Поводом для написания этой статьи послужили периодически задаваемые вопросы по типу «Почему вы в мембранах своих планарных (изодинамических) наушников не используете одну широкую дорожку, как (имярек)?», а также дискуссии по особенностям звучания в разных конструкциях.
О чем собственно речь
Можно выделить два принципиальных подхода к ширине и толщине дорожек в мембранах планарных наушников.
Первый подход (которого придерживаемся мы) — используется множество узких (насколько технологически возможно) дорожек.
Второй подход — применена одна или две достаточно широкие дорожки.
Следует отметить, что оба подхода известны по патентам еще с 1970-х годов, однако в коммерческих изделиях второй подход не был до недавнего времени распространен.
Поскольку решение с «широкой дорожкой» получило распространение в так называемых «топовых наушниках» нескольких ведущих производителей, рассмотрим, ради чего это в принципе делается.
В первую очередь производители стремятся снизить массу подвижной системы излучателей с целью повысить разрешающую способность. Ну и конечно, тут возникает соблазн «помериться цифрами», по типу «у нас самая тонкая мембрана на рынке», «мы используем нанотехнологии» и т. д.
Каковы реальные последствия широких дорожек и тонкого слоя металла?
Масса диафрагмы действительно при этом немного снижается. Однако вместе с этим неизбежно нарастает и технологическая неравномерность механических свойств пленки, распределение по площади массы, упругости и т. д. Из-за этого нарастают и проблемы, описанные нами в статье «О равномерности движения изодинамических мембран».
Но не только они.
Рассмотрим не механические, а сугубо электрические свойства таких дорожек
Как известно, электрический ток течет по пути наименьшего сопротивления. Вернее, внутри проводника ток при подаче напряжения течет везде, но бОльшая его часть — по пути наименьшего сопротивления. Величина этого тока подчиняется закону Ома (сила тока = напряжение/сопротивление проводника). Сопротивление проводника в свою очередь прямо пропорционально его длине и удельному сопротивлению, и обратно пропорционально площади сечения.
Рассмотрим характерный фрагмент изогнутого проводника в мембране с широкой токопроводящей дорожкой
Длина пути тока по внутреннему участку скругления меньше, чем по внешнему на величину Пи(3,14159….), умноженную на разницу между внешним и внутренним радиусом). Например, если внутренний радиус 3 мм, а внешний 10 мм. Соответственно, длина дуги изгиба внутри составляет примерно 9,42 мм, а снаружи — 31,416 мм. Разница — более 3,3 раза. Соответственно, внутри проводника таким же образом пропорционально будет распределена и плотность тока. Чем больше разница между внутренним и внешним радиусом скругления дорожки, тем разница в плотности тока будет выражена сильнее. Для приведенного примера (упрощенно) ток по внутреннему скруглению в 3,3 выше, чем по внешнему. На рисунке изображен фрагмент изогнутого проводника, градациями от красного к голубому наглядно показано распределение плотности тока, которая уменьшается к внешнему краю изгиба.
Что происходит при этом с током (и его плотностью) на прямых участках токопроводящих дорожек? Он точно также течет «по пути наименьшего сопротивления».
Для идеально равномерного по толщине плоского проводника это выглядит примерно так
Красным цветом схематически обозначена «траектория пути наименьшего сопротивления» для электрического тока. Плотность тока в районе этой красной линии в несколько раз выше, чем у границы проводника. Если наложить геометрию этой траектории на конфигурацию магнитной системы, то можно обратить внимание, что нарушается принцип параллельности. Что в свою очередь, приводит к увеличению неравномерности вынуждающей силы, приводящей в движение мембрану. По сути — это источник специфических искажений.
Существуют мембраны с широкими дорожками, построенными и на орто-принципе.
Траектория пути наименьшего сопротивления для одного из примеров таких мембран, обозначена на рисунке красным цветом. Как можно видеть, ширина дорожки не только смещает ток к внутренним дугам, но и усугубляет проблему разрыва дуги. Равномерность приложения вынуждающей силы и согласование с топологией магнитной системой в данной ситуации также ухудшаются, что служит источником дополнительных специфических искажений.
На приведенных иллюстрациях рассмотрены примеры с идеально равномерным слоем проводника. Однако следует понимать, что абсолютная равномерность в данном случае невозможна по сугубо технологическим причинам. Толщина таких широких токопроводящих дорожек очень мала и достигает даже не микронных размеров, а меньше, вплоть до частичной оптической прозрачности слоя проводника, что соответствует нескольким нанометрам. Надежных способов обеспечить стабильность толщины слоя металла на пленках в этих размерах попросту не существует при нынешнем уровне развития технологий.
Что представляет собой «траектория пути наименьшего сопротивления тока» для не вполне равномерной по свойствам среды — можно наглядно увидеть на фотографиях молний или «фигур Лихтенберга».
Это всегда траектория, отличная от прямой, ведущая себя случайным образом. Малейшие неравномерности в слое металла на пленке также приводят к подобному результату. При этом, чем тоньше слой металлизации, тем выше относительный разброс по толщине (и плотности тока).
Как с этим бороться?
Способ известен с 1970-х годов. Это использование массива тонких токопроводящих дорожек, вместо одной широкой. Все описанные проблемы в них точно так же присутствуют, но геометрически ограничены размерами дорожек, что существенно улучшает равномерность и предсказуемость характеристик электромагнитного поля и вынуждающей силы.
Поэтому ответ на вопрос «Почему в наушниках Snorry используются множество тонких/узких дорожек вместо одной широкой?» является вполне очевидным.
Ради большей равномерности магнитного поля и вынуждающей силы, что улучшает большинство параметров звучания.
