О некоторых особенностях излучателя Хейла

Меня периодически спрашивают о том, не планирую ли я сделать какую-нибудь модель наушников на основе излучателей Хейла, известных также как Air Motion Transformer (AMT). Мой ответ: «нет, не планирую». И я в данной статье объясню, почему именно.

Данная статья выражает только мое личное мнение, основанное на моем личном опыте, с которым можно не соглашаться и можно критиковать. Но желательно технически аргументированно, не покидая рамки здравого смысла )))

Описывать устройство и принцип работы не стану, информация легко доступна в интернете и в патентах.

Не стану также описывать свой опыт знакомства с этим типом излучателей и нюансами экспериментов для применения в наушниках.

В качестве достоинств этого излучателя в плане звучания в разных обзорах и рекламных буклетах называют:

• «чистый и прозрачный звук»;
• «высочайшая детальность»
• «фантастическое разрешение».

Ах да, еще замечательная фраза о том, что в этом излучателе воздух движется в 4-5 раз быстрее, чем происходят колебания мембраны. И якобы это обеспечивает превосходство данной конструкции над прочими.

Предлагаю обратить внимание, какие происходят процессы в этом излучателе, но о которых никогда не напишут ни в одном обзоре или рекламной презентации, и которые объективно приводят совершенно не к тем последствиям в звуке, которые рекламируются.

1. Изгибы «гармошки» мембраны расположены весьма плотно, и участки токопроводящих дорожек с противоположным направлением тока находятся в непосредственной близости друг от друга. Это вызывает взаимные наводки друг на друга, искажающие основной сигнал.
2. Рассмотрим взаимодействие параллельных проводников с током между собой и с полем постоянных магнитов (см. Рисунок 1).

Рисунок 1 — Направление сил Ампера, возникающих в излучателе Хейла

• поскольку в соседних проводниках ток течет в противоположных направлениях, то они взаимодействуют между собой, и независимо от направления тока в цепи они отталкиваются под воздействием силы Ампера. На рисунке 1 черным цветом изображены проводники, зеленым (1) направление тока, красным (3) направление силы Ампера от взаимодействия проводников с током между собой. Для упрощения показаны только 2 проводника. Реальная картина существенно сложнее, так как проводников больше двух и по каждый проводник (кроме крайнего) испытывает отталкивающее воздействие от соседних с обеих сторон, а также воздействие сил упругости в изгибах дорожки, а изначальное направление результата сложения сил зависит от фактических (всегда немного разных) изгибов «гармошки».
• поскольку проводники находятся в магнитном поле постоянных магнитов, то при прохождении тока в одном направлении, они отталкиваются, а при смене направления тока на противоположное — притягиваются под воздействием силы Ампера, возникающей уже между проводниками с током и постоянными магнитами. Эта сила Ампера на рисунке обозначена синим (3).
• итоговое же движение самой мембраны определяется взаимодействием всего этого. Направление и ускорение движения — это результат сложения воздействующих сил. Грубо говоря — на рисунке 1 обратите внимание, что от изменения направления зеленых стрелочек, направление красных стрелочек остается прежним, а направление синих стрелочек меняется. Разумеется, сила Ампера между проводниками существенно меньше, чем между проводниками и магнитами, но возникновение специфических искажений сигнала тут неизбежно из-за разной их направленности.

3. Посмотрим чуть подробнее, как на самом деле работает мембрана и какие колебания в ней происходят.

На Рисунке 2 изображены направления движения в изгибах мембраны, и соответствующие направления звукового излучения, характерные при прохождении тока через дрожки в одном направлении. Когда ток идет в противоположном направлении, все направления стрелок нужно сменить на противоположные.

Черным цветом изображены изгибы «гармошки» мембраны.

Приводимые в рекламе (да и в патентах тоже) принципы работы ограничиваются пунктами 1 и 3 данного рисунка. При прохождении тока через дорожки в одном направлении, мембрана совершает движения, обозначенные здесь цифрой 1 и красными горизонтальными стрелками, и выталкивает воздух из складок «гармошки», формируя звуковой сигнал (обозначенный на рисунке цифрой 3 и зелеными вертикальными большими стрелками).

Однако при осуществлении движения 1 (красные горизонтальные стрелки) возникает неизбежно и движение 2 (красные вертикальные стрелки), обусловленное деформацией пленки. На рисунке 4 справа изображена схематично амплитуда этих деформаций.

Следует обратить особое внимание на то, что направление движения участков мембраны, обозначенное цифрой 4, противоположно направлению выталкивания воздуха из «гармошки». То есть при работе излучателя Хейла происходит одновременное излучение звука с противоположной фазой сигнала. Скорость, амплитуда у этого движения 4, разумеется, значительно меньше, чем 3, но оно неизбежно в этой конструкции присутствует.

Рисунок 2 — Направления движения участков мембраны и направления излучения звука  излучателя Хейла

Поскольку механически и акустически они никак друг от друга не изолированы, то между ними всегда при работе присутствует частичное «акустическое короткое замыкание (АКЗ)», обозначенное синими стрелками 5.

Отмечу, что это АКЗ является одной из причин, наравне с относительно малой амплитудой колебаний в складках «гармошки», вызывающей невозможность получить адекватную отдачу на НЧ.

Для наглядности и сравнения — на рисунке 3 изображены эти же процессы для планарной мембраны. Дабы не загромождать — изображено только то, что происходит при движении «полуцикала» синусоиды при прохождении тока в одном направлении. При прохождении тока в другом направлении направления всех стрелок меняются на противоположные.

Рисунок 3 — Направления движения участков мембраны и направления излучения звука планарного излучателя излучателя.

3. В конструкции даже идеально изготовленного излучателя Хейла присутствуют особенности, которые создают разную амплитуду на разных участках мембраны.

На Рисунке 4 схематично изображен фрагмент излучателя.

Поскольку магнитная система представляет собой установленные с промежутками отдельные магниты, то сила магнитного поля не является равномерной на всем протяжении токопроводящих дорожек. На разные участки дорожек воздействует разное по величине магнитное поле (зависит от квадрата расстояния до магнитов). Амплитуда колебаний, скорость воздушного потока на разных участках разная. У этого есть последствия в виде фазовых, гармонических, амплитудных искажений сигнала.

Впрочем, это не особо сильно влияет на конечный результат по одной простой причине. Мне довелось познакомиться примерно с десятком различных образцов излучателей Хейла. Все они имели разной степени выраженности дефекты в виде разных по ширине, высоте и углам изгибов, точности укладки между магнитами и т. д. Последствия в принципе те же самые.

Рисунок 4 — Амплитуда колебаний мембраны в излучателе Хейла.

Подведу итог всему написанному.

Специфический характер звучания излучателей Хейла обусловлен заложенными в его устройство и принцип работы искажениями, характеризующимися:

• присутствием в основном сигнале искажений, обусловленных разными направлениями сил Ампера между соседними проводниками, и сил Ампера между проводниками и постоянными магнитами;
• присутствием в основном сигнале противоположного по фазе паразитного сигнала (по причине наводок в близко расположенных проводниках с противоположным направлением, и по причине движения в противофазе участков мембран;
• присутствием частичного акустического короткого замыкания на мембране;
• гармоническими, фазовыми, амплитудными искажениями как из-за особенностей принципа работы, так и особенностей реализации в конкретном образце.

Это звучание объективно не является и не может являться «точным, чистым, натуральным, тембрально достоверным» и т. д. Однако это не значит, что у такого звучания не может быть поклонников.

P.S. У меня имеются наработки по мотивам излучателей Хейла, которые пригодны для патентования, и направлены на улучшение параметров их звучания. Для сотрудничества в этой сфере обращайтесь, можно обсудить.

Авторская статья (c) Snorry (Сергей Глазырин)
Перепечатка и использование материалов данной статьи запрещено