Пользователь
0,0
рейтинг
15 марта 2013 в 11:42

Динамики на основе графена — потенциальная революция в аудиотехнике



Учёные из университета Беркли создали наушники на основе графена.
Благодаря выдающимся физическим и электрическим свойствам этого материала, даже опытный образец без каких-либо оптимизаций выдал частотные характеристики, сопоставимые с характеристиками современных коммерческих продуктов.

Большинство динамиков используют диафрагму для создания звукового давления с помощью механической вибрации. «Для человеческого слуха, идеальный динамик или наушник должен создавать непрерывное звуковое давление с частотой от 20 Гц до 20 кГц., т.е. должен иметь ровную АЧХ», — говорят Qin Zhou и Alex Zettl из Беркли.
Эти парни создали наушники, которые более-менее удовлетворяют этим требованиям. Их необычность в том, что диафрагма динамика сделана из многослойного графена. Она зажата между двумя электродами, создающими электрическое поле. Осцилляция это поля вызывает вибрацию графена, что и порождает звук:



«Графеновый динамик, почти без какого-либо акустического дизайна, сравним или даже превосходит коммерческие продукты», — говорят Zhou и Zettl.



Причина этого проста. В современных динамиках диафрагма требует демпфирования, чтобы избежать нежелательных частотных характеристик. Обеспечение такого демпфирования — довольно сложный и дорогой процесс, а так же требует затрат энергии. Графеновая диафрагма лишена этого недостатка — она настолько прочная и лёгкая, что её демпфирует воздух, что экономит массу энергии.
Не исключено, что в скором времени графен станет доминирующим материалом для изготовления динамиков широкого спектра устройств — от мобильных телефонов, до концертных колонок.

Документ с подробным описанием.
Евгений @Captcha
карма
22,7
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (29)

  • +3
    Я конечно мало разбираюсь в этом. Таким вот динамикам уже не понадобятся тяжелые магниты? Габаритные корпусы? Достаточно большого диаметра диафрагмы и звук в плане низких частот сделает любой сабвуфер? Готовая продукция — динамки станут тонкими?
  • +2
    dpk.itc.ua/content/21898 Вроде того?
  • +1
    Вопрос только в цене таких динамиков. Насколько я знаю, достаточно большие по площади образцы графена получить очень сложно и дорого, т.к. он ну никак не желает расти (его выращивают на подложке из газовой фазы) ровно на больших (даже квадратные миллиметры) площадях.
    • +2
      Хотя здесь и здесь есть обнадеживающие факты о решении этой проблемы
  • +1
    Требуют дополнительного питания и похожи по конструкции на это.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • +3
    Это обычные электростатические громкогворители, со всеми их плюсами и минусами. Сравнивали их с сенхайзеровскими затычками, причём сравнить низкие частоты (традиционное слабое место электростатики) не удалось, потому что тестовую запись делали на диктофон, хоть и довольно неплохой, но всё равно низа пишет от 80 герц.

    Революция может произойти, когда научатся делать дешёвые графеновые мембраны — вот это будет очень круто. Графен — идеальный материал для этого: высокая проводимость и прочность. Сейчас делают «сэндвичи» из полимерных плёнок с проводящим напылением.
  • 0
    В общем нашли более прочный и лёгкий материал для мембраны изодинамических излучателей, Хейла, электростатики и т. п. Теперь главное, чтоб это дело протолкнули в массы, а то до сих пор самый распространённый вид излучателей — электродинамический, с теми же характеристиками, что и много лет назад.
  • +8
    Электростатические динамики известны уже давно. Они и раньше давали лучшую АЧХ, чем электромагнитные, за счет меньшего веса подвижных частей.

    Основным их недостатком является необходимость использования более сложного выходного каскада. Во-первых, электростатический динамик — высокоомная емкостная нагрузка. Во-вторых, он питается дифференциальным сигналом (три провода вместо двух). А самое неприятное — для создания ощутимых электростатических сил нижно высокое напряжение.
    Хотите пару сотен вольт (хоть и при небольших токах) себе в ухо?
    • +2
      В статье написано, что на наушник подавалось напряжение 100В. Это уже вполне приемлемо. При коммерциализации, возможно, можно будет достигнуть и более низких напряжений. А еще не надо забывать, что в быту на нас регулярно накапливаются значительно бОльшие статические потенциалы, которые мы, опять же, регулярно, разряжаем с искрами куда-то в землю. И ничего, все живы. Опять же, можно поставить на питание наушников защиту, которая отключит напряжение при малейшей утечке, так что вы даже не успеете почувствовать.

      Другое дело, что, по моему опыту, все электростатические наушники звучат тухло. Формально вроде у них АЧХ в порядке, а как послушаешь, хочется зевать, драйва нет.
      • +1
        Драйв как раз окраской достигается, искуственным размазыванием гармоник либо гармонизирующими резонансиками. Музыканты от таких красок плюются кислотой. Нужно слышать натуральный звук. Ну а намеренно окраску звука легко можно сэмулировать цифровым эксайтером.
        • –5
          Я когда слушаю Баха на концерте, то драйв нереальный. А когда слушаю через некоторые наушники – драйва нет. Это окраска?

          От такого драйва, который достигается окраской, начинает мутить на 20-й секунде. Я не о нем говорю.
          • +3
            Насчет концерта: можно и так сказать. Звук, распространяясь по широкому помещению — множество раз отражается, создавая размытую реверберацию и резонансы, оттого усиливается впечатление слушателя. Суть та же.
            В записи это очень сложно передать. На всех наушниках — динамических ли, статических ли, — которые претендуют на роль мониторных, звук будет плоским и не выразительным — цель таких наушников передать звук в максимально приближенном эталоне. Для вас это — минус. Для звукорежиссеров и музыкантов — неоценимая необходимость.
            • –2
              Музыкальные инструменты для того и созданы, чтобы добавлять гармоники и окрашивать звук. Столетиями мастера придумывали всякие приемы для повышения выразительности звучания. Точно так же устроены залы: они повышают выразительность звучания музыки за счет правильной реверберации. Это правда.

              А вот дальше Ваша логика непонятна. Почему это «правильные» наушники должны убивать всю эту красоту, и звучание должно становиться плоским и неинтересным, а «кривые» – каким-то чудом сохранять? Или по-вашему техника вообще не в состоянии передать музыку, и мы слышим не задумку исполнителя, а искусственные «красоты», которые для нас генерирует окрашивающая музыку техника?
              • +2
                Мое критическое отношение следует из того, что я сам музыкант. И для меня «правильное» звучание это и есть эталонно сведенная запись.

                Сведение и мастеринг и ставят своей целью создать максимально усредненную запись, которая будет звучать примерно одинаково, вне зависимости от АЧХ и динамических характеристик воспроизводящих устройств. Само собой — в такой записи, если мы опустим творческую залдумку, недопустимы частотные пики, динамические искажения и т.п. вещи, которые обеспечивает конечная воспроизводящая аппаратура. Потому то вся качественная музыка на мониторной аккустике и будет звучать уныло и плоско. Но музыканты именно от таких записей и оргазмируют.
                • 0
                  Вы говорите правильные вещи, но делаете неправильные выводы, на мой взгляд.

                  Конечно же (к сожалению), приходится из звука вычищать все, что может вызвать искажения на выходе среднестатистической аппаратуры. Голос, например, приходится компрессировать, иначе он с легкостью перегрузит бытовой усилитель, даже хороший.

                  Но вот не очень понятно, почему воспроизводящая аппаратура должна обязательно «обеспечивать», как Вы пишете, динамические искажения, недопустимые пики и т.д. Что, без них музыка звучит уныло и плоско?! А с ними весело и задорно? Вы серьезно?

                  Мнение о том, что мониторная акустика предельно точна – это маркетинговый миф. Большая часть современной так называемой «мониторной акустики» – это кривые колонки с кривыми АЧХ. Проблема в том, что это эту кривизну практически невозможно померить, потому что мерить надо уметь, да никому это и не надо. Все журналы, которые, якобы, делают такие измерения, давно и крепко подсажены брендами на рекламный бюджет, и все их графики – полное фуфло. Они подтвердят «мониторность» любых правильных колонок от правильного производителя. А хорошая техника, неважно, бытовая или студийная, не должна ничего искажать. Только при этом она будет звучать живо и музыкально.

                  Результатом заботы звукорежиссеров о правильном звучании музыки на барахле стало то, что почти невозможно стало найти коммерческие записи с приличным звучанием. Как послушаешь их на хорошей системе, уши отваливаются. Но бывают приятные исключения.
      • –2
        100 вольт — опасное для жизни напряжение
        • 0
          Зависит от тока. Если источник имеет очень большое внутреннее сопротивление, то даже при напряжении в 1000 вольт у вас нет шанса пострадать. В данном случае источнику нет никакой необходимости иметь малое внутреннее сопротивление. Его задача – создавать разность потенциалов при мизерном токе. Можно поставить ограничитель тока в 10 мОм, и это благополучно спасет Вашу жизнь.
          • 0
            Но делать очень высокоомный источник тоже нельзя. Он должен быстро (со звуковой частотой) перезаряжать обкладки.

            Если емкость динамика 100пФ, то на частоте 10кГц его емкостное сопротивление составит Xc=1/(2πfC)=160кОм. При амплитуде напряжения 100В сила тока будет достигать I=U/Xc=0,63мА. Такой ток не опасен, но вполне ощутим.
            • +1
              Не понял до конца. Как я понимаю, 100 В – это постоянное напряжение на диафрагме. А к обкладкам подводится переменное напряжение звуковой частоты амплитудой 10 В. И ток там, судя по статье, несколько наноампер:
              The maximum amplitude of the input signal Vin used in the test is 10V. The operation current is usually a few nano-amps, indicating very low power consumption (<<1 μW) and high power efficiency.


              Или я что-то путаю?
              • 0
                Перечитал статью, разобрался. Вы правы, 100В — это постоянное смещение, ток по этому каналу можно сильно ограничить.

                Правда не могу найти данных, какое звуковое давление было достигнуто по абсолютной величине. То есть не окажется ли так, что переменного сигнала 10В хватит только для измерений и демонстрации работы конструкции, а для реального прослушивания музыки нужны большие напряжения?
                • 0
                  Ну они говорят в статье, что при таких токах звучание комфортное и музыку можно слушать. Я думаю, они проводили измерения и сравнения АЧХ с коммерческими наушниками при сопоставимых уровнях, иначе их измерения – курам на смех.
  • +1
    Я думаю, из статьи и её названия следует убрать слово «динамик»
    • +2
      Статик! :)
  • –11
    Было бы классно собрать достойную замену моим колонкам, построенным на динамиках 4А32 выпуска 1972 года. Подождем-посмотрим, как оно будет.
  • +5
    Графики, возможно, кажутся похожими, но на деле это не так. В самом важном диапазоне частот (100Гц-5000Гц) Сенхайзеры показывают амплитудные различия (на глаз) в пределах 10-15 Дб (что уже не очень хорошо, разница в громкости около 4 раз), а сей прототип — до 30 Дб, притом с провалом в области частот человеческого голоса. А это ну никак нельзя назвать «коммерчески применимым результатом».
    • +2
      Вот-вот, по АЧХ видно, что звук как из бочки, причем завал огромный, потому что шкала логарифмическая

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.