatiques à électrets étant un cas à part).

Les câbles à 6 conducteurs existent bien mais ils sont inutilisables à cause de leur diamètre et de leur rigidité en barreau de chaise .

Un constructeur comme l'américain Koss mettait les fils des casques électrostatiques ESP6/ESP9 sous une gaine thermo-rétractable. Pour le français Audiotec et son casque CES c'était une gaine en Souplisso… On était aux limites du bricolage…
Chez le japonais Stax, par contre, on trouvait sur les SR-3 un beau cordon où les 6 conducteurs étaient placés sous une gaine textile unique qui se départageait en 2 gaines à 3 conducteurs à 40 cm de chaque écouteur, formant un Y allongé. Le connecteur étant un SRC-6 de chez Sato-Parts avec un diamètre de broches de 3/32ème de pouce soit 2,381 mm, qui est celui des connecteurs XLR 3 broches.

J'ai donc cherché à recopier, non sans difficultés, le principe du cordon de Stax. D'abord avec des câbles mini Scindex mais lors du séjour du casque à La Maison de l'Audiophile, il y a eu un problème avec ce câble beaucoup trop fragile. Je l'ai remplacé par du multibrins plat en ruban plus robuste, à faible capacité de type Rainbow. Ce câble est codé selon le couleur des résistances. La gaine textile en coton était celle qu'on emploie pour les cordons des fers à repasser. La longueur du cordon était de 1,80 m.

Les cordons Stax ont évolué afin de réduire leur capacité. Idéalement celle-ci devrait être nulle, les cordons sont devenus plats.
Sur certains casques Stax haut de gamme, les cordons sont maintenant détachables ce qui m'a permis d'effectuer des mesures. La largeur du cordon Stax est de 19 mm pour la partie à 6 conducteurs et de 8,5 mm pour la partie à 3 conducteurs. Son épaisseur est de 2 mm. Le poids du cordon Stax est de 125 grammes avec le connecteur 5 broches en plastique. J'ai mesuré une capacité de 100 pF entre 2 fils adjacents :

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Mon cordon DIY est donc plat avec une longueur portée à 2,50 m tout en gardant sa forme en Y allongé. La largeur est de 10 mm pour la partie à 6 conducteurs et de 5 mm pour la partie à 3 conducteurs. L'épaisseur du cordon est de 2,5 mm. Entre 2 fils adjacents j'ai mesuré une capacité de 90 pF. Ce cordon DIY est solide, léger, souple, d'un contact agréable et son poids est de 80 grammes seulement sans le connecteur.

Les 6 fils conducteurs sont du LifY 0,25², formé de 50 brins de cuivre d'un diamètre de 8/100ème chacun, pour un diamètre extérieur de 1,4 mm. Ce fil est d'une grande souplesse.
Les 6 fils LifY sont de 6 couleurs différentes afin d'employer le code couleur des résistances.
Chaque fil a un numéro correspondant à chacun des 6 éléments des 2 cellules électrostatiques. La numérotation va de la gauche vers la droite pour les écouteurs de gauche puis de droite. Cette numérotation correspond aussi aux 6 broches du connecteur.
J'ai aussi utilisé ce codage couleur dans mes amplis OTL pour casques électrostatiques. C'est pratique pour le câblage, la mesure et la maintenance et ça réduit le risque d'erreurs…

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Ça semble évident, ça tombe sous le sens… Mais quand on examine ce qui se fait ailleurs, on est parfois surpris…

La gaine textile extérieure est de la gaine de Paracord. Comme son nom l'indique c'était, à l'origine, de la corde à parachute de fabrication américaine. Elle existe en plusieurs couleurs.

Des guides de couture ont été réalisés pour la machine à coudre Singer, c'était absolument indispensable. Il faut une qualité de fil, un pas et une tension de fil adéquats…

Fabrication du cordon :

Le cordon à 6 conducteurs est un assemblage de 2 cordons à 3 conducteurs sous gaine de Paracord, cousus côte à côte.

Après la couture, la longueur de la gaine diminue d'environ 20%. Pour un cordon de 2,50 mètres, il faut prévoir une longueur initiale de 3 mètres de gaine Paracord. Pour la longueur des fils LifY, prévoir 2,70 m pour les connexions dans le casque et le connecteur.

Une extrémité des 3 fils LifY marron, rouge et orange, est dénudée puis soudée à un fil de cuivre rigide (de 1,5² ou 2,5²) qui servira à tirer les 3 fils LifY à l'intérieur de la gaine. Idem pour les fils jaune, vert et bleu. Les fils LifY étant préalablement enduits d'une fine couche de graisse de silicone pour faciliter le glissement à l'intérieur de la gaine puis donner de la souplesse au cordon.

Chaque gaine est ensuite cousue avec les 3 fils LifY disposés bien à plat, côte à côte. la couture se fait en zigzag sur le fil du milieu. Les extrémités des 3 fils LifY doivent dépasser suffisamment pour permettre le soudage au connecteur et à la cellule électrostatique.
Les 2 cordons obtenus sont ensuite cousus côte à côte à plat, sur un bord sur une longueur de 2,10 mètres pour une longueur totale finale de 2,50 mètres. La réalisation d'un cordon exige de la précision.

Un cordon de liaison avec, à gauche, l'extrémité vers le connecteur et, à droite, les 2 autres extrémités vers les cellules droite et gauche:

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Le câble LifY existe en plusieurs sections. Avec un gainage de Paracord on peut donc réaliser sur mesure toutes sortes de cordons, pour le secteur, pour les haut-parleurs... Par exemple, j'ai eu l'occasion de réaliser des cordons de 5 mètres à 3 conducteurs LifY en 0,40² pour des casques électrodynamiques.

Le connecteur :

Le casque électrostatique est indissociable de son amplificateur ou de son adaptateur à transformateurs. Un temps, les fils du cordon de liaison furent soudés directement à la sortie de l'amplificateur et de l'adaptateur à transformateurs. Mais, pour donner la possibilité ajouter une rallonge ou d'utiliser le casque sur d'autres sources, un connecteur fut installé.

Le connecteur est un XLR 6 broches de chez Neutrik. Ce connecteur 6 broches existe aussi chez Switchcraft, mais ils ne sont pas compatibles avec les Neutrik.

J'ai aussi réalisé des connecteurs mâles et femelles "maison" ainsi que des connecteurs femelles pour châssis compatibles casques Stax pour mes amplis casques OTL.
Aujourd'hui les connecteurs femelles de type Stax (SRC-5 et SRC-6) peuvent facilement se trouver sur le Net.

A suivre avec les boîtiers de cellule et les coussins d'oreilles DIY, toujours DIY évidemment.

Bien cordialement à tous,

Philippe Hiraga