Аудио Превосходство: Пленочные диафрагмы и конусы из PEEK для премиального звука

Диафрагма является наиболее критическим компонентом для качества звука. В этой статье мы рассмотрим ближе полиэфир-эфир-кетон (PEEK) — бесцветный органический термопластичный полимер. PEEK, вероятно, является лучшим из пленок термопластичных смол по их спецификациям и применению к микроспикерам, звуковым панелям, наушникам и гарнитурам, а также от твиттеров к самым тонким планарным трансдьюсерам.

Термопластичные пленки, от полиэтилентерефталата (PET) до PEEK, могут быть сформированы, когда температура пластика превышает его температуру стеклования (Tg), переходя от стекловидного к резинистому состоянию — становясь податливыми и формуемыми. После формирования в конечную форму, полимерная пленка снова становится стекловидной при охлаждении ниже Tg. Материал и форма диафрагмы являются наиболее значимыми составляющими качества звука динамиков.

Стоимость экструдированных полимерных пленок начинается менее чем от 4 долларов за фунт для PET (пластик бутылки), который преобладает в большинстве применений диафрагм наушников и гарнитур. Это самый низкий уровень пластмасс, и хотя он работает, он не может сравниться с лучшими продуктами. Поскольку для PET (полиэфиры) требуется больше веса, чем для PEEK, чтобы обеспечить целостность формы, у диафрагм PET есть много ненужных добавок.

Ранние Применения PEEK

Среди ранних приложений, которые привлекли PEEK, были планарные трансдьюсеры на основе ленты, краевые подвески бериллиевого компрессионного драйвера Truextent и высококачественные твиттеры. Несхожие гомогенные материалы минералонаполненной диафрагмы PEEK обеспечивали как высокое затухание, так и лучшее соответствие акустической сигнатуры с вуфером.

Известные тонкие пленки серии Victrex APTIV DBX из PEEK позволили использовать несколько толщин с настраиваемыми демпфирующими слоями для настройки характеристик динамика и укрощения резонансов диафрагмы.

Диафрагмы наушников обычно имеют очень мелкий поперечный срез, и во многих случаях немного большая глубина приведет к значительному улучшению производительности. В наиболее продвинутых пленочных диафрагмах используются два слоя очень тонкой пленки PEEK, ламинированные с демпфирующим слоем. На рынке высококлассных диафрагм наушников флагманы таких брендов, как Sennheiser (HD-800 и HD-820), Beyer (T1) и AKG (K701 и K702 Variomotion), оснащены ламинированными диафрагмами PEEK. Двухслойные диафрагмы Varimotion от AKG также используются в их студийных динамических микрофонах.

Хотя PEEK используется в высококлассных рынках уже десятилетиями, он также стал продуктом выбора в массовых приложениях, используемых в более чем 4 миллиардах смартфонов в качестве соответствия и неотъемлемого элемента диафрагмы из-за своей практически неограниченной усталостной жизни и постоянной толщины экструзии, что избегает режимов колебаний при повышенных экскурсиях.

Удивительно, что большинство этих микродинамиков используют не только PEEK, но и ламинированный PEEK, чтобы подавить резонанс краевого соответствия. При признании наибольшего рынка микродинамиков и приложений высококачественных наушников, другие рынки, которые должны рассмотреть использование PEEK, включают ноутбуки/планшеты, автомобильное аудио, телевизоры/звуковые панели, умные динамики, наушники и наушники с беспроводной связью.

Будущие Применения

Несколько брендов звуковых панелей и их OEM-поставщиков находятся на стадии разработки исследования более толстых диафрагм PEEK (10 мил и более толстых) для компактных полнодиапазонных динамиков, которые избегают компромиссов в производительности кроссоверов и твиттеров. Формируемость пленочных диафрагм с эффективным разделением и контролируемой эффективной излучающей площади по частоте позволяет получить плавный энергетический отклик, а также линейный и расширенный частотный отклик. Демпфирование может быть настроено через содержание наполнителя (Минеральное наполнение – APTIV 1103) и/или ламинированные пленки PEEK с ограниченным слоем термопластичного эластомера (ТПЭ) или акрила.

Точность Экструзии Мы рассмотрели диафрагмы наушников и наушников, которые обычно имеют толщину менее 1 миллиметра (25 микрон), и теперь рассмотрим некоторые приложения, требующие более толстых пленок. Компрессионные драйверы с диафрагмами диаметром 1,75 дюйма и более скорее всего будут иметь толщину 2 миллиметра и более, в то время как автомобильные динамики диаметром 3,5 дюйма могут иметь толщину 10 миллиметров. Напротив, у наушников толщина составляет около 12 микрон или меньше.

Эти более тонкие мерные размеры требуют точной обработки экструзии, медленных скоростей обработки и навыка. Честно говоря, производители пленок в США не хотят иметь дело с отраслью динамиков, и чувство взаимно. Одной из проблем является то, что внешние экструдеры (обработчики за плату), которые берут на себя все пленки, оплачиваются за тоннаж, а не за качество — поэтому они не являются экспертами в этой области.

Характеристики и строгий процесс экструзии для материалов более высокой производительности не только обеспечивают превосходную однородность. Другие цели производительности достигаются за счет симбиотических отношений более однородных тонких пленок более высокой механической производительности, что приводит к увеличению чувствительности, увеличению акустического выхода с меньшими искажениями и меньшим качанием. В то время как типичные конусные динамики полагаются на свою двухточечную паутину для поддержания центрирования катушки и контроля качания, в наушниках, гарнитурах, твиттерах и компрессионных драйверах это краевая подвижность, которая удерживает все под контролем. Производители пленок из высококлассных инженерных пластмасс используют более высококлассное оборудование и гораздо более низкие скорости.

Каждый тип смолы отличается хрупкостью и пластичностью, и многие параметры экструзии лучше оставить оптимизированными. Высококачественные пленки высокого класса экструдируются внутри компаний-производителей смолы (например, внутренняя обработка экструзии в Teijin в Японии для его Teonex или в Victrex в Великобритании с APTIV). Когда вы упаковываете свой собственный парашют, вы берете на себя ответственность. Тонкие пленки из высококлассных смол обходятся дорого — и стоимость за фунт резко возрастает, даже если стоимость материалов (смолы) за часть уменьшается, поскольку процесс экструзии занимает больше времени.

В заключение

Хотя стоимость диафрагмы из PEEK немного выше, нет другого улучшения компонента, которое может обеспечить большую чувствительность, расширенный отклик и более чистый звук за копейки. Часто можно встретить диафрагмы наушников TWS 6 мм с диафрагмами из PET толщиной 9 мкм, и хотя чувствительность высока, искажения также высоки, и качество звука становится неприятным на повышенных уровнях, в то время как диафрагма из PEEK звучит и измеряется гораздо лучше.

С допуском по толщине ±5% пленка ARKPEEK позволила обеспечить более однородную толщину, что привело к большей консистентности деталей, более низким значениям F0 и вариации общего гармонического искажения (THD). Уменьшение разброса толщины пленки повышает выход формовки диафрагмы, снижает общие производственные издержки за счет отходов и выполняется для соответствия темпам производства.

Еще одним не столь очевидным преимуществом тонких пленочных окружностей с высокой точностью является более высокая податливость и, следовательно, объем задней воздушной камеры можно уменьшить, поскольку именно эта воздушная подвеска вносит большую часть восстанавливающей силы диафрагмы, а не окружность — обеспечивая более жесткие производственные допуски. В качестве альтернативы использовался жидкостный кремний (LSR) для обеспечения более высокой податливости, но процесс LSR кажется выходящим за пределы комфортной зоны большинства производителей и требует высоких затрат на инструменты.

Диафрагма всегда будет самым коротким путем к чистому звуку, более широкому отклику, более высокой чувствительности и более жестким производственным допускам. Для экстремального рынка динамических наушников доминирует ламинированный PEEK, а также микродинамика. С тем, как несколько команд инженеров звуковых панелей разрабатывают решения без кроссоверов, следующим будет средний сегмент рынка.