СЛУШАЯ музыку: пятая, с зубовным скрежетом

Можно выглядеть стильно и красиво. Но если красивый корабль поплывёт быстро, то красивые наушники могут звучать предельно отстойно

Физические факторы, влияющие на акустику мембран динамических излучателей

Для любых движущихся систем, особенно динамических, имеется фактор, точнее закон в нашей реальности. На него опосредованно я ссылался ранее, но он требует непосредственного внимания.
Дело опять в законах механики. Движущаяся мембрана или пластина обладает кинетической энергией. И для устранения паразитных гармонических колебаний, и что гораздо хуже, возникновения их нелинейных взаимодействий — эту энергию надо поглощать или как говорят в технике – демпфировать практически мгновенно. В силу того, что внешними измерениями можно измерить величину искажений (лазерная интерферометрия, однако!) но не выделить, где гармоники загуляли, а где обожаемые нелинейные поползли в «живых» сигналах, говорят просто об искажениях и их уровне, обычно приводимых в тех же децибелах.
Поэтому выбор материалов и форм самих мембран и пластин в современной акустике (начиная с 30-х годов прошлого века) уже исследован и завязан на множество производственных и экономических факторов;

Реальность в практике материаловедения

улучшение качества звучания чаще идёт за счёт особенностей дополнительного покрытия поверхности(ей). Методы нанесения таких покрытий неуклонно удешевлялись, а толщины уменьшались. Сейчас речь идёт о толщинах в 15—200 нанометров. Понятно, что при такой толщине даже самый плотный материал вызовет крошечное увеличение массы колебательной системы и основной полезный эффект кроется именно в демпфирующем воздействии. Поэтому наносимые покрытия должны быть очень жёсткими, но как можно меньшей плотности, то есть результирующей массы. Исторически первыми кандидатами были металлы и их сплавы. Но прогресс не стоит на месте, и мы уже дожили вплоть до использования алмазо-подобных форм углерода для покрытия мембран в современном производстве.

АЧХ для бериллиевого напыления

Эта тема не является чем-то заумным и делает более понятными определённые окрасы (точнее даже лёгкие подкрасы) звучания и изменение характера изрезанности АЧХ и/или завалов в поддиапазонах. Самым сложным при этом является найти доступно написанную техническую публикацию в открытом доступе, чтобы сомневающиеся могли убедиться, что мой короткий пересказ не моя фантазия. Ну а заинтересованные в более строгих технических и научных аспектах почерпнут для себя полезные знания прямо из оригинала.
Во-первых, сразу выясняется, что столь разрекламированный титан не является самым жёстким материалом, зато ОЧЕНЬ плотным. В 5/3 раза тяжелее алюминия. А вот бериллий - и самый лёгкий и самый жёсткий из этой троицы. Имеет он и другие механические достоинства в приложении к акустике. Даже если используется нанесение бериллия в самой примитивной форме — тонкой фольге. Причём рабочие характеристики покрытия из бериллия постоянны как для АЧХ, так и для графика искажений. Есть конечно провал возле 20000Гц, но он очень узкий и не сопровождается всплеском помех. Поэтому для человеческого уха это недостатком считать нельзя, ибо по любому это для многих на пределе восприятия (если вообще не за, особенно в возрасте). Да и изобилия музыки с засильем столь высоких частот не наблюдается, уж слишком сильно они раздражают многим слух. Равно как и реальные инструменты типа тарелок или треугольников тоже имеют отнюдь не точечный спектр и в основном ниже 20000Гц.

АЧХ для титанового напыления

С титаном однако всё хуже. Если АЧХ высоких частот у него получше (с этой легендой наушники как раз и продают, да и зачем спорить с фактами), и проседание АЧХ от 300Гц до 3000Гц у рабочих наушников маленькое, то уровень искажений для прогретых наушников значительно выше и регистрируется в диапазоне частот до 5000Гц. Кроме того, бериллий порождает меньше гармоник на частотах от 5000Гц, а это гарантирует отсутствие сибилянтов и излишней резкости на самых высоких частотах по вине самого излучателя.

Лично меня сильно порадовало то, что алюминизированная мембрана фактически не проигрывает титану в акустических аспектах. Плюс из-за меньшей плотности алюминия драйв выйдет более быстрым и с лучшей разрешающей способностью. Не говоря уж о цене. Вот только клиентов дурить при этом маркетологам не получится… Тем, кто учил таки сопромат, рекомендую обратить внимание на сканы деформаций, приведённых на страницах 12 – 14 оригинальной публикации. Бериллий выигрывает без вариантов, а алюминий проиграет титану совсем чуть-чуть. Да и то, разницу видит только лазерный интерферометр.
Далее приведены АЧХ для рифлёного и гладкого титана, потом алюминия и бериллия. Снятые для первой, второй и третьей гармоник.

Из графиков следует что гладкий титан чуть лучше, но едва выигрывает у алюминия на высоких частотах. При этом однозначно проигрывает по второй и третьей гармонике, которые как раз и создают богатство звучания голоса и «натуральность» инструментов. И опять все проигрывают бериллию, вплоть до третьей гармоники.
Cведя все данные на единый график, где бериллий выделен фиолетовым, алюминий – серым, рифлёный титан коричневый, а гладкий титан – зелёным, попробуем сделать выводы (более подробные парные сравнения АЧХ смотрите в самой публикации).

Бериллий выделен фиолетовым, алюминий – серым, рифлёный титан коричневый, а гладкий титан – зелёным

Вспоминая незыблемое правило что сильная изрезанность — это плохо, особенно когда она начинается уже со средних частот, среди классических металлических покрытий выбор бериллия, предложенного ещё в прошлом веке «на слух», подтверждено всеми видами современных технических измерений и экспериментов.
Лично для меня желание разобраться в этой проблеме не только теоретически привело к покупке простой подержанной модели студийных наушников начального уровня с титановым покрытием диафрагмы. Известной и за дело уважаемой марки. Опираясь на описания и жалобы владельцев других моделей, я могу только порадоваться. На мою модель титана явно пожалели. Улучшить верха хватило, испортить басы – нет (покрытие металлом приводит к тому, что примерно от 100Гц к более низким частотам амплитуда почти линейно, но быстро падает). Разрешение осталось высоким, баланс близким к нейтральному. Никаких сибилянтов. Но вот скорость – просто хорошая. Так выше начальных студийных «титанизированным» мембранам не подняться в принципе.

Алмазное покрытие

Если же в наше сравнение привнести новинки типа алмазно-подобных напылений, то они дают АЧХ чуть лучше, чем у бериллия, но только в области от 10000Гц и только при покрытии всей поверхности мембраны. А ниже 720-780Гц и у этого покрытия гигантские проблемы. Так что стоит продолжать искать.