Об измерениях «реакции на ступенчатый вал» для наушников

Вашему вниманию статья об измерениях «реакции на ступенчатый вал» для планарных наушников.

Для начала немного теории, какие есть особенности у планарных излучателей.

Существует расхожее мнение, часто повторяемое в рекламе, что в планарных излучателях мембрана движется равномерно всей поверхностью, что обеспечивает высокое качество звучания. На самом деле это далеко не всегда так, и чтобы обеспечить эту равномерность движения нужно очень сильно постараться.

Почему возникает неравномерность?

Мы этот вопрос частично рассматривали здесь:

Кратко:

Для лучшего понимания и охвата точек зрения на использование этих измерений при оценке звука — цитата от самомго автора измрений (Романа Кузнецова):

«Раньше в отчетах я не выкладывал график импульсной характеристики, т.к. считал, что от этого графика больше вреда, чем пользы. Этот график показывает лишь некоторые резонансы и не связан с параметром Slew Rate. Пользователи по импульсной харакеристике и меандрам в большей степени подгоняли желаемое звучание под действительное.

Отсутсвие графика импульсной характеристки в отчетах порождало негативную реакцию в виде «сокрытия правды» или «графика, на котором видно сразу всё». Для этого было принято решение доделать механизм построения ваттерфолов и выкладывать их вместе. При этом ваттерфол дает изначально полезную информацию, а рядом с импульсной характеристикой в справочной информации было пояснение, что вид импульсной харакетристкии бесполезен и надо оценивать качество звука по АЧХ и ваттерфолам.

Таким образом, негатив сошел на нет. К сожалению, не все читают справочные материалы и до сих пор именно на импульсной характеристике выискивают резонансы и параметры «скорости».» (Источник: https://reference-audio-analyzer.pro/faq-qsd.php#gsc.tab=0)

Или вот такая точка зрения:

Реакция на ступенчатый сигнал (переходная характеристика, transient response) — начало фронта меандра с нулевой частотой. Строится по производной импульсной характеристики. По переходной характеристике обычно определяют верную полярность включения излучателей в АС. В аудиофильской среде по меандру принято определять «скорость» наушников, однако данная характеристика применима только к усилителям, обладающим ровной АЧХ с отсутствием ревербераций и совершенно не применима к наушникам.

Источник: https://dzen.ru/a/YIfuDMwdoCr_HhiA?ysclid=lxvoteoata436781693

Скажу сразу, что такая радикальная оценка по моему мнению не совсем верна. И из данного вида измерений можно с определенной долей достверности судить о том, какие процессы происходят на мембране (диафрагме/диффузоре) излучателя наушников.

Для того, чтобы делать выводы о том, какие графики «хорошие», а какие «плохие», стоит разобрать с тем, что же считать неким эталонным примером, о которого стоит отталкиваться.

Для этого обратимся к иллюстрациям из учебников по физике, где рассматриваются переходные процессы:

Пример 1.

Пример 2.

Пример 3.

Кривая переходного процесса при наличии резонанса.

И т.д.

Здесь стоит отметить несколько важных моментов.

1. В любом случае присутствует время нарастания сигнала. В любых физических процессах сигнал не может нарастать мгновенно. Для звуковых устройств на это влияет ряд факторов в виде необходимости преодоления:

а) инерции подвижной системы громкоговорителя,

б) инерции перемещаемого воздуха,

в) «аэродинамическое» сопротивление воздуха,

г) упругого сопротивления подвеса и центрующей шайбы или упругого сопротивления натяжения мембраны (для планарных излучателей) и др.

Сюда же можно добавить эффекты, связанные с упругим сопротивление воздуха при  его перемещении в зазорах между деталями корпуса/магнитов/демпферов и других элементов конструкции.

С одной стороны — необходимо стремиться к тому, чтобы время нарастания было как можно меньше. С другой стороны, начиная с определенной величины скорости нарастания появляется проблема чрезмерного первоначального «всплеска», который носит безусловно паразитный характер. В идеальном звуковом излучателе он не должен быть выраженным.

2. Если этот паразитный всплеск присутствует, то его величина должна быть минимальной, а шлейф колебаний от него (тоже паразитных), должен быть как можно короче. Чем они меньше по амплитуде, тем лучше. Чрезмерная величина того всплеска указывает на плохой контроль диафрагмы.

3. Общая форма кривой должна приближаться к формам на графиках из Примера 2. Именно таково «идеальное» математическое описание переходного процесса. Любые лишние «перегибы», «переломы» кривой свидетельствуют о паразитных процессах.

4. Протяженность «затухающей» части. Поскольку это все-таки «ступенчатый вал», то чрезмерно раннее затухание это плохо. По простой причине — искажается исходный ступенчатый сигнал. Максимальное затухание должно быть только у паразитных колебаний (из примера 3). А общее затухание «ступеньки» — должно приближаться к идеальной математической модели процессов.

Отдельно стоит рассмотреть, как «реакция на ступенчатый вал» позволяет увидеть проблемы, связанные с равномерностью движения диафрагмы, возникающие на основе специфики устройства излучателей вообще, но это тема уже отдельной статьи.