Excelência em Áudio: Diafragmas e Cones de Filme PEEK para Som Premium

O diafragma é o componente mais crítico na qualidade do som. Neste artigo, examinamos de perto o Poliéter éter cetona (PEEK) - um polímero termoplástico orgânico incolor. PEEK é possivelmente o melhor dos filmes de resina termoplástica para sua especificação e aplicação em microalto-falantes, barras de som, fones de ouvido e fones de ouvido, e também de tweeters aos transdutores planares de fita mais finos.

Filmes termoplásticos, desde o polietilenotereftalato (PET) até o PEEK, podem ser formados quando a temperatura do plástico atinge acima de sua temperatura de transição vítrea (Tg), mudando de um estado vítreo para um estado borrachudo - tornando-se maleável e moldável. Após a formação da forma líquida, o filme polimérico torna-se vítreo novamente ao resfriar abaixo de Tg. O material e a forma do diafragma são os contribuintes mais significativos para a qualidade do som do alto-falante.

O custo dos filmes de polímero extrudado começa em menos de $4/libra para o PET (plástico de garrafa), que domina a maioria das aplicações de diafragma de fone de ouvido e fone de ouvido. Este é o extremo inferior dos plásticos e, embora funcione, não é páreo para produtos melhores. Como o PET (poliésteres) requer peso maior do que o PEEK para alcançar integridade de forma, os diafragmas de PET têm muitos aditivos desnecessários.

Aplicações Iniciais de PEEK

As aplicações iniciais que foram atraídas para o PEEK foram o transdutor plano de fita, as suspensões de borda do driver de compressão de berílio da Truextent e os tweeters de alta qualidade. Os materiais homogêneos dissimilares do diafragma de PEEK preenchido com minerais forneceram tanto alto amortecimento quanto uma melhor correspondência de assinatura acústica ao woofer.

Os calibres extremamente finos da série de filmes de PEEK Victrex APTIV DBX permitiram o uso de múltiplas espessuras com camadas de amortecimento adaptadas para ajustar as características do alto-falante e controlar as ressonâncias do diafragma.

Os diafragmas de fones de ouvido geralmente têm uma seção transversal muito rasa e, em muitos casos, um pouco mais de profundidade resultaria em um desempenho muito melhorado. De longe, a maioria dos drivers de fones de ouvido são diafragmas de uma peça de poliéster PET, com cerca de 25μm (1 milésimo de polegada) de espessura. O topo da linha em diafragmas de filme é composto por duas camadas de filme de PEEK muito finas laminadas a uma camada de amortecimento. No mercado de diafragmas de fones de ouvido de alta qualidade, os modelos de destaque da Sennheiser (HD-800 e HD-820), Beyer (T1) e AKG (K701 e K702 Variomotion) todos têm diafragmas laminados de PEEK. Os diafragmas de dupla camada Varimotion da AKG também são usados em seus microfones dinâmicos de estúdio.

Embora o PEEK tenha sido usado nos mercados de alta qualidade por décadas, ele também se tornou o produto de escolha em aplicações de mercado em massa usadas em mais de 4 bilhões de smartphones na conformidade e elemento integral do diafragma, devido à sua vida útil essencialmente ilimitada e espessura de extrusão consistente que evita modos de oscilação em excursões elevadas.

Surpreendentemente, a maioria desses microalto-falantes usa não apenas PEEK, mas PEEK laminado, para amortecer a ressonância de conformidade de borda. Com aceitação no maior mercado de microalto-falantes e nas aplicações de fones de ouvido de alta qualidade, outros mercados que devem considerar o uso de PEEK incluem laptops/tablets, áudio automotivo, TVs/barras de som, alto-falantes inteligentes, fones de ouvido e fones de ouvido sem fio verdadeiros.

Usos Futuros

Várias marcas de soundbars e seus fornecedores OEM estão nas fases de design explorando diafragmas de PEEK mais espessos (10 mil e mais espessos) para drivers compactos de alcance total que evitam os compromissos de desempenho de crossovers e tweeters. A moldabilidade dos diafragmas de filme com desacoplamento eficaz e área de radiação eficaz controlada versus frequência permite uma resposta de potência suave, bem como uma resposta de frequência linear e estendida. O amortecimento pode ser ajustado através do conteúdo de minerais (Mineral fill - APTIV 1103) e/ou laminados de PEEK com elastômero termoplástico de camada restrita (TPE) ou acrílico.

Uniformidade de Extrusão de Precisão Discutimos diafragmas de fones de ouvido e fones de ouvido, que normalmente têm uma espessura abaixo de 1 milímetro (25μm), e agora exploramos algumas aplicações que requerem filmes mais espessos. Os drivers de compressão com diafragmas de 1,75 polegadas de diâmetro e acima são mais propensos a ter 2 mil ou mais, enquanto existem alto-falantes de som automotivo de 3,5 polegadas de diâmetro de 10 mil. Por outro lado, do lado mais fino, os fones de ouvido estão na faixa de 12μm ou menos.

Essas medidas mais finas exigem processamento de extrusão de precisão, velocidades de processamento mais lentas e habilidade. Para ser franco, os extrusores de filme nos EUA não querem fazer negócios com a indústria de alto-falantes e o sentimento é recíproco. Um problema é que os extrusores de pedágio (processadores por taxa) que assumem todos os filmes são pagos por tonelagem, não por qualidade - e, portanto, não são especialistas no campo.

As características e o processo de extrusão rigoroso para materiais de alto desempenho não se limitam apenas à consistência superior. Outros objetivos de desempenho são conferidos pela relação simbiótica de filmes de calibre mais fino e mais uniforme de maior desempenho mecânico, resultando em maior sensibilidade, saída acústica mais alta com menor distorção e menos oscilação. Enquanto os alto-falantes de cone típicos contam com sua suspensão de aranha de dois pontos para manter o centramento da bobina e controlar a oscilação, nos fones de ouvido, fones de ouvido, tweeters e drivers de compressão, é a conformidade de borda que mantém as coisas sob controle. Os extrusores de plásticos de engenharia premium usam maquinaria de alta qualidade e velocidades muito mais lentas.

Cada tipo de resina varia em fragilidade e ductilidade, e muitas configurações de extrusão são melhores deixadas otimizadas. Os filmes de qualidade final são extrudados internamente pelos formuladores de resina (por exemplo, o processamento de extrusão interno da Teijin no Japão para seu Teonex ou da Victrex no Reino Unido com APTIV). Quando você prepara o seu próprio paraquedas, você cuida. Filmes mais finos de resinas de alta qualidade são caros - e o custo por libra aumenta drasticamente mesmo com os custos de material (resina) mais baixos por peça, pois o processo de extrusão é mais lento.

Em Conclusão

Embora o custo do diafragma de PEEK seja ligeiramente mais alto, não há outra atualização de componente que possa fornecer mais sensibilidade, resposta estendida e som mais limpo por uma pequena quantia. É comum encontrar diafragmas de fone de ouvido TWS de 6 mm com diafragmas de PET de 9μm e, embora a sensibilidade seja alta, também o é a distorção, e a qualidade do som fica desagradável em níveis elevados, enquanto o diafragma de PEEK soa e mede muito melhor.

Com uma tolerância de espessura de ±5%, o filme ARKPEEK possibilitou uma espessura mais uniforme, resultando em maior consistência de peça a peça, menor F0 e variabilidade total de distorção harmônica (THD). Reduzir a variação na espessura do filme aumenta o rendimento de formação do diafragma, reduz os custos de fabricação total por desperdício e é realizado para atender aos rampes de produção.

Outro benefício não tão óbvio dos revestimentos de filme de precisão mais finos é a maior conformidade e, portanto, o volume da câmara de ar traseira pode ser reduzido, porque esta suspensão de ar contribui com a maior parte da força de restauração da mola do diafragma, em vez do revestimento — permitindo tolerâncias de produção mais apertadas. Alternativamente, o silicone líquido (LSR) tem sido usado intermitentemente para uma conformidade maior, mas o processo de LSR parece estar fora da zona de conforto da maioria dos fabricantes, e requer custos de ferramentas elevados.

O diafragma sempre será o caminho mais curto para um som limpo, resposta mais ampla, maior sensibilidade e tolerâncias de produção mais apertadas. Para os extremos do mercado de alto-falantes, o PEEK laminado domina o mercado de fones de ouvido dinâmicos e também a indústria de microalto-falantes. Com várias equipes de engenharia de soundbar desenvolvendo soluções sem crossover, o meio do mercado é o próximo passo.